CN104097480A - 用于车辆的振动阻尼系统的前摄控制的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的振动阻尼系统的前摄控制的装置和方法被公开，所述车辆包括至少一个弹簧元件和/或阻尼元件。弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线是可变地调节的。在方法的范围内，在各自的行驶方向中位于车辆前方的公路表面轮廓的信息被记录，并且至少一个弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线根据所记录的信息被调节。

Description

用于车辆的振动阻尼系统的前摄控制的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于控制车辆的振动阻尼系统的方法，该车辆包括至少一个弹簧元件和/或阻尼元件，其中弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线为可变化地调节的。本发明还涉及用于执行所述方法的相应装置以及配备有这种装置的车辆。振动阻尼系统可以是主动的或半主动的弹簧/阻尼器系统。
背景技术
车辆的结构及其非簧载物质形成振动系统。为了改善驾乘舒适度并获得稳定的车辆行驶性能，在车辆的每个角落——即在车轮上——的所述振动系统的垂直振动使用阻尼系统进行阻尼。例如，被动的或半主动的阻尼系统用于这种情况。在已知的主动和半主动控制的阻尼系统的范围内，由车辆行驶经过的道路轮廓引起的车辆结构和/或车轮的运动，其使用加速传感器和/或距离传感器确定，加速传感器和/或距离传感器可设置在车辆的结构和/或车轮上。在此过程中，对主动阻尼系统的控制响应于车辆结构或车轮的运动，从车轮的运动所记录的有关道路轮廓的信息具有一定的延迟。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于控制阻尼系统的有利的方法及相应的装置，其减少或最小化所述响应延迟。进一步的目的是提供相应的车辆。
该目的通过根据本发明的用于控制车辆的振动阻尼系统的方法、用于控制车辆的振动阻尼系统的装置，以及车辆实现。
根据本发明的用于控制车辆的振动阻尼系统的方法涉及振动阻尼系统，其包括至少一个弹簧元件和/或阻尼元件。弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线在这里是可变化地调节的。振动阻尼系统可以是主动的或半主动的振动阻尼系统。
在根据本发明的方法的范围内，记录关于在各自的行驶方向中位于车辆前方的公路——例如道路——的表面轮廓的初始信息。然后，根据所记录的信息调节至少一个弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线。
根据本发明的方法具有的优点是，通过记录各自的道路轮廓的数据或信息，根据所述数据使振动阻尼系统的前摄控制成为可能。以这种方式，上述在车辆的振动阻尼系统的控制中的响应延迟被最小化。同时，驾乘舒适度和驾驶安全性被改善或加强。因此，根据本发明的对各自的车辆前方的公路或道路轮廓的附加信息或数据的记录和使用代表了对现有振动阻尼系统的根本的改善，特别是对半主动振动阻尼系统。
所述公路的表面可以是，例如道路。
至少一个弹簧元件和/或阻尼元件可以是，例如设计为使其特征曲线在至少两个不同的特征曲线之间可变化地调节。其可以是，例如引起硬悬挂的第一特征曲线，以及例如引起软悬挂或与第一特征曲线相比比较软的悬挂的第二特征曲线。
至少一个弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线尤其可根据车辆到达与所记录的信息对应的公路——例如道路——的表面的位置之前或当时所记录的信息来调节。所述地面的表面轮廓优选为垂直轮廓，例如，在x-z平面内的轮廓，其中，z轴代表垂直轴，x轴代表指向行驶方向的水平轴。原则上，在车辆前方一定距离的地面的表面轮廓可被记录或扫描。
信息例如可以被光学地或声学地记录。优选地，可使用光学传感器或摄像仪记录信息。
使用所记录的信息，特别是在各自的行驶方向中位于车辆前方的公路表面的点的高度z以及从车辆至该点的距离x可被确定。优选地，车辆包括多个车轮。它也可以包括前轮轴和后轮轴。原则上，车辆可以是机动车辆。有关地面的表面轮廓的信息可被记录并相对于车辆的前轮轴和/或车辆的后轮轴和/或相对于车辆的单独的车轮进行评估。因此，例如车辆的每个车轮的悬挂或阻尼可根据各自的车轮前方的公路表面的状态单独地控制。
原则上，所记录的有关车辆前方的公路表面的信息可以转换为X-Z数据图表。然后所述X-Z数据图表可由控制单元进行评估。例如，其可以这样进行，记录公路的不平坦处的高度以及从车辆至公路的不平坦处的距离，并从所述数据生成用于控制至少一个弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线或阻尼力的信号。
至少一个弹簧元件和/或阻尼元件或整个振动阻尼系统可以具有变化的特征曲线，其可被调节为第一特征曲线或第二特征曲线。第一特征曲线可以是，例如引起硬悬挂的特征曲线。第二特征曲线可以是，例如引起软悬挂的特征曲线。
优选地，位于车辆前方的公路表面轮廓的区域根据它们的特征或相对于它们的特征进行分类。尤其地，行驶方向中的相关区域的最大高度和长度可被考虑为特征。例如，可分类为坑洞、隆起或下沉。在隆起的情况下，也可在升高的区域或正向隆起之间，或者甚至在圆丘和凹陷之间，或者甚至在负向隆起或洼地之间做出区分。以相同的方式，在下沉的情况下，它也可以被区分为是否相对于行驶方向向下延伸或向上延伸。
特征曲线的调整原则上连续地或离散地进行。在第二种情况下，例如，如果位于车辆前方的公路表面的轮廓具有限定的特征，特征曲线可独立地或离散地各自调整。优选地，在这种情况下，可以根据预先执行的、特别是如上所述的分类进行特征曲线的调整。
可替换地，阻尼系统可以是被连续地控制。在这种情况下，特征曲线可被连续地调整。例如，车辆结构的运动可根据车辆结构的简化模型预先确定或预期，其考虑了所记录的在各自的行驶方向中的位于车辆前方的公路表面轮廓的信息。基于此，必要的阻尼力例如可以使用控制单元预先确定。
此外，阻尼系统可包括被动工作的控制单元。被动工作的控制单元的输出信号可以与从所记录的在各自的行驶方向中位于车辆前方的公路表面轮廓信息生成的输出信号相比较。必要的阻尼力和/或必要的特征曲线可根据对比或偏移的结果进行调节。
根据本发明的用于执行前述根据本发明的方法的装置包括用于记录在各自的行驶方向中位于车辆前方的公路表面轮廓信息的单元，以及用于根据所记录的信息调节至少一个弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线的装置。
根据本发明的装置还可包括用于处理和评估所记录的信息的检测器。用于记录信息的单元可以是，例如用于信息的光学或声学记录的单元，例如，摄像仪。用于处理和评估所记录的信息的检测器可以是，例如用于分类所记录的信息的单元，例如用于在根据本发明方法的范围内所述的分类。此外，根据本发明的装置可包括激励器，其用于确定必要的阻尼电流Ireq(t)并因此根据从检测器接收到的信号调节阻尼力。
原则上，根据本发明的装置具有与根据本发明的方法已描述的相同的优点。
根据本发明的车辆，其可以是例如机动车辆，包括前述根据本发明的装置。根据本发明的车辆具有与前述装置和前述方法相同的优点。
本发明具有整体优势，其在于通过提前记录和评估有关公路轮廓的信息，使阻尼系统的前瞻控制成为可能。以这种方式，同时改善了驾乘舒适度和驱动动力学。已知的、特别是半主动阻尼系统被动地响应由公路轮廓引起的车辆结构和车轮的运动和/或位移。相反地，本发明使与接近的公路轮廓相关的阻尼特性的及时控制成为可能，没有出现在已知的控制系统中的不可避免发生的延迟。
在本发明范围内所述的阻尼系统因此代表对已知的阻尼系统的改善，因为根据所记录的位于车辆前方的公路轮廓信息的阻尼力控制成为可能。各自的阻尼力可因此相对于由公路的各自的轮廓引起的车轮和车辆结构的运动来前摄性地运作，即它们可以提前进行合适的调节。以这种方式，必要特征曲线或必要阻尼力的调节的延迟被补偿或至少被减少。
参照附图，本发明的进一步的特征、特性和优点用下述示例性实施例详细说明。上述和下述所有特征无论单独还是任意彼此结合都是有利的。下述示例性实施例仅代表示例，但并不限制本发明的目的。
附图说明
附图中：
图1示意性示出坑洞和车辆的车轮；
图2示意性示出根据本发明的装置的示例和根据本发明的方法的顺序；
图3示意性示出公路的各种不平坦处和它们的分类示例；
图4示意性示出，当通过公路的不平坦处时，振动阻尼系统的特征曲线或阻尼力的调整的示例；
图5示出，当通过各种公路的不平坦处时，使用激励器生成的响应模式的示例。
具体实施方式
图1示意性示出带有凹陷处2——例如坑洞——的公路表面1。水平方向由x轴表示。垂直方向由z轴表示。此外，该图示出车辆的车轮3，其沿x方向在公路上以速度Vx运动。当通过坑洞时，车轮3或车辆额外地经受垂直速度分量Vz。垂直速度分量Vz取决于所使用的振动阻尼系统。
在主动阻尼系统的情况下，垂直速度分量VZ.1等于0（VZ.1=0）。在这种情况下，车轮事实上没有通过坑洞2。在半主动振动阻尼系统的情况下，垂直速度分量VZ.2具有大于0的值。在被动振动阻尼系统的情况下，大于0的垂直速度分量VZ.3也会出现。在半主动振动阻尼系统的情况下，垂直速度分量的值小于被动振动阻尼系统的情况（VZ.2<VZ.3）。在半主动振动阻尼的情况下，车轮3的垂直速度被确定，并且半主动振动阻尼系统的各自的特征曲线或阻尼力在此基础上变化。
这种方法被本发明改善，其中公路轮廓的信息或数据被提前记录，并被考虑在称为道路负荷缓解功能（Road Load Mitigation function）（RLM功能）的范围内。不仅坑洞，而且其他相关的公路表面的不平坦处可在此被顾及。
图2示意性示出根据本发明的装置的示例和根据本发明的方法的顺序的示例。根据本发明的装置包括检测器4和激励器5。使用检测器4记录位于各自的车辆前方的公路表面轮廓的数据或信息。这可以例如光学地或声学地进行。优选地，检测器包括摄像仪，其例如记录公路表面的垂直轮廓。
使用检测器，所记录的数据被转换为例如X-Z数据图表，其中，公路的各自的不平坦处的高度图示在z轴上，公路的各自的不平坦处到例如车辆的前轴的距离图示在x轴上。使用检测器，所收集的信息可相对于单独的公路的不平坦处被分类，例如根据所建立的X-Z数据图表。这种可能的分类的示例联系图3详细解释。对所记录的数据评估后，可能地考虑所执行的事件或公路的不平坦处的分类，输出信号使用检测器生成并可被用作例如激励器5的输入信号。激励器5接收检测器4生成的输出信号作为输入信号，并基于此确定必要的阻尼电流Ireq，也可能考虑根据输入信号所预先确定的标准程序。使用所确定的阻尼电流，振动阻尼系统的特征曲线或阻尼力此后被调节，以便当通过公路的各自的表面时对公路各自的表面产生最佳反应。检测器4和/或激励5的各自的参数可被单独调节。
图3示意性地示出公路的不同的不平坦处及它们的分类的示例。车辆沿所示公路1的表面行驶的速度由箭头VX表示，其中仅有一个前车轮3被示意性示出。在图3（a）中，公路1的表面包括凹陷处2，其已被分类为坑洞。在这种情况下，凹陷处2具有沿速度VX方向上的长度I，其大于车轮3的直径。此外，坑洞或凹陷处2的长度I小于例如车轮3的直径的两倍（l<2d）。原则上，也可有将公路不平坦处分类为坑洞的不同标准，例如l<3d。
在图3（b）中，地面不平坦处2被示出，其不再分类为坑洞，因为其长度I太长而不能分类为坑洞。示出在图3（b）中的这种公路的不平坦处可以例如分类为隆起或洼地。在图3（c）中，公路的不平坦处2被示出，其长度I太短而不能分类为坑洞。在图3（c）所示的示例中，公路的不平坦处的长度I小于相关的车轮3的直径d。在图3（c）所示的示例中，例如，可以省略对振动阻尼系统的特征曲线的调整。
图4示意性示出，当通过公路的不平坦处时，振动阻尼系统的特征曲线或阻尼力的调整的示例。图4所示的公路的不平坦处是高地6的形式的边缘。高地6具有例如高度h和一定的倾斜度。高地的高度h和倾斜度，例如使用摄像仪在车辆或车轮3到达高地6之前记录。
本示例中的车辆包括半主动振动阻尼系统，其特征曲线可在硬阻尼模式9和软阻尼模式8之间变化地调节。硬振动阻尼模式9例如可以由最大可能的阻尼力表征。软阻尼模式8例如可以由最小可能的阻尼力表征。振动阻尼系统可因此或者在第一阻尼模式下操作，在这种情况下为例如硬阻尼模式9，或者在第二阻尼模式下操作，例如在软阻尼模式8下。
使用激励器5，例如某些预先确定的振动阻尼模式可根据预先记录和分类的公路的轮廓被使用。在图4所示的示例中，第二阻尼特征曲线，即软阻尼模式8，在到达高地6之前被短暂地建立。这在图4中由区域8表示。第二即软特征曲线因此由例如0.4A的阻尼电流初始建立。通过高地6之后很快地，发生从第二阻尼模式进入第一阻尼模式的变化，第一阻尼模式在这种情况下为硬阻尼模式9。第一、即硬特征曲线因此由例如1.6A的阻尼电流建立。
图4中点7表示高地6的点，在该点车轮到达公路的升高部分。该点被用于确定使用第二特征曲线的起点18和终点19。通过点7界定的垂直轴10表示该区域的空间中心线，其中第二特征曲线在这种情况下被建立。
虚线11表示当通过公路的不平坦处6时车轮相对于其x-y坐标运动的顺序。曲线12示出当建立第二、即软的特征曲线时的运动顺序。曲线13示出当建立第一、即硬的特征曲线时的运动顺序。图4示出了，相对于使用第一、即硬的特征曲线，当直接通过高地6时建立第二、即软的特征曲线避免了引起剧烈的震荡。
图5示出当通过公路的各种不平坦处时使用激励器5生成的反应模式的示例。图5示意性示出公路表面1的x-y数据图表。在这种情况下，例如使用摄像仪所记录的轮廓被相对于公路的单独的部分关于呈现在其中的公路的不平坦处分类。被分类为坑洞的区域由附图标记14表示。被分类为正向下沉或升高边缘的区域由附图标记15表示。被分类为负向下沉或降低边缘的区域由附图标记17表示。被分类为隆起或圆丘的区域由附图标记16表示。区域9代表第一特征曲线被建立的区域，该第一特征曲线被分类为振动阻尼系统的硬特征曲线。区域8代表振动阻尼系统的软的或第二特征曲线被建立的区域。

Claims (15)

1.一种用于控制车辆的振动阻尼系统的方法，所述车辆包括至少一个弹簧元件和/或阻尼元件，其中弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线可变化地调节，
其特征在于，
——关于在各自的行驶方向中位于车辆前方的公路表面轮廓的信息被记录，以及
——至少一个弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线根据所记录的信息被调节。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
根据车辆到达与所记录的信息对应的公路表面的位置之前或当时所记录的信息来调节至少一个弹簧元件和/或阻尼元件的特征曲线。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
信息被光学地或声学地记录。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
使用光学传感器或摄像仪记录信息。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，
其特征在于，
使用所记录的信息确定在各自的行驶方向中位于车辆前方的公路表面的点的高度z以及从车辆至该点的距离x。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
所记录的信息转化为由控制单元评估的X-Z数据图表。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，
其特征在于，
至少一个弹簧元件和/或阻尼元件或整个振动阻尼系统具有可变化的特征曲线，其可设定为第一特征曲线和第二特征曲线。
8.根据权利要求1-7中任一项所述方法，
其特征在于，
位于车辆前方的公路表面轮廓的区域根据它们的特征被分类。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，
其特征在于，
如果位于车辆前方的公路的表面轮廓具有某些特征，特征曲线被单独调节。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，
其特征在于，
阻尼系统被连续地控制。
11.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，
根据车辆结构的简化模型预先确定车辆结构的运动，其考虑了所记录的在各自的行驶方向中位于车辆前方的公路表面轮廓的信息，并且基于此提前确定必要的阻尼力。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，
其特征在于，
阻尼系统包括被动工作的控制单元，将被动工作的控制单元的输出信号与从所记录的在各自的行驶方向中位于车辆前方的地面表面轮廓的信息所生成的输出信号进行比较，并且根据比较结果调节必要的阻尼力和/或特征曲线。
13.一种用于执行权利要求1-12中任一项所述方法的装置，
其特征在于，
装置包括用于记录在各自的行驶方向中位于车辆前方的公路表面轮廓信息的单元，并包括用于根据所记录的信息通过至少一个弹簧元件和/或阻尼元件调节力的输出的装置。
14.根据权利要求13所述的装置，
其特征在于，
装置包括用于处理和评估所记录的信息的检测器（4）和/或用于根据从检测器（4）接收到的信号确定必要的阻尼电流Ireq(t)或阻尼器/力的水平的激励器（5）。
15.一种车辆，其特征在于，包括权利要求13或14所述的装置。
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