專利名稱：：車輛以及用于彈簧懸掛車輛中的車輛部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種車輛，其具有可以振動方式相對于第一車輛部件運動的車輛部件，以及用于測量第一車輛部件相對于地表面的至少一個加速度測量值的第一測量裝置，本發(fā)明還涉及用于車輛內(nèi)的車輛部件主動式彈簧懸掛的方法。
背景技術(shù)：
：非公路用車輛(offroadvehicle)如卡車和建筑用機器，其車輛座位及其運動通常會很大程度地造成司機的疲勞，長遠來講，甚至?xí)绊懙杰囕v司機的健康。為減輕司機的壓力，座位要做到能使作用于司機的加速度最小。由于在駕駛非公路用車輛時可能會出現(xiàn)駕駛室明顯的垂直運動，因此必須要注意不能到達彈簧行程的終點。在此環(huán)境下，已知各種彈簧懸掛原理，它們的復(fù)雜程度以及能量要求相互不同。因此存在被動式、半主動式和主動式彈簧懸掛系統(tǒng)。在被動式彈簧懸掛系統(tǒng)中，由于它們通常用于車輛座位，彈簧部件的屬性由它們的結(jié)構(gòu)條件而預(yù)先確定，并且在彈簧工作期間不可能變更。在半主動彈簧懸掛系統(tǒng)中，座位彈簧的消耗屬性可根據(jù)各種情況選擇性地受到影響。例如，司機的座位和駕駛室地板之間所用的減震器的硬度可調(diào)節(jié)，和/或司機的座位和駕駛室地板之間的彈簧元件的抗繞性可隨情況而改動。另一方面，主動式彈簧懸掛系統(tǒng)中，通過將能量反饋給彈簧懸掛系統(tǒng)以主動方式影響彈簧懸掛系統(tǒng)。通常會遇到這樣的問題，司機的座位的振動反應(yīng)必須得處理從下面作用的地表面振動激勵和司機產(chǎn)生的負載反向振動激勵。例如，司機在他試圖接觸腳踏板來操作車輛時會給司機的座位施加不同的激勵，同時由于粗糙的地表面條件的振動激勵從下面作用。這意味著必須考慮到作用于司機的座位的至少兩個不同的振動激勵，以便滿足針對司機保證的更大的就座舒適性，而不到達司機的座位的彈簧行程的終點。因此需要的主動振動隔離不僅應(yīng)當保證相對于振動動作以及從中產(chǎn)生的加速度值來說，司機座位盡可能舒適，而且還要用于輔助司機座位受限偏移。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供一種車輛和方法，用于主動式彈簧懸掛包括第一車輛部件和第二車輛部件的車輛，其即使在振動激勵作用于第一車輛部件和第二車輛部件二者上時也能保證使用該車輛的人的高級舒適性。該目的由根據(jù)權(quán)利要求1的特征和根據(jù)權(quán)利要求6的特征的方法的裝置來完成。本發(fā)明的核心思想涉及在車輛中設(shè)置用于確定第二車輛部件的最優(yōu)加速度值的計算裝置，其中該車輛包括可以振動方式相對于第一車輛部件運動的第二車輛部件和用于測量第一車輛部件相對于地表面的至少一個加速度測量值的第一測量裝置，最優(yōu)加速度值是測量的加速度測量值的函數(shù)，其中，至少一個執(zhí)行機構(gòu)設(shè)在第一車輛部件和第二車輛部件之間，其具有用于使第二車輛部件的實際加速度值與在使用可用的彈簧路徑時的最優(yōu)加速度值的偏差最小的控制和閉環(huán)控制單元。而且，本發(fā)明提供了用于主動式彈簧懸掛車輛的閉環(huán)控制的方法，該車輛包括第一車輛部件和第二車輛部件以及測量裝置，其借助計算裝置確定第二車輛部件的最優(yōu)加速度值，該最優(yōu)加速度值是第一車輛部件的測量的加速度測量值的函數(shù)，并借助至少一個執(zhí)行機構(gòu)和與之關(guān)聯(lián)的控制和閉環(huán)控制單元使第二車輛部件的實際加速度值與使用可用的彈簧路徑的最優(yōu)加速度值的偏差最小。在這種主動式彈簧懸掛包括至少第一車輛部件和第二車輛部件的車輛以及用于主動式彈簧懸掛相關(guān)方法的情況下，為滿足司機的振動舒適性，可以不用考慮例如可以為卡車車輛駕駛室的第一車輛部件的彈簧振動，而優(yōu)選彈簧懸掛可以為例如車輛座位的第二車輛部件，其中SEAT(座位有效變速幅度)值應(yīng)當盡可能地保持比較低的值。SEAT值是司機座位的加速度值的有效值與駕駛室的加速度值的有效值的商。由于作用于人體的振動效果是與頻率相關(guān)的，因此加速度值在形成有效值之前用估計過濾器加權(quán)。作用于司機或使用座位的人的加速度應(yīng)當盡可能低以便獲得針對司機或人的高度舒適性。同時，車輛座位相對于地表面存在有限偏移ZA=ZS-ZK，其中Zs是座位的垂直絕對位置，ZK是駕駛室地板在引起的振動時的垂直絕對位置。如果有這種有限的偏移，則必須同時保證車輛的可操作性，例如司機的腳必須能夠持續(xù)地接觸加速踏板。同時，在司機座位的上下運動中應(yīng)當避免接觸彈簧如空氣彈簧懸掛裝置以及減震器的終點。根據(jù)本發(fā)明的彈簧懸掛方法和具有相關(guān)彈簧懸掛的車輛的特征在于，提供了主動的司機座位的彈簧懸掛閉環(huán)控制，其基于用于根據(jù)駕駛室地板的測量的加速度產(chǎn)生座位特性的理想軌線的模型。此理想特性由實際座位特性借助導(dǎo)航控制和軌線跟蹤閉環(huán)控制來跟蹤。因此車輛座位被控制在理想模型表示的軌線上，其中最優(yōu)偏移值ZA^^是預(yù)先確定的。這利用了快速偏移或位置閉環(huán)控制電路或軌線跟蹤閉環(huán)控制。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，在計算裝置中，根據(jù)第二車輛部件的最優(yōu)加速度值^一i:u來確定第二車輛部件或車輛座位相對于地表面的最優(yōu)偏移ZAsetp。int和最優(yōu)速度iAsetp。int，并借助控制單元將它們作為控制力信號反饋給執(zhí)行機構(gòu)。而且，第二車輛部件的最優(yōu)偏移ZAsetp。int的實際偏移ZA借助設(shè)在計算單元和執(zhí)行機構(gòu)之間的閉環(huán)控制單元通過輸出閉環(huán)控制力信號給執(zhí)行機構(gòu)而進行匹配。閉環(huán)控制單元的閉環(huán)控制力和控制單元的控制力之和產(chǎn)生由執(zhí)行機構(gòu)施加的設(shè)定點力，其作用于執(zhí)行機構(gòu)以調(diào)節(jié)最優(yōu)偏移。第一車輛部件可以是例如車輛駕駛室地板，而第二車輛部件可以是例如車輛座位或車輛座位部件，如設(shè)在車輛座位和車輛駕駛室地板之間的受電弓(pantograph)臂的頂部或兩個受電弓臂。車輛的其他車輛部件也可用作第一車輛部件和第二車輛部件，如底盤區(qū)域中的那些部件。計算裝置用于確定第二車輛部件的彈簧懸掛和振動特性的理想軌線以使其實際加速度值最小。由計算裝置應(yīng)用的理想模型不確定座位頂部和座位之間借助實際彈性或阻尼元件的力，而自由地作為條件參數(shù)偏移或彈簧偏移zA6Mtp。int和偏移速度或彈簧偏移速度iAsetp。int的函數(shù)，其中計算裝置用于計算作為例如來自地表面下方并經(jīng)由車輛駕駛室作用于車輛座位的發(fā)起的振動的函數(shù)的最優(yōu)加速度值、最優(yōu)偏移和最優(yōu)速度。為能夠直接看到所得的座位加速度以及包括用座位的人的質(zhì)量，并且如果需要的話還有座位自己的重量，將mo歸一化為l。因此，在該系統(tǒng)的簡單的數(shù)學(xué)模型中包括載有人或司機的車輛座位，不僅有人和坐墊的質(zhì)量，而且還有座位的受電弓中借助彈簧和阻尼元件的機械耦合，而且當構(gòu)建理想模型時考慮主動力執(zhí)行機構(gòu)。這樣確定與測量的駕駛室加速度&相關(guān)聯(lián)的座位加速度^，其中座位加速度^由于粗糙的地表面造成的彈簧振動而產(chǎn)生最優(yōu)地滿足座位彈簧懸掛的質(zhì)量標準。如果最優(yōu)座位加速度^setpoint的位置為已知，并且因此最優(yōu)偏移Z八setpoint以及其偏移ZAsetpoint的推導(dǎo)是已知的，在知道座位的被動式元件的特性情況下，如受電弓的力可以確定由主動執(zhí)行機構(gòu)施加的力除了此控制之外，由于建模的不安全性和用于補償司機施加的例如用于起動踏板的力F艦必須要進行跟蹤設(shè)定點閉環(huán)控制，其借助另一力部件Fd。sed-!。。p《。n加,跟蹤實際座位偏移ZA和其設(shè)定點值ZAsetp。int。結(jié)果是執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)定點力F=F+F主動閉環(huán)控制概念的主要優(yōu)點變得顯而易見，因為座位偏移總是由跟蹤與理想加速度相關(guān)聯(lián)的設(shè)定點位置的閉環(huán)控制調(diào)節(jié)，這意味著跟蹤閉環(huán)控制可以非常的快，因此踏板執(zhí)行期間的偏移運動可保持非常小。因此司機可感覺非常明顯的座位支撐，而不會導(dǎo)致更差的振動隔離和更大的SEAT值。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，計算裝置確定第二車輛部件彈簧振動特性的理想軌線，以便最小化實際加速度值。在該計算裝置中，根據(jù)第二車輛部件的最優(yōu)加速度值ZSsetpoint，確定第二車輛部件相對于第一車輛部{牛的最優(yōu)偏移ZAsetp。int和最優(yōu)速度iAsetp。int，并借助控制單元作為控制力信號反饋給執(zhí)行機構(gòu)。而且,借助閉環(huán)控制單元將第二車輛部件的最優(yōu)偏移ZAsetp。int的實際偏移ZA通過輸出閉環(huán)控制力信號與執(zhí)行機構(gòu)匹配。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，將第二車輛部件的偏移控制到與最優(yōu)加速度值關(guān)聯(lián)的設(shè)定點值。其他有利實施例在附屬權(quán)利要求中有所定義。從以下結(jié)合附圖的說明中可看出本發(fā)明的優(yōu)點和實際效果，附圖中圖1是具有用于說明本發(fā)明的指定參數(shù)的車輛座位的示意圖2是帶有前饋控制的主動式彈簧懸掛座位的閉環(huán)控制方法的示意圖3是具有理想振動隔離的閉環(huán)控制方法的示意圖4是實際座位的物理模型的示意圖5是理想座位的物理模型的示意圖6是具有加速度、速度和彈簧路徑值的振動特性的特征域的圖表；圖7是歸一化信號的加速度的PSD值和頻率值的圖表；圖8是作為振動改進的激勵信號的函數(shù)的SEAT值或彈簧行程的圖表；圖9是座位模型的計算環(huán)境(calculationcontext)的示意圖IO是根據(jù)本發(fā)明的彈簧懸掛的車輛座位的總體結(jié)構(gòu)的示意圖11是狀態(tài)閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)的示意圖12是作為偏移和時間的函數(shù)的響應(yīng)于司機突然起身座位的反應(yīng)改進的圖表；及圖13是作為執(zhí)行機構(gòu)的液壓缸的裝配位置的示意圖。1車輛座位3坐墊4，5受電弓結(jié)構(gòu)6底盤7減震器8空氣彈簧10座位11前饋控制12，13作為設(shè)定點值中間位置中的位置閉環(huán)控制器20力21座位頂部22駕駛室23，24彈簧和減震器元件30質(zhì)量31機械耦合32彈簧和減震器元件40控制單元41外力42閉環(huán)控制單元43實際座位偏移44設(shè)定點值45另一力部件46執(zhí)行機構(gòu)47，60執(zhí)行機構(gòu)48控制力51，52限制器61，62受電弓結(jié)構(gòu)63座位頂部64駕駛室元件具體實施例方式首先考慮要進行閉環(huán)控制的彈簧座位的結(jié)構(gòu)。參照圖1，在示意圖中，顯示了根據(jù)本發(fā)明所提供的這種車輛座位的基本結(jié)構(gòu)。車輛座位l由坐墊3、設(shè)在其上表示司機的假人和底盤6以及設(shè)在底盤和座位頂部之間的受電弓4，5。此外，根據(jù)本發(fā)明減震器7、空氣彈簧8以及執(zhí)行機構(gòu)9設(shè)在受電弓臂和底盤之間或設(shè)在頂部和底盤之間。變量z表示垂直空間坐標，下標S表示受電弓上臂或車輛座位，K表示駕駛室地板，A表示彈簧懸掛，下面給出zA=zS_zKo新的閉環(huán)控制方法的基礎(chǔ)是用于主動式彈簧懸掛的座位的閉環(huán)控制概念，包括其對應(yīng)于控制的前饋控制和位置閉環(huán)控制，如圖2所示。座位10的主動座位系統(tǒng)的振動隔離的計算(Dimensioning)借助前饋控制11完成。通常這樣計算中間頻率和高頻率振動激勵不影響座位加速度&。但是低頻率的駕駛室運動必須傳送到座位，這是因為所需要的彈簧路徑將會太大。為保持座位在其中間位置，而不管是否受到例如由執(zhí)行踏板產(chǎn)生的其它力Fdnver，還需要將中間位置作為其設(shè)定點值的位置閉環(huán)控制。這用標號12和標號13表示。然而，這種眾所周知的閉環(huán)控制概念的基本缺點是必須相對慢地實施位置閉環(huán)控制循環(huán)，以便不會降低通過控制而達到的振動隔離。此環(huán)境由位置測量通道中包括的低通來指示。有利地是，不采用中間位置而是采用由理想振動隔離產(chǎn)生的彈簧偏移結(jié)果來作為座位位置的設(shè)定點值。以下將更詳細地說明如圖3所示的這種閉環(huán)控制系統(tǒng)或概念，其中如圖所示設(shè)定點值確定和前饋控制相互不是獨立的，但是以共同基礎(chǔ)設(shè)計。為能發(fā)現(xiàn)偏移或彈簧偏移設(shè)定點值的改進，采用圖5示意性顯示的理想座位的模型。它基于實際座位的物理模型，如圖4所示。然而在根據(jù)圖5的理想模型中，座位頂部21和駕駛室22的部件之間的力20不是由實際彈簧和減震器元件23,24產(chǎn)生，而是自由地作為彈簧偏移Zhetp。int和彈簧偏移速度iAsetp。int的狀態(tài)變量的函數(shù)。為能夠直接看出得到的座位加速度，將質(zhì)量mo歸一化為首先作為用于計算可預(yù)先確定的理想力或座位加速度SSsetp。int的函數(shù)f。pt，多維多項式公式如下5=ffz5)=ffA:z0_')(1)^=1/=010隨后的數(shù)字最優(yōu)化得到此多項式的系數(shù)ki，j。要確定的系數(shù)的數(shù)量可大大減少，如果約定座位必須對正向和反向激勵做出鏡像反應(yīng)。則接下來應(yīng)用系數(shù)、.=。,_;"2,4,6,...}(2)根據(jù)這種優(yōu)化，盡可能小的理想模型的SEAT值應(yīng)該產(chǎn)生典型的激勵。為避免在偏移運動期間空氣彈簧到達終點，要求作為優(yōu)化的附加條件是即使用期望的極端激勵也不得超過最大彈簧路徑如95mm。對于激勵，考慮駕駛室運動的典型情況和極端情況，其功率密度譜對應(yīng)于(1.8)2乘以根據(jù)ISO7096的歸一化信號EM3，并在1秒內(nèi)具有170mm的最大位置變化。圖6顯示了得到的優(yōu)化的非線性函數(shù)的特征域，其中縱坐標是加速度，而x和y橫坐標是速度和彈簧路徑。根據(jù)圖6，根據(jù)優(yōu)化的座位加速度的特征域可以看出只有非常小的加速度傳送到司機，因此偏移較小且速度相對較低。只有具有相對高的速度，尤其是接近彈簧元件的終點并具有按這些終點的方向運動，才會有較大的加速度值作用于司機上。由此，結(jié)果是幅度可選擇的座位特性。這可從表1中看出，如下表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>根據(jù)表1，理想模型中由不同的激勵信號產(chǎn)生的SEAT值可看成具有關(guān)聯(lián)的彈簧行程。因此歸一化激勵EM3期間顯示理想座位的仿真結(jié)果。如果圖4的實際座位在給定質(zhì)量情況下具有以上顯示的特性，實際座位將會按理想方式相對于振動隔離工作。然后前饋控制可以省略，如圖3所示，閉環(huán)控制將僅必須借由執(zhí)行機構(gòu)補償司機力的影響。然而，利用被動式元件來實現(xiàn)針對每種重量的司機顯示的特性，這幾乎是不可能的。即使這些座位特征的純粹的被動式實現(xiàn)是可以的，它也不應(yīng)該在沒有附加位置閉環(huán)控制的情況下實現(xiàn)，因為彈簧在其靜止位置時非常軟，并且座位將不給司機明顯的座位感覺。當沒有被動式元件的情況下實現(xiàn)主動座位，需要執(zhí)行機構(gòu)的最大力Fmax=mmax^,,nt_max?？赏ㄟ^使理想加速度加權(quán)的質(zhì)量和實際座位的彈性力、減震力之間最接近來減小需要的執(zhí)行機構(gòu)力，如可從隨后導(dǎo)出的等式(8)中看出。對于理想模型，在建立理想模型時不僅司機或使用座位的人以及坐墊的質(zhì)量，而且座位的受電弓結(jié)構(gòu)中借助彈簧和減震器元件的機械耦合以及主動力執(zhí)行機構(gòu)均應(yīng)納入考慮。以下將會更詳細地考慮。因此，對于測量的駕駛室加速度&，以這種方式確定座位加速度^:優(yōu)選滿足質(zhì)量標準如未到達彈簧元件的終點。這通過理想模型實現(xiàn)。如上所述，由于為了實現(xiàn)理想座位，總是需要主動執(zhí)行機構(gòu)，可省略理想力必須只取決于相關(guān)參數(shù)的限制說明。包括駕駛室加速度的影響的擴展是明顯的，因為最優(yōu)座位運動當然也是與激勵相關(guān)聯(lián)的。出于優(yōu)化目的，函數(shù)7^分成兩部分，一部分7一用于減少相關(guān)參數(shù)，而另一部分7-用于前饋控制激勵，是相關(guān)參數(shù)和激勵方向的函數(shù)-(4)函數(shù)7一和:7—也是用多維多項式來表示的，它們的系數(shù)如±所述進行了數(shù)字優(yōu)化。除了這里已闡述的優(yōu)化目的，即SEAT值減小的同時保持在可用的彈簧路徑中，還可以質(zhì)量向量優(yōu)化的形式考慮其他的理想特征。例如如果在已占用的座位的典型運作情況下，頻繁發(fā)生較大的偏移，司機可能發(fā)現(xiàn)它是令人不安的。由于沒有這里已知的對象質(zhì)量標準，因此在用歸一化信號激勵時根據(jù)彈簧偏移的變化來計算偏移的中間值，并將其用作質(zhì)量標準。還重要的是，座位在完成激勵后合理的時間內(nèi)從偏離的狀態(tài)ZA?；氐狡潇o止位置。作為質(zhì)量標準，時間加權(quán)的平方控制表面用來保證返回到靜止位置。12利用包括上述附加條件優(yōu)化同時采用相同的激勵信號的理想模型，在這些基本方面優(yōu)越于最優(yōu)座位的簡單模型。這可從表2顯示的擴展的和簡單的理想模型中的SEAT值和彈簧行程看出。這就是以下僅考慮擴展的理想模型并簡稱為理想模型的原因。表2激勵信號EM3理想模型擴展的簡單的幅度縮放比例100%130%150%180%100%130%150%180%SEAT值0.280.300.320.370.310.360.400.47彈簧路徑[毫米]8388909582899295表2顯示了如上所述的簡單理想模型和擴展的理想模型的仿真結(jié)果。由于采用具體的激勵信號實現(xiàn)的優(yōu)化這一事實，因此確定的最優(yōu)函數(shù)7^,僅使質(zhì)量函數(shù)針對特定激勵信號最小。如果車輛的激勵頻譜偏離用于其構(gòu)思的信號，理想模型不再是最優(yōu)的。因此它可以用于開發(fā)出適應(yīng)每種車輛和激勵類型的理想模型。更詳細地考慮這些適應(yīng)的理想模型可能促成改進。為此，根據(jù)多個眾所周知的歸一化激勵信號，選擇兩個其他的信號，它們盡可能彼此不同，并盡可能與已經(jīng)使用的相對于加速度譜和最大激勵行程ZKmax按比例縮放的EM3信號不同。這些歸一化信號的加速度的功率密度譜如圖7所示，在圖表中，縱坐標表示PSD值，橫坐標表示頻率值。根據(jù)圖7的圖表可看成出，當采用歸一化信號時，EM3具有相對低的頻率部分，或當放大到180%，具有較大的激勵行程，即zKmax=182mm，例如，當信號EM6只有非常短的行程時，即在高頻時zKmax=12mm。對于A類、II類卡車具有更小的激勵行程即ZKmax=90mm的激勵信號EWG2，其在與EM3信號比較時具有更狹窄的頻帶譜。兩個其他的歸一化信號分別用作典型激勵以便設(shè)計另一理想模型。在優(yōu)化時，180y。的極端的激勵EM3還用作測試終點預(yù)防。為了比較可能的不同的理想模型，每個SEAT值和關(guān)聯(lián)的彈簧路徑在用選擇的歸一化信號激勵時按不同的縮放比例來確定。為此的結(jié)果可從圖8看出。在圖8中，SEAT值或彈簧行程是縱坐標，而不同的激勵信號是橫坐標。當比較圖8顯示的不同的激勵信號的發(fā)展線時，可看成基于激勵信號EM6的理想模型甚至在用小幅度的其他信號測試時產(chǎn)生相對良好的SEAT值，g卩EM6400%和EWG250M，雖然需要增加彈簧路徑。當行程激勵較強時，其隔離效果減少。優(yōu)化為EWG2的理想模型具有最佳的隔離效果，其測試信號處于激勵行程的范圍中間和彈簧路徑要求范圍中間。然而，其隔離性能甚至?xí)驗檩^強的激勵而減弱?；诳赡茏罡叩募畹睦硐肽Ｐ蛯τ谒屑钚盘柧哂凶钚〉膹椈陕窂揭螅侵挥性谧顝娂顣r具有最佳的SEAT值。適應(yīng)車輛的理想模型的固定選擇由此可改善振動隔離，其中甚至采用非適應(yīng)的理想模型得到的隔離值也可超過可用的標準座位的那些隔離值。為進一步改進，根據(jù)負載狀態(tài)和地表面產(chǎn)生的激勵，自動選擇合適的理想模型也是可以想到的?，F(xiàn)在，已在駕駛室地上板測量出加速度值，并且借助預(yù)確定的參數(shù)如司機的質(zhì)量和彈簧路徑的長度已確定出或計算出司機的座位的理想運動，主動執(zhí)行機構(gòu)隨后必須被驅(qū)動使在未到達彈簧行程終點情況下司機的座位加速度最小，其可沿縮回和拉伸方向施加力。為此，控制單元和閉環(huán)控制單元二者均是必要的，借助所述執(zhí)行機構(gòu)以這種方式控制彈簧懸掛車輛座位當座位不同地運動至理想模型時，借助所述執(zhí)行機構(gòu)將作用于司機的加速度最小化同時保持座位在可用的彈簧行程內(nèi)。基于圖1所示的座位結(jié)構(gòu)，可導(dǎo)出閉環(huán)控制的主動司機座位的計算模型。建模時不僅考慮圖9的標號30表示的質(zhì)量m，圖9顯示了對于司機和坐墊的座位模型的計算條件的示意圖，而且還考慮在座位的受電弓結(jié)構(gòu)中經(jīng)由未用作執(zhí)行機構(gòu)的彈簧和減震器元件32的機械耦合Fpantograph(用標號31表示)，以及寄生摩擦。因此實際座位的加速度的力的等式為附^=+F戶",唯—+,d"'附(5)在根據(jù)圖9的結(jié)構(gòu)圖中顯示出此計算的相互依賴性。如上所述，控制的任務(wù)是保證良好的振動隔離。根據(jù)以上所示的理想模型得知最優(yōu)座位加速度ZSsetpoint以及最優(yōu)偏移^Asetpoint和其偏移ZAsetpoint的改進。知道座位的被動式元件的特性，可確定出受電弓在最優(yōu)運動時產(chǎn)生的力■^^/Km/ogrrtp/ise,p。int一-^(ij^(point，^^5e/;。int)。禾U"P^口力可借助等式(5)根據(jù)附5、=附^&邵oint-,C嘩。hu，、邵。int)+/Xt，Zj),rf"Ver(7)確定實際座位加速度。如果司機不施加力并且如果模型和座位的初始狀態(tài)一致，基于模型足夠精確的情況下，實際座位將會像理想模型那樣運動。在根據(jù)等式(1)的簡單理想模型中控制的結(jié)果是F。一==^/^(iJ鄉(xiāng)。int，ZA邵。int)+^/X^，)。(8)這里，如果受電弓特征與最優(yōu)座位的相同，則可看出控制是多余的。除了借助控制單元40控制之外，如圖IO所示，在根據(jù)本發(fā)明的彈簧懸掛的車輛座位的結(jié)總體構(gòu)的示意圖中，因為構(gòu)建的模型不安全，并且為補償例如當驅(qū)動踏板時司機施加的力Fdr^(用標號41表示)、為根據(jù)其設(shè)定點值zAsetp。mt(用標號44表示)跟蹤由另一力部件的Ffeedbaeke。n^(用標號45表示)產(chǎn)生的實際座位偏移ZA(用標號43表示)，因此必須要借助閉環(huán)控制單元42跟蹤閉環(huán)控制。對于執(zhí)行機構(gòu)47的設(shè)定點力46，因此可以得到F=F+F(9)因此這還包括由標號48指示的控制力Fe。ntrol。根據(jù)本發(fā)明的本主動閉環(huán)控制概念的主要優(yōu)點又在圖IO中示出，由于座位偏移總是重新調(diào)節(jié)到與理想加速度相關(guān)聯(lián)的設(shè)定點位置，跟蹤閉環(huán)控制循環(huán)可進行的非?？?，并且因此回避運動可保持非常小，例如當踏板被驅(qū)動時。因此司機感覺坐的非常好而不會導(dǎo)致更差的振動隔離和更差的SEAT值。由于本質(zhì)上的原因，因此考慮座位的非線性元件，并且在理想情況下在控制中進行補償，參照圖9可采用座位的簡單的線性化代替模型，來設(shè)計根據(jù)閉環(huán)控制單元42跟蹤閉環(huán)控制w^z血。^(力=_^_=z(力—(力—(附？+A+c)—雨作為閉環(huán)控制單元42，采用帶有頻率域的集成部分的基于基準的狀態(tài)閉環(huán)控制，其結(jié)構(gòu)示意性地在圖11中顯示出來。為設(shè)計閉環(huán)控制單元42，設(shè)計等式ZW&(力+iV(";W=-(11)必須得到解決，要確定閉環(huán)控制器多項式ZR(s)和Zu(s)，其中A(s)是觀測器(基準)的特征多項式，》("是閉環(huán)控制的距離的特征多項式，并可當》(s)和A(s)的度數(shù)等于N(s)的度數(shù)時自由地預(yù)先確定。已選擇的閉環(huán)控制器/觀測器結(jié)構(gòu)避免了如果其中含有的限制器51，52模仿執(zhí)行機構(gòu)47的調(diào)節(jié)限制時，閉環(huán)控制器在到達調(diào)節(jié)限制時結(jié)束控制。如已討論的，根據(jù)本發(fā)明的這種彈簧懸掛方法，除了良好的振動隔離之外，還促進了良好的抑制擾動力。為說明此點，圖12顯示了座位對司機開始突然起身并在1秒后突然坐下的的反應(yīng)，在圖表中偏移是縱坐標，時間是橫坐標。利用閉環(huán)控制選擇的參數(shù)，當司機起身時座位的最大偏移是4mm，而當他坐下時是4.5mm。因此閉環(huán)控制的主動座位即使在用最大擾動激勵時彈起其可用的彈簧路徑的至少10%，而被動式座位則會伸展到彈簧元件的頂部終點。對于實驗研究，液壓缸用作根據(jù)圖13的執(zhí)行機構(gòu)60。其設(shè)在受電弓結(jié)構(gòu)61,62中，受電弓結(jié)構(gòu)設(shè)在座位頂部63和座位底部結(jié)構(gòu)或駕駛室元件64之間。液壓缸裝配的位置和所采用的參數(shù)標號示意性地顯示在圖13中。首先建立同步汽缸模型。對于腔內(nèi)壓強PA和PB，我們得到機—&^…"一…w以及么=￡0,/rfz_7,、—丄、"f"■-,5其中A是有效的活塞表面，E。n是所用的液壓油的彈性模型，Kl是汽缸的漏油系數(shù)，va/b在每個汽缸腔內(nèi)流動，并可由4向/3位置的方向閥調(diào)節(jié)。在先決條件兩個腔內(nèi)壓強比供給壓強Po小，并且比油箱壓強PT大，閥門流量流動速率作為閥門開度Xv的函數(shù)可由等式來描述^=5vxvVI(尸。-&)+")(|(尸。+^)—;pJ以及仏=々vg(尸?！?amp;)-(xv)(全(尸。—五。,-,(巳+^)(尺Ja+J、,)+五。,a(已Va-a+7W尸。-^根據(jù)等式(8)和(9)，可得到差分表示pA:(Pa-Pb)，得到K丑通過將等式(10)和(11)替換到等式(12)中，我們得到新的等式，其可根據(jù)條件閥門開的時候得到。(17)化如果采用因此得到的調(diào)節(jié)法則，我們得到、=五。,.,([+。(尺+Aw)+分子>o分子<o(18)合<則汽缸相對于新的輸入?yún)?shù)ii的壓強差是線性的，并且不與汽缸運動耦然而，實際感興趣的是對于施加在座位上的是=々△—附—o"a,、/，，、/，^)—(、/)由汽缸施加于受電弓結(jié)構(gòu)上的力。對于其用于主動振動阻尼，汽缸活塞的質(zhì):17mpist。n和摩擦力Ffr論n可忽略不計，或?qū)⑵湓黾拥阶坏谋粍邮皆稀＠酶鶕?jù)等式(14)得到的調(diào)節(jié)法則，我們在此還得到針對汽缸力的線性化的調(diào)節(jié)法則^-J:(20)因為這些簡化，不像[7],汽缸加速度和汽缸急拉的參數(shù)，它們僅是難以測量的，不需要作為線性化調(diào)節(jié)法則的輸入?yún)?shù)，基本上簡化了其實現(xiàn)。此外，必須考慮液壓缸的力F^不直接作用在座位頂部，但是首先經(jīng)由受電弓運動學(xué)轉(zhuǎn)換成垂直地作為調(diào)節(jié)力。F咖,W=(,)證漢(/))(21)如果不是預(yù)先假設(shè)的，那么fK—^)-"W應(yīng)用為根據(jù)(14)的線性化調(diào)節(jié)法則的輸入?yún)?shù)ii，我們得到(W,、^〃、d證汰(0;"、、)=1W)—1(22)因此，在新的輸入?yún)?shù)U(t)和調(diào)節(jié)力Fadjua(t)之間存在整體關(guān)系。為穩(wěn)定系統(tǒng)，力閉環(huán)控制與P閉環(huán)控制器重疊，使得整個執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生PT,特性，此外其與座位運動不相耦合。為更廉價地實現(xiàn)力閉環(huán)控制，測量汽缸速度的傳感器應(yīng)該省略。此參數(shù)可重新產(chǎn)生，例如，根據(jù)測量的汽缸長度。然而由此確定的速度放大了測量噪聲，并且具有較大的相位偏移。這就是這里采用座位的設(shè)定點彈簧偏移速度和汽缸的設(shè)定點速度~^作為線性化調(diào)節(jié)法則(14)和(18)的輸入?yún)?shù)的原因。后者經(jīng)由關(guān)系式得到其中K(t)>0。將設(shè)定點參數(shù)輸入到調(diào)節(jié)法則(14)和(18)中，這就像是在設(shè)定點和實際彈簧偏移速度之間的偏差的附加的前饋控制，并因此有助于使座位沿設(shè)定點軌線移動。對于針對測試設(shè)備的實驗研究，采用前述部分中所述的力閉環(huán)控制的同步汽缸作為執(zhí)行機構(gòu)。當在前述部分的仿真中，力閉環(huán)控制的時間常量被調(diào)節(jié)至表3所示的測量結(jié)果70Hz。跟蹤閉環(huán)控制的參數(shù)保持相同。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>圖14顯示了理想模型在具有線性執(zhí)行機構(gòu)的閉環(huán)控制的座位中的仿真結(jié)果，以及具有液壓執(zhí)行機構(gòu)的主動座位和被動式標準座位的測量結(jié)果。當考慮主動系統(tǒng)的彈簧路徑要求并且理想模型一致時，實驗確定的SEAT值大大超過了理想模型。原因是采用的液壓閥門相對較慢，而體積較大因數(shù)至少為5，并因此不適于就近分派任務(wù)。因此必須期望在改進的選擇下有更低的值。與標準座位相比，對于所有激勵觀測的主動系統(tǒng)需要更小的彈簧路徑。而且，理想模型和仿真系統(tǒng)總是具有更小的SEAT值。特別是在較強的激勵作用下，SEAT值比標準座位低大約40。/。，同時，彈簧路徑要求減少30%。除了一個激勵變量(EWG2100%)試驗研究的座位保持低于標準座位的SEAT值。對SEAT值的改進高達25y。，而同時大大降低了彈簧路徑要求。根據(jù)本發(fā)明針對關(guān)聯(lián)的車輛用于設(shè)計車輛座位的主動振動隔離的方法實現(xiàn)了座位對駕駛室運動的反應(yīng)，并且其他干擾相互獨立調(diào)節(jié)。由于閉環(huán)控制的模型結(jié)構(gòu)，當主動式彈簧懸掛的座位要用在不同的車輛類型中時，只有理想模型需要適應(yīng)性變化。如果座位結(jié)構(gòu)或執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)要改變的話，只有控制和跟蹤閉環(huán)控制需要適應(yīng)性變化。仿真結(jié)果和測試設(shè)備上的測量證明該概念的基本耐久性，并且主動座位彈簧懸掛優(yōu)越于被動式彈簧懸掛的變型。申請文件中公開的所有特征均被認為是本發(fā)明必不可少的，只要它們單個或組合是新的并且優(yōu)越于本領(lǐng)域的目前狀態(tài)的。權(quán)利要求1、一種車輛，其包括可相對于第一車輛部件(21)以振動方式運動的車輛部件(22)和用于測量第一車輛部件(21)相對于地表面的至少一個加速度測量值的第一測量裝置，其特征在于，還包括計算裝置，用于確定在出現(xiàn)所述加速度測量值時刻施加于所述第二車輛部件(22)的最優(yōu)加速度值，以及設(shè)在所述第一車輛部件和第二車輛部件(22)之間的至少一個執(zhí)行機構(gòu)(9，47，60)，包括控制和閉環(huán)控制單元(40，42)用以通過利用至少一個可用的彈簧路徑使所述第二車輛部件(22)的實際加速度值與所述最優(yōu)加速度值之間的偏差最小。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其特征在于，所述第一車輛部件(21)是車輛駕駛室地板，所述第二車輛部件(22)是車輛座位部件。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輛，其特征在于，所述計算裝置用于為所述第二車輛部件(22)的所述彈簧振動特性確定理想軌線，且適于使其實際加速度值最小。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛，其特征在于，在所述計算裝置中，所述第二車輛部件相對于所述第一車輛部件的最優(yōu)偏移ZMetp。mt和最優(yōu)速度^Metp。to可根據(jù)所述第二車輛部件(22)的所述最優(yōu)加速度值"setp。int確定，并可作為控制力信號由所述控制單元(40)提供給所述執(zhí)行機構(gòu)。5、根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的車輛，其特征在于，所述閉環(huán)控制裝置(42)設(shè)在所述計算裝置和所述執(zhí)行機構(gòu)(9，47，60)之間，通過輸出閉環(huán)控制力信號給所述執(zhí)行機構(gòu)，以使實際偏移zA匹配所述第二車輛部件(22)的所述最優(yōu)偏移zAsetpoint。6、根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的車輛，其特征在于，所述閉環(huán)控制單元(42)的閉環(huán)控制力和所述控制單元(40)的控制力的和產(chǎn)生所述執(zhí)行機構(gòu)(9,47,60)的要施加的設(shè)定點力。7、一種用于彈簧懸掛車輛中的車輛部件(21)的方法，所述車輛包括第二車輛部件，可以振動方式相對于車輛部件(21)運動，和第一測量裝置，用于測量所述第一車輛部件(21)相對于地表面的至少一個加速度測量值，其特征在于，計算裝置，確定所述第二車輛部件的最優(yōu)加速度測量值作為所述測量的加速度測量值的函數(shù)，以及至少一個執(zhí)行機構(gòu)(9，47，60)設(shè)在所述第一車輛部件和第二車輛部件之間，具有控制和閉環(huán)控制單元(40,42)，通過利用至少一個可用的彈簧路徑使所述第二車輛部件(22)的實際加速度值與所述最優(yōu)加速度值的偏差最小。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述計算裝置確定所述第二車輛部件(22)的所述彈簧振動行為的理想軌線，以便最小化其實際加速度值。9、根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，在所述計算裝置中，所述第二車輛部件相對于所述地表面的最優(yōu)偏移Z^tp。int和最優(yōu)速度5Metp。int根據(jù)所述第二車輛部件(22)的所述最優(yōu)加速度值^Ssetp。int確定，并作為控制力信號借助所述控制單元(40)反饋給所述執(zhí)行機構(gòu)(9，47，60)。10、根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述閉環(huán)控制單元(42)通過輸出閉環(huán)控制力信號給所述執(zhí)行機構(gòu)(9，47，60)使所述第二車輛部件(22)的實際偏移ZA與所述最優(yōu)偏移ZAsetpoint匹配。11、根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的方法，其特征在于，所述第二車輛部件的偏移受閉環(huán)控制到作為所述最優(yōu)加速度值的函數(shù)的關(guān)聯(lián)的設(shè)定點值。12、根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項所述的方法，其特征在于，所述最優(yōu)值適應(yīng)所述車輛的驅(qū)動條件。全文摘要本發(fā)明涉及一種車輛以及用于彈簧懸掛車輛中的車輛部件的方法，所述車輛包括可以振動方式相對于第一車輛部件(21)運動的車輛部件(22)，和用于測量所述第一車輛部件(21)相對于地表面的至少一個加速度測量的第一測量裝置值，其中還提供了計算裝置，用于確定在出現(xiàn)所述加速度測量值時刻施加于所述第二車輛部件(22)的最優(yōu)加速度值，以及至少一個執(zhí)行機構(gòu)(9，47，60)設(shè)在所述第一和第二(22)車輛部件之間，其具有用于使第二車輛部件(22)的實際加速度值與在使用至少一個可用的彈簧路徑時的最優(yōu)加速度值的偏差最小的控制和閉環(huán)控制單元(40，42)。文檔編號B60N2/50GK101618692SQ20081018367公開日2010年1月6日申請日期2008年12月4日優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日發(fā)明者亞歷山大·屈恩萊因,克里斯托夫·武姆泰勒,埃爾溫·哈勒,延斯·科爾布申請人:格拉默股份有限公司