專利名稱：汽車車身的至少一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車車身的至少一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的確定方法，該汽車具有 至少一個(gè)通過(guò)車輪懸架彈性支承在車身上的車輪，其中該車輪的彈性跳
動(dòng)借助行程傳感器或角度傳感器進(jìn)行測(cè)定，而該車輪的彈性跳動(dòng)速度則 通過(guò)車輪的彈跳的時(shí)間微分來(lái)確定。此外，本發(fā)明涉及一種汽車，該汽 車帶有一個(gè)車身、至少一個(gè)通過(guò)車輪懸架彈性支承在該車身上的車輪、 至少一個(gè)加速度傳感器、至少一個(gè)布置在車輪懸架內(nèi)的用以探測(cè)該車輪 的彈跳的行程傳感器或角度傳感器和一個(gè)串聯(lián)該行程傳感器或角度傳 感器的微分器。本發(fā)明還涉及實(shí)施上述方法的汽車的使用。
背景技術(shù)：
用測(cè)量技術(shù)確定汽車車身和底盤的運(yùn)動(dòng)自由度的傳感系統(tǒng)可按不
同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中確定運(yùn)動(dòng)自由度例如按下列方式進(jìn)行
- 通過(guò)運(yùn)行時(shí)間的測(cè)量即借助一個(gè)布置在車輪懸架和/或車身范 圍內(nèi)的傳感系統(tǒng)測(cè)定電^茲波并通過(guò)對(duì)一個(gè)相應(yīng)物體的運(yùn)^亍時(shí) 間測(cè)量確定相應(yīng)的相對(duì)if巨離。原則上，所有的量都可相對(duì)于一 個(gè)規(guī)定的參考系一也可從時(shí)間導(dǎo)出一。這種技術(shù)大體上可用來(lái) 探測(cè)車身相對(duì)于道路表面或相對(duì)于地球表面上一個(gè)指定的衛(wèi) 星位置的動(dòng)態(tài)距離。通過(guò)多個(gè)傳感器的適當(dāng)布置也可是諸如擺 動(dòng)和顛簸之類的其他運(yùn)動(dòng)自由度相對(duì)于對(duì)應(yīng)的物體。在垂直的 動(dòng)態(tài)車身調(diào)節(jié)時(shí)，按全球定位系統(tǒng)原理進(jìn)行車身的定位一般由 于精度要求和可用性要求現(xiàn)在看來(lái)是不現(xiàn)實(shí)的。而汽車側(cè)的光 電傳感系統(tǒng)則很昂貴并因而較早用于測(cè)量技術(shù)提出的任務(wù)。
- 通過(guò)相對(duì)位移測(cè)量即借助一個(gè)布置在車輪懸架和/或車身范圍 內(nèi)的傳感器系統(tǒng)通過(guò)磁或電的工作原理來(lái)確定一個(gè)發(fā)送元件 和傳感器之間的相對(duì)位置，發(fā)送器和傳感器安裝在其位置在車 輪懸架和/或車身的相互變化的部件上。由于例如在車輪懸架
制的位置變化，所以傳感器的測(cè)量值被用于這些量的測(cè)量技術(shù)
的確定?？赡艿脑硎谴抛枋絺鞲衅?、霍耳傳感器、電感式或 電阻式傳感器。
- 通過(guò)加速度測(cè)量即借助于地震敏感的傳感器系統(tǒng)來(lái)表示一個(gè) 與傳感器的加速度成比例的輸出信號(hào)。這個(gè)方案例如在汽車車 身上實(shí)施。加速度是一個(gè)相對(duì)于固定慣性系統(tǒng)例如地球中心的 絕對(duì)值。通過(guò)簡(jiǎn)單的時(shí)間積分可確定絕對(duì)速度，通過(guò)再次積分 即可確定絕對(duì)位置。特別是后者由于帶有錯(cuò)誤的傳感器信號(hào)通 常只有付出高昂代價(jià)在使用特殊濾波技術(shù)的情況下才有可能。 原則上，通過(guò)傳感器的很小的地震質(zhì)量進(jìn)行高頻率的大的加速 度的探測(cè)要比低頻運(yùn)動(dòng)的探測(cè)容易。在不同的部件上使用多個(gè) 傳感器的情況下，也可實(shí)現(xiàn)在身見定方向內(nèi)部件之間的相對(duì)加速 度和相對(duì)速度的計(jì)算。傳感器本身由于其動(dòng)作原理對(duì)其軸位置 的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變化是非常敏感的 一但在相應(yīng)配置和分析算法 的情況下，傳感器對(duì)重力場(chǎng)的這種方向依賴性也可用來(lái)確定在 空間中的速度位置。 上述原理既可用于確定汽車的初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，又可用于確定一皮動(dòng)和 /或主動(dòng)的底盤受力部件的相應(yīng)狀態(tài)。
EP 1 424 225 A2例如提出了汽車的車4侖懸架的4i桿軸承，該軸7fc 具有至少一個(gè)布置在軸承內(nèi)和軸承上的傳感器，該傳感器探測(cè)通過(guò)該軸 承相互連接的汽車零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。特別是這個(gè)軸承可用來(lái)測(cè)量汽車的 水平面。
DE 103 33 997 Al提出了帶一個(gè)車身和至少一個(gè)車輪的農(nóng)用汽車的
傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)包括一個(gè)水平傳感器用以測(cè)量至少 一個(gè)車輪 相對(duì)于車身的相對(duì)位置。該水平傳感器具有布置在一個(gè)外殼中的電子器
件，在該外殼中至少設(shè)置有一個(gè)加速度傳感器。此外，還提出了帶有一 個(gè)車身和四個(gè)車輪的農(nóng)用汽車。其中在這些車輪的至少三個(gè)車輪和車身
之間各設(shè)置 一 個(gè)這樣的傳感器系統(tǒng)。
US 6 847 874 B2提出了汽車的可調(diào)減震器的減震強(qiáng)度的控制方法， 其中，汽車一個(gè)車輪和車身之間的距離在使用距離傳感器的情況下進(jìn)行 測(cè)定，并從由這些傳感器提供的距離傳感器信號(hào)中形成一個(gè)差值。從距 離傳感器信號(hào)的差值中通過(guò)一個(gè)固定的時(shí)間差確定減震速度信號(hào)，從而 確定減震速度。然后根據(jù)減震速度控制減震強(qiáng)度。使用一個(gè)高通濾波器
6
來(lái)濾除距離信號(hào)中低于2赫茲的低頻分量。此外，距離傳感器信號(hào)通過(guò) 一個(gè)低通濾波器濾波，其輸出信號(hào)用來(lái)計(jì)算減震速度。作為傳感器可用 水準(zhǔn)調(diào)節(jié)的或空氣彈簧的現(xiàn)有傳感器，其中優(yōu)先確定每個(gè)車輪的減震速 度。汽車車身的速度可借助一個(gè)安裝其上的加速度傳感器進(jìn)行探測(cè)。另
一辦法是，汽車車身的減震速度從帶有濾出的車輪速度分量的減震速度 信號(hào)中確定。
但車身側(cè)的加速度傳感與底盤側(cè)的距離傳感器的組合應(yīng)用導(dǎo)致增 加安裝費(fèi)用和相當(dāng)高的成本。此外，汽車車身的速度從帶有濾波車輪速 度分量的減震速度信號(hào)中確定是不精確的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在使用一個(gè)行程傳感器或角度傳感器和加速度傳 感器的情況下，高精度地確定汽車車身的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)可減 少安裝費(fèi)用，特別是傳感器的安裝空間。
這個(gè)目的是通過(guò)權(quán)利要求1所述的方法、權(quán)利要求9所述的汽車和 權(quán)利要求12所述的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
汽車車身的尤其是具有至少一個(gè)通過(guò)(第一個(gè))車輪懸架彈性支承 在汽車車身上的(第一)車輪的汽車的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的本發(fā)明確定
方法包括下列步驟
- 用(第一)行程傳感器或角度傳感器測(cè)量車輪的彈跳；
- 用一個(gè)(第一)加速度:感器測(cè)量該車輪的垂直加i度；
- 通過(guò)該車4侖的垂直加速度的時(shí)間積分確定該車4侖的垂直速 度； \ "
- 通過(guò)從該車輪的垂直速度和該車輪的彈跳速度的差的形成來(lái) 算出汽車車身的(第一)垂直速度。
根據(jù)本發(fā)明方法，計(jì)算汽車車身的垂直速度作為它的(第一)運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)，在這種情況下，加速度傳感器和行程傳感器或角度傳感器都可設(shè) 置在車輪懸架內(nèi)和/或車輪上。特別是不再需要把加速器傳感器固定在 汽車車身上。所以兩種傳感器可在窄小的空間內(nèi)相互靠近布置在車輪懸
架內(nèi)，從而可減少安裝費(fèi)用或安裝空間。
"彈跳，，的概念特指相應(yīng)車輪到汽車車身的垂直距離，而"垂直，，
的概念則指的是平行于汽車豎軸延伸的或與之重合的垂直方向。特別是 差是這樣形成的，即車輪的彈跳速度減去該車輪的垂直速度。
該汽車優(yōu)先具有至少一個(gè)通過(guò)第二個(gè)車輪懸架彈性支承在汽車車 身上的第二車輪，其中
- 兩個(gè)車輪都是 一根共同的汽車軸的部分；
- 第二個(gè)車輪的彈跳用第二個(gè)行程傳感器或角度傳感器進(jìn)行測(cè)
量；
- 第二車輪的彈跳速度通過(guò)第二車輪的彈跳的時(shí)間微分來(lái)確 定；
- 第二車輪的垂直加速度用第二個(gè)加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量；
- 第二車輪的垂直速度通過(guò)第二車輪的垂直加速度的時(shí)間積分 來(lái)確定；
- 汽車車身的第二垂直速度通過(guò)從第二車輪的垂直速度和第二 車輪的彈跳速度形成的差中算出。
根據(jù)這個(gè)方案，計(jì)算汽車車身的第二垂直速度作為它的第二運(yùn)動(dòng)狀
態(tài)，在這種情況下，特別是差是這樣形成的，即第二車輪的彈跳速度減 去第二車輪的垂直速度。
由于在一根汽車軸的兩個(gè)車輪上存在汽車車身的垂直速度，所以也 可確定汽車車身的擺動(dòng)速度。為此，從汽車車身的兩個(gè)垂直速度中求出 差，然后優(yōu)先除以一個(gè)參考尺寸，該參考尺寸例如由軸的輪距或兩個(gè)傳 感器相互的距離給定。擺動(dòng)速度構(gòu)成汽車車身的第三個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
該汽車尤其具有至少一個(gè)通過(guò)第三個(gè)車輪懸架彈性支承在汽車車 身上的第三車輪，該車輪是第二汽車軸的一部分。這時(shí)，第三車輪的垂 直加速度可用第三個(gè)加速度傳感器來(lái)測(cè)量。但第三車輪的垂直加速度優(yōu) 先這樣確定，即從其他車輪之一的測(cè)出的垂直加速度之至少一個(gè)加速度 在時(shí)間上被延遲。亦即在常規(guī)汽車時(shí)顯示出在行駛中從一定的速度起， 由于路面(道路)引起的前輪之一的激振通常在時(shí)間上在同一側(cè)的一個(gè) 后輪上產(chǎn)生延遲。汽車的速度可用一個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量，而時(shí)間延遲的長(zhǎng) 度則根據(jù)測(cè)出的速度來(lái)確定。此外，前軸和后軸優(yōu)先具有相同的或大致 相同的4侖距。
用時(shí)間延遲的處理步驟例如在用一個(gè)延時(shí)函數(shù)的情況下可省去第 三車輪的垂直加速度的測(cè)量，因而也就省去了第三車輪的一個(gè)加速度傳
感器。相應(yīng)地，也適用于第四個(gè)車輪，如果存在的話，該車輪優(yōu)先與第 三個(gè)車輪一起為共同的第二汽車軸的一部分。但對(duì)第一車輪進(jìn)行的測(cè) 量、計(jì)算和確定或聯(lián)系第一車輪實(shí)施的處理步驟也可用于汽車的第三個(gè) 和/或第四個(gè)車輪。
汽車車身可簡(jiǎn)化成一個(gè)平面來(lái)進(jìn)行分析， 一個(gè)平面在空間的位置可 通過(guò)三點(diǎn)來(lái)界定，所以第三個(gè)車輪的彈跳可用第三個(gè)行程傳感器或角度 傳感器來(lái)測(cè)量，這時(shí)，通過(guò)第三車輪的彈跳的時(shí)間微分確定第三車輪的 彈跳速度。第三車輪求出的垂直加速度可進(jìn)行時(shí)間積分來(lái)確定第三車輪 的垂直速度。這時(shí)，第三車輪的垂直加速度要么通過(guò)用第三個(gè)加速度傳 感器的測(cè)量獲得，要么通過(guò)用例如第一個(gè)和/或第二個(gè)加速度傳感器的 時(shí)間延遲確定的加速度信號(hào)獲得。從第三車輪的垂直速度和第三車輪的 彈跳速度中通過(guò)求差可算出汽車車身的垂直速度作為第三運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其 中求差特別是這樣進(jìn)行的，即第三車輪的垂直速度減去第三車輪的彈跳 速度。所以提供了汽車車身的三個(gè)垂直速度，以便描述它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
此外，為了以類似方式獲得汽車車身的第四垂直速度，也可對(duì)第四 車輪進(jìn)行彈跳測(cè)量和垂直加速度的確定。
汽車車身的每個(gè)垂直速度優(yōu)先與其一個(gè)角對(duì)應(yīng)，這些角可分別通過(guò)
一個(gè)由一條直線(垂直軸)與汽車車身構(gòu)成的交點(diǎn)來(lái)表征，這條直線從
外,；每個(gè)車輪的汽車j簧^假定位于相應(yīng)的垂直軸上。但每;車輪的汽 車彈簧的實(shí)際位置也可偏離該垂直軸而與此，i定無(wú)關(guān)。
由傳感器測(cè)出的信號(hào)特別可能具有高頻范圍和低頻范圍的信號(hào)分 量，這些信號(hào)分量對(duì)汽車車身的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的確定是有干擾 的。由于這個(gè)原因，在時(shí)間纟斂分和/或時(shí)間積分之前優(yōu)先對(duì)由傳感器獲 得的信號(hào)進(jìn)行濾波，特別是帶通濾波，以濾去這些有干擾的信號(hào)分量。
此外，本發(fā)明涉及一種運(yùn)輸工具，尤其是一種機(jī)動(dòng)車，該車具有一 個(gè)車身、至少一個(gè)通過(guò)(第一)車輪懸架彈性支承在車身上的(第一) 車輪、至少一個(gè)(第一)加速度傳感器和至少一個(gè)布置在車輪懸架內(nèi)的 用以探測(cè)車輪彈跳的行程傳感器或角度傳感器以及一 個(gè)串聯(lián)該行程傳 感器或角度傳感器的微分器，其中該加速度傳感器布置在該車輪上或該 車輪懸架內(nèi)， 一個(gè)積分器串聯(lián)該加速度傳感器， 一個(gè)減法器則串聯(lián)該積 分器和微分器。
在本發(fā)明的汽車中，加速度傳感器和行程傳感器或角度傳感器都設(shè) 置在車輪懸架中和/或車輪或輪架上，所以兩種傳感器可相互靠近布置 在窄狹的空間內(nèi)。加速度傳感器離車身有 一定的距離并例如固定在輪架 上。該加速度傳感器優(yōu)先和行程傳感器或角度傳感器一起布置或集成在 一個(gè)共同的外殼或關(guān)節(jié)(例如球窩關(guān)節(jié))中，這樣就可獲得一個(gè)特別緊 湊的和節(jié)省空間的傳感器布置。其中該外殼或關(guān)節(jié)可固定在車輪上、輪 架上或轉(zhuǎn)向器上。該關(guān)節(jié)例如用來(lái)連接車輪和轉(zhuǎn)向器，輪架或車輪通過(guò) 該轉(zhuǎn)向器鉸接在汽車車身上。加速度傳感器和行程傳感器或角度傳感器 的空間集聚也可稱為傳感器群，并優(yōu)先配有一個(gè)自己的電子信號(hào)處理裝 置和一個(gè)共同的電子信號(hào)接口。特別是這個(gè)傳感器群構(gòu)成一個(gè)帶有一個(gè) 共同信號(hào)處理或分析裝置的組件，其中包括一個(gè)溫度補(bǔ)償器、 一個(gè)存儲(chǔ) 器、 一個(gè)線性化的特性曲線族、 一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)和/或自診斷的手段。 這個(gè)組件可包括一個(gè)外殼和/或構(gòu)成關(guān)節(jié)并優(yōu)先作為相關(guān)單元而可互 換。
從行程傳感器或角度傳感器可發(fā)出一個(gè)表征車輪彈跳的信號(hào)，該信 號(hào)用微分器可轉(zhuǎn)換成一個(gè)表征車輪彈跳速度的信號(hào)。此外，從加速度傳 感器可發(fā)出一個(gè)表征車輪垂直加速度的信號(hào)，該信號(hào)用積分器或被積分 器轉(zhuǎn)換成一個(gè)表征車輪垂直速度的信號(hào)。這兩個(gè)速度信號(hào)可由減法器進(jìn) 行相減，其中特別是由積分器獲取的信號(hào)減去用微分器獲得的信號(hào)。此 外，可在加速度傳感器和積分器之間和/或在行程傳感器或角度傳感器 和微分器之間分別連接一個(gè)濾波器，該濾波器濾掉有干擾的信號(hào)分量并 特別設(shè)計(jì)成帶通濾波器。
行程傳感器或角度傳感器與串聯(lián)的微分器配置，而加速度傳感器則 配置串聯(lián)的積分器，其中，串聯(lián)該積分器和微分器的一個(gè)共同的減法器
可多次配置，每個(gè)這樣的配置都可對(duì)應(yīng)一個(gè)車輪，該車4侖通過(guò)一個(gè)相應(yīng) 的車輪懸架彈性支承在汽車車身上。
通過(guò)只有底盤側(cè)的傳感器(例如行程傳感器或角度傳感器、加速度 傳感器)的適當(dāng)布置與一個(gè)串聯(lián)的信號(hào)處理裝置(例如微分器、積分器、 減法器、必要時(shí)濾波器)的組合，也可在汽車中高精度地確定車身的絕 對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(例如垂直速度、擺動(dòng)速度等等)。在這種情況下可省去車 身側(cè)的傳感器。由這些傳感器探測(cè)的數(shù)據(jù)庫(kù)可構(gòu)成垂直動(dòng)力的有效底盤
調(diào)節(jié)系統(tǒng)例如半主動(dòng)減震調(diào)節(jié)或帶主動(dòng)穩(wěn)定器的擺動(dòng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。
相關(guān)的參考量可例如以雙質(zhì)量振蕩才莫型(所謂的四分之一汽車)為 例來(lái)進(jìn)行描述，該模型構(gòu)成一個(gè)與振蕩系統(tǒng)即汽車的垂直自由度簡(jiǎn)化的 線性的對(duì)應(yīng)。車身質(zhì)量和車輪質(zhì)量一該質(zhì)量尤其相當(dāng)于車輪、輪胎、輪 架和必要時(shí)制動(dòng)器的重量，后者包括與輪架連接的車輪導(dǎo)向部件和驅(qū)動(dòng) 裝置部件重量一通過(guò)彈簧元件和減震元件相互連接。車輪本身同樣彈性 支撐在路面上并通過(guò)路面產(chǎn)生垂直振蕩。
在駛過(guò)通常不平的路面時(shí)例如得出下列運(yùn)動(dòng)量的時(shí)間變化過(guò)程 z,: 汽車車身的絕對(duì)垂直行程； : 車輪的絕對(duì)垂直行程； : 車輪到車身的相對(duì)垂直行程； zSTRA :激振的最下點(diǎn)位置，例如由路面確定。 這些量的一階或二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)得出對(duì)應(yīng)于垂直加速度的相應(yīng)垂直 速度。車輪和車身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)探測(cè)用的傳感器系統(tǒng)有加速度傳感器和相對(duì) 行程傳感器。為了從中確定像作為減震調(diào)節(jié)的輸入變量那樣所需的垂直
速度，需要對(duì)加速度信號(hào)》'JMZ)進(jìn)行時(shí)間積分和濾波，而對(duì)相對(duì)行程信號(hào)
Zw則進(jìn)行時(shí)間微分和濾波。其目的是確定車身垂直速度。這時(shí)可省去 在車身上布置的加速度傳感器，而用車輪質(zhì)量上的加速度傳感器與測(cè)量 車輪和車身之間的距離的相對(duì)行程傳感器的組合來(lái)代替。
借助串聯(lián)這些傳感器的計(jì)算鏈對(duì)汽車的每個(gè)角進(jìn)行測(cè)出的信號(hào)zIsl
和^MD的數(shù)字處理。
對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，這一方面是為了抑制高頻噪聲分量， 但也是為了抑制頻譜中的運(yùn)動(dòng)分量，后者對(duì)車身調(diào)節(jié)不產(chǎn)生重要影響， 且由于車輪和車身質(zhì)量的彈簧-減震器連接一般對(duì)車身位置不產(chǎn)生影 響；另一方面則是為了補(bǔ)償信號(hào)中的固定分量(偏差、緩慢的波動(dòng))， 這些分量在隨后的時(shí)間積分時(shí)導(dǎo)致信號(hào)漂移。積分的帶通濾波的輸出量 與絕對(duì)車輪垂直速度構(gòu)成對(duì)應(yīng)。
相對(duì)行程傳感器的信號(hào)同樣優(yōu)先進(jìn)行帶通濾波。但這個(gè)濾波器的高 通分量重點(diǎn)用于這樣的目的，即濾波的動(dòng)態(tài)傳輸性能與加速度信號(hào)濾波 的動(dòng)態(tài)傳輸性能相匹配。在這種情況下，由于相應(yīng)信號(hào)濾波器性能的相 應(yīng)調(diào)諧引起的相位差應(yīng)當(dāng)保持很小，否則在這些信號(hào)稍后的求和時(shí)可能 產(chǎn)生運(yùn)行時(shí)間引起的誤差。所以這個(gè)濾波器尤其作為相位校正元件使用
(由于微分器和積分器具有對(duì)立的相位特性曲線，所以產(chǎn)生相位)。緊 接著對(duì)信號(hào)優(yōu)先進(jìn)行數(shù)字微分。
由于兩個(gè)計(jì)算回路的積分和微分分別具有明顯不同的動(dòng)態(tài)傳輸性 能，但所述方法的目的是在相位和振幅響應(yīng)方面在一個(gè)規(guī)定的頻-潛內(nèi)盡 可能精確地確定車身動(dòng)態(tài)，所以可適當(dāng)相互匹配過(guò)濾分量，以便避免計(jì) 算誤差。
通過(guò)來(lái)自濾波器的這兩個(gè)輸出量相減，現(xiàn)在可按下列計(jì)算規(guī)則確定
車身垂直角度(假定在彈跳方向內(nèi)Z^為正號(hào))
;U/B = J^膨—尸價(jià)^-"^2義柳
加速度傳感器和行程傳感器力求達(dá)到在空間上的聚集，而且顯然是 可能的。這樣， 一個(gè)探測(cè)標(biāo)高的智能角鉸鏈就可以理想的方式集成一個(gè) 垂直加速度傳感器。因此，需要的傳感器對(duì)應(yīng)底盤系統(tǒng)范圍。
狀態(tài)參數(shù)^[肺應(yīng)當(dāng)可用于汽車的其他運(yùn)動(dòng)自由度t鵬和^卿的 調(diào)節(jié)。其中^J鵬表示汽車車身的擺動(dòng)速度，^卿表示汽車車身的顛簸 速度。此外，可進(jìn)行全部四個(gè)角上測(cè)出的和算出的垂直動(dòng)態(tài)狀態(tài)參數(shù)的 計(jì)算對(duì)應(yīng)。例如從汽車車身的垂直速度f(wàn) W卿，和的差中計(jì)算車 身的擺動(dòng)速度t鵬，這兩個(gè)垂直速度是在兩個(gè)角上或一根軸(這里指 前軸)的兩側(cè)處確定的，其中這個(gè)差除以一個(gè)參考尺寸SVA,該參考尺寸 在垂直動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)量計(jì)算和測(cè)量時(shí)在相應(yīng)車輪上方所用的垂直角-軸之間 橫向延伸。顛簸速度可仿此進(jìn)行。
單個(gè)傳感器的最佳置換例如可這樣進(jìn)行借助一個(gè)考慮實(shí)際行駛速 度vx_Fz&以及汽車軸距l(xiāng)的延遲函數(shù)/(^j把在前輪上測(cè)出的垂直加速
度相位移到后輪上，即用
這種方法具有足夠精度的前提是，后輪延遲地在相同的激振型面
(路面)上像前輪那樣滾動(dòng)并進(jìn)行相同的垂直運(yùn)動(dòng)。這個(gè)前提在幾乎相 似的輪距和車輪質(zhì)量情況下在道路上行駛從一 定的最低速度起一般是 可以滿足的。這種方法代替后軸上的兩個(gè)加速度傳感器。延遲函數(shù)應(yīng)用 到行程傳感器上是有條件限制的，因?yàn)檐嚿淼念嶔?dòng)態(tài)在前軸和后軸之 間引起相對(duì)行程差，所以按平板原理應(yīng)測(cè)量后軸上的至少 一個(gè)行程信 號(hào)。
按照相應(yīng)平板運(yùn)動(dòng)的原理，通過(guò)三個(gè)相對(duì)行程傳感器的信號(hào)足可確 定上板塊(汽車車身)到下板塊(輪架的平面)的相對(duì)位置，也就是說(shuō)， 在由傳感器位置固定的已知板塊幾何尺寸的情況下，相對(duì)擺動(dòng)角度、相 對(duì)顛簸角度和相對(duì)垂直距離及其時(shí)間導(dǎo)數(shù)都可確定。
在 一般路面上利用模型模擬由輪架支撐的板的下平面，盡管該板在 其位置上總是與路面吻合，但保持平坦，這是一種有效的和近似的方法。 這塊下板的四角的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過(guò)車輪加速度傳感器和延遲函數(shù)可以確 定，所以通過(guò)一次時(shí)間積分也可確定速度^f直，并在二次積分一帶相應(yīng)降 低的精度一時(shí)可確定該板的位置狀態(tài)參數(shù)。
- 省去V確定車身運(yùn)動(dòng)量的^身側(cè)傳感器；'、口 '
- 利用只布置在底盤內(nèi)或車輪懸架內(nèi)的傳感器來(lái)確定車身的運(yùn) 動(dòng)量(在適當(dāng)利用傳感器時(shí)，相對(duì)位移確定在空間-物理方面 完全與底盤系統(tǒng)范圍對(duì)應(yīng)一特別是不存在到車身的接口)，
- 相應(yīng)計(jì)算鏈的動(dòng)態(tài)回路在一個(gè)規(guī)定的頻帶內(nèi)計(jì)算車身狀態(tài)參 數(shù)時(shí)可借助濾波電路。
此外，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于
- 傳感器的置換；
- 傳感器的可能的空間聚集(成群)，從而可減少到三個(gè)傳感 器群(在一個(gè)主傳感器中和通信鏈的結(jié)構(gòu)中實(shí)施局部智能的 情況下，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制系統(tǒng)的量化的數(shù)據(jù)基的傳輸；群可 包括車輪轉(zhuǎn)速、車輪垂直加速度和彈跳行程)；
- 由于例如在減震器的相對(duì)行程確定時(shí)的高精度，可最大利用 調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能，所以可描述與位置有關(guān)的調(diào)節(jié)對(duì)策。


下面參照附圖借助優(yōu)選的實(shí)施形式來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。附圖表示: 圖l按本發(fā)明一種實(shí)施形式的汽車示意俯視圖； 圖2圖1車輪懸架的示意圖3在駛過(guò)不平路面時(shí)汽車的絕對(duì)垂直動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)量；
圖4確定汽車車身垂直速度的圖示；
圖5帶汽車車身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖示的圖1汽車的簡(jiǎn)化透視圖6帶傳感器的圖1汽車的簡(jiǎn)化透視圖7圖1汽車車身的筒化透視圖8確定汽車車身垂直加速度的框圖9 一個(gè)車輪的垂直加速度的延遲示意框圖IO帶傳感器的球窩關(guān)節(jié)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
從圖1中可清楚看出本發(fā)明一種實(shí)施形式的汽車1的示意俯^L圖， 其中車輪2、 3、 4和5分別通過(guò)一個(gè)輪架6、 7、 8和9與汽車車身10 連接。兩個(gè)車輪2和3為前軸(VA) 11的部分，而兩個(gè)車輪4和5則為 后軸(HA) 12的部分。
圖2表示車輪懸架6的示意圖，其中車輪2通過(guò)汽車彈簧13和通 過(guò)減震器14與汽車車身10連接。車輪2與路面15接觸并具有一個(gè)與 彈簧13、與減震器14連接的帶輪胎17的輪架16。優(yōu)先用空氣充滿的 輪胎17構(gòu)成一個(gè)作用于或布置在^各面15和4侖架16之間的彈簧18,車 輪2在車輪支承點(diǎn)20與路面15接觸并具有一根中軸或旋轉(zhuǎn)軸19。
此外，從圖中可以看出汽車車身的絕對(duì)垂直行程Z,—;、車輪的絕對(duì) 垂直行程zRAD、車輪到車身的相對(duì)垂直行程zIsl以及激振的最低點(diǎn)位置 Zsm，其中Zw也稱為彈跳。圖2中示出的坐標(biāo)系的Z軸表示汽車豎軸線， 而X軸則表示汽車1的行駛方向或汽車縱軸。所以字母"z，，或"垂直，， 的概念表示平行于汽車豎軸延伸的或與之重合的方向。
從圖2看出的系統(tǒng)表示垂直的汽車振動(dòng)的一個(gè)雙質(zhì)量等效纟莫型，其 中mRAD表示車輪質(zhì)量，MAUFB-1/4則表示作用到車輪懸架6上的汽車車身質(zhì)量 m歸B的部分，該部分為汽車車身質(zhì)量的四分之一。
雖然圖2只示出了車輪2的車輪懸架6，但在其他車輪3、 4和5也 是通過(guò)相應(yīng)的車輪懸架7、 8和9與車身IO連接的。這從所用符號(hào)zAUFB—i
的下標(biāo)"i，，可以看出，該下標(biāo)代表VR (-車輪懸架7或前右)、VL (= 車輪懸架6或前左)、HR (=車輪懸架9或后右)或HL ( -車輪懸架8或 后左)。由于圖2中實(shí)際上示出了車輪懸架6，所以下標(biāo)"i"在這里也 等于VL。當(dāng)然，下標(biāo)"i，，也可用l至4代替，例如VR4、 VL=2、 HR=3 和HL=4。
從圖3可以看出在預(yù)先給定激振zs旭時(shí)汽車車身IO的垂直行程z，b 和車輪2的垂直行程zRAD,并繪出了 與時(shí)間t的關(guān)系曲
線。由路面15引起的激振zs加在車輪支承點(diǎn)20作用到車輪2上或輪胎 彈簧18上。所以圖3表示車輪2的位置Zrad和牟身10的位置z腦與激 振ZsTM的關(guān)系的一個(gè)例子。
一個(gè)彈跳傳感器21按圖4布置在車輪懸架6內(nèi)，由該傳感器發(fā)出 一個(gè)表征車輪2的彈跳z^的信號(hào)。傳感器21可設(shè)計(jì)成行程傳感器或角 度傳感器。后者例如設(shè)置在一個(gè)關(guān)節(jié)中，尤其是球窩關(guān)節(jié)中，輪架16 通過(guò)該關(guān)節(jié)在中間連接一個(gè)導(dǎo)臂的情況下與汽車車身10連接。傳感器 21或關(guān)節(jié)可在輪架側(cè)或車身側(cè)設(shè)置在導(dǎo)臂上。但彈跳傳感器21尤宜布 置在車輪2或輪架16上。
此外，在車輪2或輪架16上布置有一個(gè)加速度傳感器22,從該傳 感器發(fā)出一個(gè)表征車輪2的垂直加速度^w)。借助從這兩個(gè)傳感器21和 22獲得的信號(hào)便可確定車身10的垂直速度zAUFB。為此，如圖8所示， 首先把從傳感器21獲得的信號(hào)z^輸入帶通濾波器23中，后者把濾波 信號(hào)zw—mt傳送到微分器24。此外，加速度傳感器22的輸出信號(hào)^^被 輸入帶通濾波器25中，從該處將濾波信號(hào)4^—Fnt傳送到積分器26。微 分器24的輸入信號(hào)&wnt和積分器26的輸出信號(hào)i^rFiu被輸入減法器
27中,后者從Z勵(lì)—Fm減去Zrel—Filt。
-filt 一 Zrel-Fm 之差相當(dāng)于車身10
(關(guān)于車輪懸架6)的垂直速度ZAUFB并作為減法器27的輸出信號(hào)發(fā)出。 濾波器23、微分器24、濾波器25、積分器26和/或減法器27可設(shè) 計(jì)成^t擬的或時(shí)間不連續(xù)的電組件，但優(yōu)先為數(shù)字計(jì)算機(jī)，用它實(shí)現(xiàn)組 件23至27的全部或一部分。特別是組件23至27可組合成一個(gè)共同的 分析裝置28,該裝置優(yōu)先為數(shù)字計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
圖4示出了根據(jù)車輪2的未示出的激振由傳感器21和22測(cè)出的 和^MZ)的兩條測(cè)量曲線。此外，根據(jù)測(cè)出的值z(mì)^和^wz)借助分析裝置28 確定的車身10的垂直速度ZAUFB作為時(shí)間變化過(guò)程示出。
圖5表示汽車1的示意透視圖，其中表征汽車l橫向的坐標(biāo)系的Y 軸按圖2示出。角度^4鵬描繪圍繞X軸的車身IO的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，而角度 ^卿則表示圍繞Y軸的車身10的顛簸運(yùn)動(dòng)。量^f鵬和、卿分別表示 車身10的擺動(dòng)速度和顛簸速度。如果在車輪或在相應(yīng)角的范圍內(nèi)的車 身10的垂直速度^t/zs為已知的，則可確定擺動(dòng)速度^Lra和顛簸速度 @ww。擺動(dòng)速度@ "卿例如按下式計(jì)算
式中^卿jx表示車輪2范圍內(nèi)的車身IO的垂直速度，^卿_朋表示 車輪3范圍內(nèi)的車身10的垂直速度，而SvA則表示一個(gè)參考尺寸，該尺 寸在兩個(gè)垂直的角-軸或直線32和33之間—黃向延伸并特別是相當(dāng)于前 軸11的輪距或相當(dāng)于傳感器的距離。
按圖6也在車輪懸架7和8中分別設(shè)置一個(gè)彈跳傳感器21,并在車 輪3上附加設(shè)置一個(gè)加速度傳感器22,這樣就可測(cè)量車輪2、 3和4的 彈跳以及前軸11的車輪2和3的垂直車輪加速度。雖然后軸12的車輪 4和5按圖6沒(méi)有加速度傳感器，但仍可通過(guò)由車輪2的加速度傳感器 22確定的車輪垂直加速度進(jìn)行時(shí)間延遲來(lái)確定車輪4范圍內(nèi)的車身10 的垂直加速度。該時(shí)間延遲取決于前軸11和后軸12之間的距離1以及 取決于汽車1在X方向的定向速度v、ftg,后者用速度傳感器29探測(cè)， 如圖9所示。加速度傳感器22在車輪2上測(cè)出的垂直加速度^卿—"被 輸入延時(shí)器30,該延時(shí)器與速度傳感器29連接并使信號(hào)^w/)—n延時(shí)At。 從延時(shí)器30輸出的信號(hào)表示至少接近于車輪4的垂直加速度^Mi)i,其 中延時(shí)器30可以是分析裝置28的部分，尤其是由數(shù)字計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
圖6以近似方式假定汽車1在X方向超出預(yù)定的最低速度在道路上 運(yùn)動(dòng)以及其前軸和后軸具有相同的或基本上相同的輪距，所以路面引起 的前輪之一的垂直運(yùn)動(dòng)也在相同汽車側(cè)的后輪上產(chǎn)生延時(shí)。另一種方案 是，后輪4也可配置一個(gè)單獨(dú)的加速度傳感器，如圖6虛線所示。
圖7表示車身10的示意圖，該車身具有一個(gè)不平行于車輪的輪架 的平面31的取向。^艮明顯，為了確定車身10的至少三個(gè)角上的車輪的 彈跳z^，應(yīng)當(dāng)力爭(zhēng)比較精確地探測(cè)車身10的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此，像在參
照?qǐng)D6時(shí)已述及的那樣，在車輪懸架6、 7和8中分別設(shè)置一個(gè)彈跳傳 感器21。
圖10表示橫向?qū)П?5的示意圖，通過(guò)該導(dǎo)臂把輪架16鉸接在車 身側(cè)上。導(dǎo)臂35通過(guò)球窩關(guān)節(jié)34與輪架16連接，該球窩關(guān)節(jié)具有一 個(gè)外殼36和一個(gè)在該外殼中可旋轉(zhuǎn)和可回轉(zhuǎn)支承著的球形軸頸37,導(dǎo) 臂35和球窩關(guān)節(jié)34構(gòu)成車輪懸架6的一部分。加速度傳感器22和在 這里設(shè)計(jì)成角度傳感器的彈跳傳感器21布置在外殼36中，該彈跳傳感 器與一個(gè)布置在球形軸頸37中的信號(hào)發(fā)生器38共同作用，以便探測(cè)球 窩關(guān)節(jié)34的偏轉(zhuǎn)并由此探測(cè)車輪2的彈跳Zrel。其中，該角度傳感器優(yōu) 先為磁場(chǎng)敏感的傳感器，而該信號(hào)發(fā)生器則為一個(gè)磁體。此外，分析裝 置28可全部或部分地集成在外殼36或球窩關(guān)節(jié)34中。
附圖標(biāo)記1汽車
2車輪
3車輪
4車輪
5車輪
6車輪懸架
7車輪懸架
8車輪懸架
9車輪懸架
10汽車車身
11前軸
12后軸
13汽車彈簧
14減震器
15路面
16輪架
17輪胎
18彈簧(輪胎)
19車輪中軸
20車輪支承點(diǎn)
21彈跳傳感器
22加速度傳感器
23帶通濾波器
24微分器
25帶通濾波器
26積分器
27減法器
28分析裝置
29 速度傳感器
30 延時(shí)器
31 輪架的平面
32 垂直的角-軸
33 垂直的角-軸
34 球窩關(guān)節(jié)
35 導(dǎo)臂
36 球窩關(guān)節(jié)外殼
37 3求形軸頸
38 信號(hào)發(fā)生器/磁體
權(quán)利要求
1.汽車(1)的車身(10)的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的確定方法，該汽車具有至少一個(gè)通過(guò)車輪懸架(6)彈性支承在車身(10)上的車輪(2)，其中-用一個(gè)行程傳感器或角度傳感器(21)來(lái)測(cè)量車輪(2)的彈跳(zrel)；-通過(guò)車輪(2)的彈跳(zrel)的時(shí)間微分來(lái)確定車輪(2)的彈跳速度(　)，其特征為-用一個(gè)加速度傳感器(22)來(lái)測(cè)量車輪(2)的垂直加速度(　)；-通過(guò)車輪(2)的垂直加速度(　)的時(shí)間積分來(lái)確定車輪(2)的垂直速度(　)；-通過(guò)從車輪(2)的垂直速度(　)和車輪(2)的彈跳速度(　)求出的差來(lái)計(jì)算車身(10)的垂直速度(　)。
2. 按權(quán)利要求1的方法，其特征為，汽車(1)具有至少一個(gè) 通過(guò)第二車輪懸架(7)彈性支承在車身(10)上的第二車輪(3)，其中- 兩個(gè)車輪(2、 3)都是共同的汽車軸(11)的部分；- 第二車輪(3)的彈跳用第二行程傳感器或角度傳感器(21) 來(lái)測(cè)量；- 第二車輪(3)的彈跳速度通過(guò)第二車輪(3)的彈跳的時(shí)間 樣i分來(lái)確定；- 第二車輪(3)的垂直加速度用第二加速度傳感器(22)來(lái)測(cè) 量；- 第二車輪(3)的垂直速度通過(guò)第二車輪(3)的垂直加速度 的時(shí)間積分來(lái)確定；- 通過(guò)從第二車輪(3 )的垂直速度和第二車輪(3 )的彈跳速 度求出的差來(lái)計(jì)算車身(10)的垂直速度。
3. 按權(quán)利要求2的方法，其特征為，從車身(10)的這兩個(gè)垂直 速度中求出一個(gè)差，并用一個(gè)預(yù)定的參考尺寸(SVA)除以該差來(lái)確定車 身(10)的擺動(dòng)速度。
4. 按前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其特征為，汽車(l)具有至少一個(gè)通過(guò)第三車輪懸架(8 )彈性支承在車身(10 )上的第三車輪(4 ),該車輪為第二汽車軸(12)的一部分，其中，- 通過(guò)車輪(2)中的另一個(gè)車輪測(cè)出的垂直加速度的時(shí)間延遲 來(lái)確定第三車輪(4)的垂直加速度。
5. 按權(quán)利要求4的方法，其特征為，測(cè)定汽車(IO)的速度( 并確定與速度(、/"艱)有關(guān)的時(shí)間延遲長(zhǎng)度(At)。
6. 按權(quán)利要求4或5的方法，其特征為，用第三行程傳感器或角 度傳感器(21)來(lái)測(cè)量第三車輪(4)的彈跳。
7. 按權(quán)利要求6的方法，其特征為- 通過(guò)第三車輪(4)的彈跳的時(shí)間微分來(lái)確定第三車輪(4) 的彈跳速度；- 通過(guò)第三車輪(4)的垂直加速度的時(shí)間積分來(lái)確定第三車輪(4)的垂直速度；- 通過(guò)從第三車輪(4 )的垂直速度和第三車輪(4 )的彈跳速 度求出的差來(lái)確定車身(10)的垂直速度。
8. 按前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其特征為，用傳感器(21、 22)測(cè)出的信號(hào)在時(shí)間微分或時(shí)間積分之前進(jìn)行帶通濾波。
9. 汽車具有一個(gè)車身(10)、至少一個(gè)通過(guò)車輪懸架(6)彈性支承在車身(10 )上的車輪(2 )、至少一個(gè)加速度傳感器(22 )和至 少一個(gè)布置在車輪懸架(6)內(nèi)的用于探測(cè)車輪(2)的彈跳的行程傳感 器或角度傳感器(21)以及一個(gè)串聯(lián)行程傳感器或角度傳感器(21)的 微分器(24)，其特征為- 加速度傳感器(22 )布置在車輪(2 )上或車輪懸架(6 )內(nèi)；- 加速度傳感器(22)串聯(lián)一個(gè)積分器(26);- 積分器(26 )和微分器(24 )串聯(lián)一個(gè)減法器(27 )。
10. 按權(quán)利要求9的汽車，其特征為，在加速度傳感器(22)和積 分器(26)之間以及在行程傳感器或角度傳感器(n)和微分器(24) 之間分別連接一個(gè)帶通濾波器(23、 25)。
11. 按權(quán)利要求9或IO的汽車，其特征為，車輪(2)與車身(10) 通過(guò)導(dǎo)臂(35)連接，該導(dǎo)臂則通過(guò)球窩關(guān)節(jié)(34)與車輪(2)連接， 加速度傳感器(22)和行程傳感器或角度傳感器(21)布置在球窩關(guān)節(jié)(34)中。
12.權(quán)利要求9至11任一項(xiàng)的汽車(1 )用于實(shí)施權(quán)利要求1至8 任一項(xiàng)的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車(1)的車身(10)的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的確定方法，該汽車具有至少一個(gè)通過(guò)車輪懸架(6)彈性支承在車身(10)上的車輪(2)，其中-用一個(gè)行程傳感器或角度傳感器(21)來(lái)測(cè)定車輪(2)的彈跳(z_rel)；-通過(guò)車輪(2)的彈跳(z_rel)的時(shí)間微分來(lái)確定車輪(2)的彈跳速度(z_rel)；-用一個(gè)加速度傳感器(22)來(lái)測(cè)定車輪(2)的垂直加速度(z_RAD)；-通過(guò)車輪(2)的垂直加速度(z_RAD)的時(shí)間積分來(lái)確定車輪(2)的垂直速度(z_RAP)；-通過(guò)從車輪(2)的垂直速度(z_RAP)和車輪(2)的彈跳速度(z_rel)求出的差來(lái)計(jì)算車身(10)的垂直速度(z_AUFB)。
文檔編號(hào)B60G17/0165GK101365599SQ200780002142
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2007年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月10日
發(fā)明者A·加特納, E·希斯, S·拉佩爾特 申請(qǐng)人:Zf腓特烈港股份公司