專利名稱：穩(wěn)定公路車輛的方法和裝置的制作方法
現(xiàn)有技術本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定公路車輛的方法和裝置。這里涉及的問題是拖掛車(Gespanne)-此處是指一個牽引車和一個拖車的組合，如在小轎車或商用車范圍內所發(fā)生的一樣，會出現(xiàn)擺動和折彎。本發(fā)明的方法和本發(fā)明的裝置也可以用于穩(wěn)定單個的汽車，同樣可用于小轎車和商用車。在這種情況下避免了單個汽車的擺動。
相應的方法和裝置從現(xiàn)有技術中可知有許多種變型。
其中一個是很久以來市場上就已知的所謂行駛動力學控制，同時也以標記EPS公知。這種行駛動力學控制的核心塊是一個旋轉速度傳感器。通過汽車繞其垂直軸線的旋轉速度控制可以避免汽車翻倒。
有關單個汽車的行駛動力學控制可參見汽車技術雜志(ATZ)96，1994，第11冊，第674至689頁所公開的文獻“FDR-DieFahrdynamikregelung von Bosch”。在這篇文獻中描述了一種控制汽車偏航率的裝置。對此，測得的偏航率與偏航率的一個理論值相比較。在這種比較中求出偏航率的一個控制偏差，據(jù)此進行與駕駛員無關的單個車輪的制動器干預和/或發(fā)動機干預。通過與駕駛員無關的制動器干預，在汽車上施加一個偏航力矩。通過該偏航力矩使實際偏航率接近理論值。
有關拖掛車(Fahrzeuggespanne)的汽車動力學控制可參見SAE論文973284“Vehicle Dynamics Control for CommercialVehicles”。在這篇文獻中描述了一種對由一個牽引機械和一個半掛車組成的拖掛車的汽車動力學控制。作為控制參數(shù)，這里采用了牽引車的偏航率和和浮游角和在牽引車和半掛車之間調整的折彎角。這些參數(shù)的測量值與相應的理論值比較。根據(jù)該比較結果進行發(fā)動機干預和/或制動器干預以穩(wěn)定拖掛車。
下面列舉屬于現(xiàn)有技術的方法和裝置。
DE 195 36 620 A1公開了一種用于改善汽車橫向穩(wěn)定性的方法。汽車例如是一個牽引車帶一個拖車。當在規(guī)定頻帶內擺動的橫向動態(tài)汽車參數(shù)的幅值超過一個規(guī)定的極限值時，采取使汽車減速的措施。橫向動態(tài)汽車參數(shù)是指橫向加速度和偏航角速度。使汽車減速的措施是減小節(jié)氣門開度以降低驅動力矩和/或為汽車各車輪供入制動壓力以提高制動力矩。因此為了識別汽車典型的擺動行為，要分析橫向動態(tài)汽車參數(shù)的頻率和幅值。
DE 198 12 237 C1公開了一種設計為鞍式牽引車的公路車輛的汽車動力學控制方法。為此，根據(jù)所實施的汽車模型的模擬計算器對動態(tài)行為的觀察研究連續(xù)產(chǎn)生用于汽車偏航速度和浮游角的參考值。通過比較作為汽車偏航速度理論值的參考值與借助偏航速度傳感器連續(xù)測取的偏航速度實際值，產(chǎn)生控制信號以致動汽車的至少一個車輪制動器和/或降低發(fā)動機驅動力矩來補償當前實際值與各關鍵理論值的偏差。汽車模型通過一種線性的微分系統(tǒng)表達。牽引車的車輪制動器和拖車的車輪制動器可以單個致動或者多個致動，也可以與制動系統(tǒng)是否操縱無關。DE 198 20 642 A1涉及一種由一個牽引車和一個拖車或半掛車組成的拖掛車的穩(wěn)定方法。為此需要獲取和分析影響拖掛車行駛動力學的參數(shù)例如方向盤轉角和/或偏航率和/或橫向加速度和/或折彎。通過分析這些參數(shù)推斷出對穩(wěn)定性起關鍵作用的行駛狀態(tài)。對穩(wěn)定性起關鍵作用的行駛狀態(tài)是指方向盤轉向角和/或偏航率和/或橫向加速度和/或折彎角的幅值超過和/或低于規(guī)定的閾值的時候。如果是這樣，則使拖車或半掛車受控地制動。為此輸出壓力理論值，選擇該壓力理論值使其分別按車輪、軸線或側邊分配。
從DE 198 43 826 A1中已知一種穩(wěn)定一個拖車組合的方法，該拖車組合由一個牽引車和至少一個與該牽引車通過一個接合器連接的拖車構成。為了抑制或者說減少拖車的擺動，確定牽引車的實際偏航運動并與一個理論偏航運動相比較。如果在理論偏航運動和實際偏航運動之間出現(xiàn)差別，則改變牽引車的一個可轉向車軸的車輪的轉向角以減少這個差別。
US 5,747,683涉及一種穩(wěn)定一個多段車輛的方法。這種穩(wěn)定是基于偏航率、橫向加速度、空氣彈簧的彈性皮腔內的壓力差、折彎角和折彎角隨時間的變化等各自的實際值與理論值相比較。
從GB 2 257 403 A中已知一種顯示車輛出現(xiàn)不穩(wěn)定的系統(tǒng)。在擺動識別范圍內分析所獲取橫向加速度的頻率和幅值。描述橫向加速度頻率的信號借助該信號通過零點來得出。如果頻率在規(guī)定的范圍內，幅值大于一個規(guī)定值，則該行駛狀態(tài)認為是擺動。在這種情況下提醒車輛駕駛員。
DE 197 08 144 A1涉及一種避免車輛拖車牽引桿的浮游擺動運動的方法。為此設置了一個測量裝置，借助該測量裝置獲得相應于牽引桿橫向力或牽引桿位移的測量參數(shù)。根據(jù)確定的測量參數(shù)值，借助至少一個拖車制動器制動相應的車輪，從而在牽引桿上出現(xiàn)一個附加轉矩，該附加轉矩抵消牽引桿的橫向力或橫向移動中所產(chǎn)生的轉矩。
公開文獻DT 23 10 854涉及一種拖車的擺動控制系統(tǒng)。為此要測量拖車的角加速度。如果角加速度達到了一個預定值，則起動車輛的至少一個車輪制動器。該公開文件也指出了可以根據(jù)拖車擺動方向單個地、分別獨立地控制每個車輪。
US 4,254,998公開了一種用于識別拖車擺動和在識別出拖車擺動時制動拖車的系統(tǒng)。為此設置了一個用于獲取拖車橫向振蕩運動的機構。當擺動周期延續(xù)時間處于一個規(guī)定的寬度范圍內時，產(chǎn)生一個制動器致動信號。此外還必須有一個由表示拖車向左加速的信號和表示拖車向右加速的信號組成的信號超過了一個預定的幅值。
US 3,948,544描述了一種可以消除在拖車上出現(xiàn)的搖擺運動的裝置。為此裝在車輛上的將拖車固定在車輛上的掛鉤具有檢測機構，借助該檢測機構求出掛鉤上的橫向力幅值和方向。通過識別拖車向哪個方向擺動，可以分側控制起動拖車的制動器。
最接近的現(xiàn)有技術是DE 195 36 620 A1。基于該背景技術得出以下任務改進現(xiàn)有的穩(wěn)定公路車輛的方法和裝置，從而消除就是說衰減公路車輛存在的擺動。
該任務是通過獨立權利要求的特征解決的。
發(fā)明優(yōu)點本發(fā)明方法涉及一種穩(wěn)定公路車輛的方法。尤其是穩(wěn)定一個由一個牽引車和一個拖車組成的拖掛車。
根據(jù)本發(fā)明，求出一個信號參數(shù)，該信號參數(shù)描述公路車輛的借助一個旋轉速度傳感器測取的旋轉速度的時間歷程。有利的是，在一個拖掛車中，旋轉速度傳感器安裝在牽引車中。由該信號參數(shù)求出一個描述信號參數(shù)幅值的幅值參數(shù)。此外求出一個描述信號參數(shù)頻率的頻率參數(shù)。根據(jù)幅值參數(shù)和頻率參數(shù)確定車輛是否存在擺動。
根據(jù)本發(fā)明，通過求出一個描述信號參數(shù)相位的相位參數(shù)，有效地消除或衰減了公路車輛存在的擺動。當存在擺動時，則根據(jù)頻率參數(shù)和相位參數(shù)求出一個時刻，在該時刻進行相位合適的制動器干預或轉向干預以穩(wěn)定公路車輛。
有利的是，當頻率參數(shù)的值處于一個規(guī)定數(shù)值范圍內或者大于一個規(guī)定值時和/或當幅值參數(shù)的值大于一個規(guī)定值時公路車輛存在擺動。頻率參數(shù)的數(shù)值范圍和幅值參數(shù)的數(shù)值都可以在試驗場通過行駛試驗得出。
特別有優(yōu)點的是，幅值參數(shù)、頻率參數(shù)和相位參數(shù)從信號參數(shù)借助一種振動頻率分析求出。
有利的是，在一個由一個牽引車和一個拖車組成的拖掛車中，對牽引車的制動器進行相位合適的制動器干預。拖車的制動器在存在擺動時均勻制動。因為對于拖車取消了進行相位合適的制動，所以本發(fā)明的方法或者本發(fā)明的裝置也可以用在這樣的拖掛車上，即，該拖掛車具有一個拖車，該拖車裝備了一個常規(guī)的制動系統(tǒng)，就是說一個壓縮空氣制動系統(tǒng)。
其它優(yōu)點和優(yōu)選設計方案可以從從屬權利要求、附圖以及實施例描述中得知。


附圖由圖1至7組成。在這些圖中示出了各信號或參數(shù)的時間歷程。
具體實施例方式
借助旋轉速度傳感器探測振動，也就是探測車輛旋轉速度的時間歷程。車輛可涉及單車或者一個由一個牽引車和一個拖車組成的拖掛車。
本發(fā)明構思的核心在于，分析旋轉速度傳感器信號的時間歷程。為此實時進行振動頻率分析。假設擺動通常對應于一種振蕩運動，理想情況下可描述為一種正弦振動，則在分析時將頻率、幅值和相位作為調節(jié)參數(shù)。就是說，從描述借助旋轉速度傳感器獲得的旋轉速度的時間歷程的一個信號參數(shù)求出描述信號參數(shù)幅值的幅值參數(shù)、描述信號參數(shù)頻率的頻率參數(shù)和描述信號參數(shù)相位的相位參數(shù)。
總之可以確定幅值參數(shù)、頻率參數(shù)和相位參數(shù)可以從信號參數(shù)借助一種振動頻率分析求出。
從這三個上述的參數(shù)可以推導出是否應該、何時要、怎樣進行一種穩(wěn)定性干預。
為此首先求出是否存在臨界的公路車輛擺動，就是說是否存在對公路車輛來說處于臨界的振蕩運動或者搖擺運動，這通過分析幅值參數(shù)和頻率參數(shù)完成。
第一步，借助頻率參數(shù)求出是否擺動運動具有一種處于應該相關頻率范圍內的振動，對于小轎車來說，該頻率范圍是0.5至3赫茲。為此檢查頻率參數(shù)值是否處于一個規(guī)定的數(shù)值范圍內。該數(shù)值范圍的極限最好事先給出。這種做法是基于以下事實，即，對于公路車輛來說臨界的擺動或者搖擺運動或振動具有處于一個確定的頻率范圍內的特征頻率。
第二步，分析幅值參數(shù)。這里求出車輛存在的擺動究竟是否臨界并需要干預來穩(wěn)定。為此將幅值參數(shù)的值與一個規(guī)定的值相比較。如果幅值參數(shù)值大于規(guī)定值，則車輛存在的擺動是臨界的，從而要求干預來穩(wěn)定車輛。該詢問的背景是幅值很小的一個擺動通常對汽車沒有危險。只有幅值較大時才對車輛有危險。
如果在前兩步中確定了頻率參數(shù)的值處于規(guī)定的頻率范圍內，幅值參數(shù)的值大于規(guī)定值，則存在對車輛臨界的擺動。就是說，存在要求穩(wěn)定性干預的汽車行駛狀態(tài)。
在得知需要穩(wěn)定性干預后，在第三步求出應如何進行這種干預。由此根據(jù)頻率參數(shù)和相位參數(shù)求出一個時刻，在該時刻進行相位合適的穩(wěn)定性干預以穩(wěn)定公路車輛。在這種穩(wěn)定性干預中涉及一種制動器干預和/或一種轉向干預。
這種做法基于以下考慮為了最快地和最大可能地消除擺動，需要有關車輛在觀察時刻向哪個方向運動的信息。該信息通過相位參數(shù)獲得。就是說，相位參數(shù)給出了車輛在觀察時刻處于擺動或搖擺或振動的什么相位。如果根據(jù)該相位參數(shù)信息可以確定車輛正在或馬上要滑向左側，則可以適當?shù)馗深A，例如僅在右側制動車輛。
通過分析相位參數(shù)和頻率參數(shù)，隨之可以通過適當干預來穩(wěn)定車輛。就是說，為了穩(wěn)定車輛可以進行一種制動器干預，從而通過這種干預對車輛施加一個力矩，該力矩抵抗擺動或搖擺或振動。
而分析相位參數(shù)和頻率參數(shù)還提供了預見干預的可能性。根據(jù)相位參數(shù)和頻率參數(shù)，可以在分析的時刻求出直到擺動或搖擺或振動的下一個最大值出現(xiàn)從而出現(xiàn)旋轉速度時經(jīng)歷了多長時間。根據(jù)該信息可以在制動器有一定響應時間之后才以正好合適的力矩干預。就是說在應用這種做法時也可以補償制動器的響應時間。因此例如可以進行穩(wěn)定性干預使擺動移動90°。
由此，為了能夠穩(wěn)定車輛，調節(jié)一個延遲90°的振動使之轉向，具體說以最小的駕駛員幾乎感覺不到的、但具有衰減作用的幅值。
總之可以確定借助相位以及圓周頻率不僅能夠適當?shù)馗深A，而且也能夠外推未來從而預先干預。這種預先干預不僅用于進行制動器干預而且用于進行轉向干預。這種干預或者單獨實施或者組合實施。
為了使本發(fā)明的方法或本發(fā)明的裝置可以用在車輛中，必須滿足下面的功率特征算法對各個測量誤差是穩(wěn)定的和魯棒的(robust)。在非單值性情況下必須采用阻尼并且算法不可激勵。
算法必須提供一個連續(xù)的測量參數(shù)以進行邏輯求值，因而每秒鐘可以實現(xiàn)例如30到50次求結果。擺動也必須總是以30到50赫茲重新分析，由此必須排除傳統(tǒng)傅立葉變換作為分析方法或者必須明顯加速傳統(tǒng)傅立葉變換。一種估計是，為了實現(xiàn)這一計算能力，4兆赫茲的微控制器就足夠了。
如果公路車輛是一個拖掛車，則對于制動器的穩(wěn)定性干預可以確定以下內容相位合適的制動器干預是在牽引車的制動器上進行。拖車的制動器在存在擺動時均勻制動。
也可以考慮以下做法如果已知存在擺動運動，則最好只制動拖車。這種干預則不再必須相位合適地進行，而是在例如壓縮空氣制動的拖車情況下均勻致動拖車的制動器即可，也就是說致動所有的制動器，使其基本上達到相同的制動作用。通過這一措施拉伸拖掛車，衰減擺動。在這一概念下，一個采用本發(fā)明方法的牽引車與一個傳統(tǒng)拖車可以一起操縱。
下面描述各附圖。
附圖中示出的曲線圖如下述產(chǎn)生。在一個車輛五種不同的行駛狀態(tài)中分別記錄旋轉速度，就是說在每種行駛狀態(tài)中都產(chǎn)生一組旋轉速度數(shù)據(jù)。其中兩種行駛狀態(tài)是用一個單車也就是一個不帶拖車的車輛，另外三種行駛狀態(tài)是用一個拖掛車，在本例中是一個帶拖車的小轎車。總共五組數(shù)據(jù)的各時間歷程在圖1中示出。曲線1a和2a表示單車的行駛狀態(tài)，曲線1b，2b和3b表示拖掛車的行駛狀態(tài)?？梢钥闯?，在拖掛車的行駛狀態(tài)下的曲線分別從某一時刻起具有周期性行為，預示著存在擺動或搖擺。
在五種行駛狀態(tài)下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)組借助本發(fā)明的方法進行分析。為此，各數(shù)據(jù)組讀入本發(fā)明的裝置中并對各數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)應用前述的本發(fā)明方法。就是說，從描述公路車輛旋旋轉速度度時間歷程的信號參數(shù)出發(fā)求出一個幅值參數(shù)、一個頻率參數(shù)和一個相位參數(shù)。然后借助這三個參數(shù)用本發(fā)明的方法確定是否存在擺動和是否需要穩(wěn)定性干預。這些分析的結果在圖2中示出。
圖2對五組數(shù)據(jù)的每一組示出了借助本發(fā)明方法產(chǎn)生的干預參數(shù)的時間歷程。借助曲線1a和2a可以看出，對于不帶拖車的行駛狀態(tài)不需要穩(wěn)定性干預。相反，曲線1b，2b和3b示出了在帶有拖車的行駛狀態(tài)下，從某一時刻起需要穩(wěn)定性干預。這種分析的結果是不用知道是否有拖車，只有在帶有拖車的行駛狀態(tài)下才采取干預。這是因為只有在帶有拖車的行駛狀態(tài)下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)組從某一時刻顯示出周期性行為。
這一點通過圖3所示的曲線證明。這些曲線顯示了為每組數(shù)據(jù)所求出的頻率參數(shù)的時間歷程?？梢钥闯?，分別為不帶拖車的行駛狀態(tài)求出的頻率參數(shù)沒有超過需要干預的閾值。相反，為各個帶有拖車的行駛狀態(tài)求出的頻率參數(shù)從某一時刻起超過了閾值，從該時刻起需要干預。這對應于圖2所示。
圖3中示出了干預參數(shù)的計算，只分析了頻率參數(shù)。就是說，按照圖示只根據(jù)頻率參數(shù)求出了穩(wěn)定性干預的必要性。但建議除了分析頻率參數(shù)外還要分析幅值參數(shù)。通過這種附加分析可以求出擺動究竟是否具有這樣的幅值，即從該幅值可以推斷出車輛存在危險。換句話說通過附加分析幅值參數(shù)可以避免只分析頻率參數(shù)可能要求的干預。
這里應注意，圖3中用圓周頻率代替頻率，即用ω＝2πf。
圖4示出了數(shù)據(jù)組1b的相位參數(shù)。
通過應用本發(fā)明的方法，表示頻率參數(shù)的各圓周頻率和表示相位參數(shù)的相位是已知的。借助這些參數(shù)可以外推擺動的未來。這種可能性對于數(shù)據(jù)組1b在圖5中示出。
圖6示出了在不帶拖車的行駛狀態(tài)中采集的旋轉速度。未來測試本發(fā)明的方法，選擇了一條足夠彎曲的路線，其中達到了很高的轉彎速度。如前面借助五組數(shù)據(jù)所述，本發(fā)明的方法在這種行駛中不產(chǎn)生干預信號。這通過圖7所示證明。
權利要求
1.穩(wěn)定公路車輛的方法，尤其是穩(wěn)定由一個牽引車和一個拖車組成的拖掛車的方法，其中求出一個信號參數(shù)，該信號參數(shù)描述借助一個旋轉速度傳感器獲取的公路車輛旋轉速度的時間歷程，其中求出一個描述該信號參數(shù)幅值的幅值參數(shù)，其中求出一個描述該信號參數(shù)頻率的頻率參數(shù)，其中根據(jù)幅值參數(shù)和頻率參數(shù)確定是否存在車輛的擺動，其特征在于，求出一個描述該信號參數(shù)相位的相位參數(shù)，在存在擺動時，根據(jù)頻率參數(shù)和相位參數(shù)求出一個時刻，在該時刻進行相位合適的制動器干預或轉向干預以穩(wěn)定公路車輛。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，當頻率參數(shù)的值處于一個規(guī)定的數(shù)值范圍內或者大于一個規(guī)定值，和/或幅值參數(shù)的值大于一個規(guī)定值，則公路車輛存在擺動。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，幅值參數(shù)、頻率參數(shù)和相位參數(shù)是由信號參數(shù)借助一種振動頻率分析求出。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在一個拖掛車中對牽引車的制動器進行相位合適的制動器干預。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，對于一個拖掛車，當存在擺動時，均勻制動拖車的制動器。
6.用于實施權利要求1所述方法的裝置。
全文摘要
本發(fā)明的方法涉及一種穩(wěn)定公路車輛的方法。為此求出一個信號參數(shù)，該信號參數(shù)描述借助一個旋轉速度傳感器獲得的公路車輛旋轉速度的時間歷程。此外還求出一個描述該信號參數(shù)幅值的幅值參數(shù)、描述該信號參數(shù)頻率的頻率參數(shù)和描述該信號參數(shù)相位的相位參數(shù)。根據(jù)幅值參數(shù)和頻率參數(shù)求出車輛是否存在擺動。如果存在擺動，根據(jù)頻率參數(shù)和相位參數(shù)求出一個時刻，在該時刻進行相位合適的制動器干預或轉向干預以穩(wěn)定公路車輛。
文檔編號B60T8/17GK1441735SQ01812684
公開日2003年9月10日 申請日期2001年6月23日 優(yōu)先權日2000年7月13日
發(fā)明者W·弗雷 申請人:羅伯特-博希股份公司