CN1623814A - 在电控悬挂设备中控制阻尼力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在车辆行驶时间期间，根据用于判断路面的判断参考值而控制电控悬挂设备中阻尼力的方法，其中使用判断参考值与预定阈值的比较。并根据比较结果判断路面。然后，响应于路面判断控制阻尼力。将路面判断保持预定的路面判断保持时间。

Description

在电控悬挂设备中控制阻尼力的方法
发明领域
本发明涉及一种在电控悬挂设备中的控制阻尼力的方法；尤其涉及一种在电控悬挂设备中的控制阻尼力的方法，其中不仅使用超过阈值的加速信号前沿(acceleration signal edge)的数目，而且还在车辆行驶期间，在判断路面以控制阻尼力的情况下，使用保持路面判断的保持时间(hold time)来决定适当的阻尼力。
技术背景
通常，悬挂设备与车体的轮轴连接，以防止来自轮轴的振动和碰撞直接传递到车体上，所以它能防止车体和容纳在其中的货物受损坏，并且提高了车辆驾驶的舒适性。而且，悬挂设备将由驱动轮产生的驱动力或者对车辆进行制动以使其停止时各个车轮的制动力转到车体上，承受车辆转弯时产生的离心力，并且将各个车轮保持在以车体为基础的精确位置上。
同时，一种电控悬挂设备包括多个安装在车上的传感器，响应于来自传感器的信息改变阻尼器的阻尼系数，以使其提高了车辆的驾驶舒适性和转向稳定性。
前述的悬挂设备单独地控制四轮的可变阻尼器的阻尼力，以使其能最大限度地确保独立悬挂***的优点。更详细地，该悬挂设备具有连接在车体上的垂直加速度传感器，以使它们中的每一个都能够测量各个车轮的移动，同时能够独立控制车轮。
参见图1，示出了一种传统的电控悬挂设备的示意图，其已经在美国专利号为No.6058340，题为：“suspension control apparatus(悬挂控制设备)”的专利中公开。
如图1所示，将弹簧3和倒相(invertible)可变阻尼系数型的可拉伸/可收缩减振器(或阻尼器4)平行地安放在车体(弹簧支撑机身)1和用来支撑车体1的四个车轮(非弹簧支撑机身)2中的一个之间。“倒相型”的意思是，当延伸的阻尼系数增加时，收缩的阻尼系数就减少，并且当延伸的阻尼系数减少时，收缩的阻尼系数就增加。加速度传感器5连接到车体1上，该传感器用来检测车体1上下方向的加速度。将来自加速度传感器5的加速信号提供给控制器6。顺便提及，尽管对应于四个车轮2分别提供了四个可变阻尼系数型减振器4和四个弹簧3，但是为了更简明，只示出了一套减振器和弹簧。
在上述的电控悬挂设备中，典型地，用与垂直加速度成比例来决定阻尼力的第一种方法或根据路面决定阻尼力模式的第二种方法，该控制器6根据路面也就是路面状况来实现调整减振器4的阻尼力。
在No.6058340的美国专利中已经公开了使用基于垂直加速度的第一种方法来控制阻尼力的多个控制器，在图2中示出了它们中的一种，以作为控制器6的例子。
如图2所示，控制器6包括积分处理部分41、修正值计算部分42、控制目标值计算部分43、控制信号发生部分44、大振幅数目计算部分45、判断部分46、和参数判断部分47。积分处理部分41和加速度传感器5组成了向上和向下绝对速度检测装置，其中对加速度传感器5的加速度信号α进行积分以得到向上或向下的绝对速度S，该绝对速度S接下来将送到作为修正值计算装置的修正值计算部分42。在修正值计算部分42中存储有信息，该信息代表了处于比向上和向下绝对速度S的预定值A(该部分在下文作为“死区”)小的部分以外的范围内的数据和与上述数据成比例的数据S′(在下文作为“修正后的向上或向下绝对速度”)之间的一致性，以使得通过将向上或向下绝对速度S输入到该修正值计算部分42中，就能够得到相应的修正过的向上或向下绝对速度S′。而且，接下来将绝对速度S′发送到作为控制目标值计算装置的控制目标值计算部分43中。
控制目标值计算部分43用来将修正过的向上或向下绝对速度S′与控制增益K相乘，以得到控制目标值C，接下来将其发送到作为控制信号发生装置的控制信号发生部分44。基于控制目标值C，控制信号发生部分44产生控制信号θ，以决定减振器4的阻尼力，并且将该控制信号θ输出到致动器(未示出)，以调整减振器4的阻尼力。在这种情况下，在控制信号发生部分44中存储信息(表示该信息的图在图2中的代表控制信号发生部分44的块中示出)，该信息代表了基于可变阻尼系数型减振器4的特征而设置的控制目标值C和对应的控制信号θ之间的关系，从而通过将控制目标值C输入到控制信号发生部分44，能得到相应的控制信号θ。
基于控制信号θ，致动器产生所需的阻尼系数，该系数用来进行可变阻尼系数型减振器4的延伸或收缩。例如，如果车体1在正方向(车辆的向上方向)的绝对速度增加，以增加与正方向有关的阻尼系数的目标值C，如图2中代表控制信号发生部分44的图框中的曲线所示，则用来延伸的阻尼系数增加，而用来收缩的阻尼系数减少。另一方面，如果在负方向(车辆的向下方向)中的车体1的绝对速度增加，以增加与负方向有关的阻尼系数的目标值C，则用来延伸的阻尼系数减少，而用来收缩的阻尼系数增加。
大振幅数目计算部分45具有与加速度信号α有关的阈值(见图3)，使得计算两个连续加速度信号α的值偏离预定范围的变化数目以得到大振幅数目信号F(对应于计算值)，所述预定范围是由在500msec的预定时间段内的上阈值和下阈值来限定的，该信号F接下来送到判断部分46。判断部分46预存了代表路面的信息，该代表路面的信息与由大振幅数目计算部分45计算的大振幅数目相对应。当在判断部分46中接收来自大振幅数目计算部分45的大振幅数目信号F时，判断部分46对相应的路面进行判断，并且将判断结果传输到作为控制增益调整装置和死区调整装置的参数调整部分47。参数调整部分47用来响应于判断部分46的判断结果，调整控制增益K和死区A(预定值A)。顺便提及，可以设计参数调整部分47，以使能够响应于判断部分46的判断结果来至少对控制增益K和死区A中的一个进行调整。
尽管前面所述涉及一种示例性的情况，其中判断部分46基于由大振幅数目计算部分45计算的大振幅数目信号F来判断当前的路面，但是应该能够注意到，在判断部分46中能接收车速传感器53的输出，即车速。所以，还可以使用车速来判断在判断部分46中所判断的路面。
与车体1连接的车速传感器53检测车速，接下来将车速传送到判断部分46。判断部分46预存有信息，该信息能够响应于由大振幅数目计算部分45产生的大振幅数目信号F来确定路面状况。当在判断部分46中接收了大振幅数目信号F和由车速传感器53产生的车速信号V时，判断部分46响应于接收到的信号F和V，通过选择路面状况信息，来判断路面，并且将判断结果传递到参数调整部分47。
而且，可以将车辆高度传感器(在图2中未示出)连接到车体上，在这种情况下，在判断部分46中接收了由车辆高度传感器检测到的车辆高度检测值，使得判断部分还可以用接收到的车辆高度检测值与加速度检测值和车速检测值一起作为判断参考值。如果用来判断路面的判断参考值的数目增加了，则根据路面能够精确地控制减振器的阻尼力，从而提高车辆的驾驶舒适性。
参考图4，其表示了第二种传统控制器的方块图，该控制器响应于路面对电控悬挂设备的减振器(或阻尼器)的阻尼力进行控制，其中与图2所示部分相似的部分用相似的附图标记来表示。
如能够从图2的控制器6中所看到的，判断部分46预存了信息，该信息能够响应于由大振幅数目计算部分45得到的大振幅数目信号F来判断路面。当在判断部分46中接收到了大振幅数目信号F和由车速传感器53产生的车速信号V时，判断部分46响应于接收到的信号F和V，通过选择路面状况信息判断路面，并且将判断结果传递到阻尼力模式决定部分61。
基于由判断部分46做出的路面判断，阻尼力模式决定部分61决定阻尼力模式。能够将阻尼力模式分为三种模式(即软模式、中间模式和硬模式)，或者三种模式中的每一个均能够被分为多个子模式。所以，如图5所示，根据路面判断(例如路面1、路面2和路面3……)，阻尼力模式决定部分61决定减振器(或阻尼器)的阻尼力模式，并且将阻尼力模式控制信号θ传递到致动器(未示出)。
所以，根据由阻尼力模式决定部分61决定的阻尼力模式，致动器改变减振器4的阻尼系数，使得能够响应于相应的模式来控制阻尼力。
而且，如前面关于控制器6的描述，图4中的控制器6′还可以利用由车辆高度传感器检测到的车辆高度检测值作为判断参考值来判断路面。
同时，在电控悬挂设备需要根据路面判断来大量改变阻尼特性，其中该电控悬挂设备是与如图2和图4中所示的控制阻尼力的控制器成一体的情况下，必须快速做出对路面的判断以提高响应特性。所以，除非对路面做出了错误判断，则必须最大程度地减少如图3所示判断路面的阈值的水平，直到最低值。
但是，如果为了提高响应特性而设置较低的阈值，则即使在车辆经过需要使车辆的阻尼力模式处于硬模式的特定路面后，也能将路面判断保持一个相对较长的时间段。因此，车辆的运动就会异常，结果就使车辆的驾驶舒适性降低。
参考图6，示出当在如图4所示的控制器6′中设置较高加速度阈值时，阻尼控制操作的波形图。
如图6所示，如果加速度信号α偏离了阈值并且判断部分46作出坏路面判断，则在点P1，阻尼力模式决定部分61就将阻尼力模式变为硬模式。如果加速度信号α在由P2点的阈值所限制的预定范围内接收，并且判断部分46做出了较好路面的判断，则阻尼力模式决定部分61立即将阻尼力模式改变到软模式。
但是，由于将加速度阈值设置为较高的值，所以与在加速度阈值设置为较低值的其它情况中相比，会在较晚时间得到坏路面判断。因此响应特性变差。同时，在经过坏的路面后，会较早做出好路面判断，以使阻尼力模式变到软模式。所以，就能够明显减少由于保持阻尼力的硬模式而引起的驾驶舒适性的下降。
参考图7，提供了当在如图4所示的控制器6′中设置低加速度阈值时阻尼力控制操作的波形图。
如图7所示，如果加速度信号α偏离了阈值并且判断部分46作出坏路面判断，则在点P1，阻尼力模式决定部分61就将阻尼力模式变为硬模式。如果加速度信号α在由P2点的阈值所限制的预定范围内接收，以使判断部分46做出较好路面的判断，则阻尼力模式决定部分61立即将阻尼力模式改变到软模式。
在这种情况下，由于将加速度阈值设置到一个较低的值，所以与在加速度阈值设置为较高值的其它情况中相比，较早时间得到坏路面判断。所以，响应特性变好。同时，在经过坏的路面后，较晚时间做出好路面判断。也就是，在相对较长的时间段内，将阻尼力维持在硬模式，然后将阻尼力模式变到软模式。所以，就可能发生由于保持阻尼力的硬模式而引起的驾驶舒适性的下降。
尽管前面的描述公开了电控悬挂设备的问题，该电控悬挂设备是与图4所示控制器6′一体的，但是，在具有图2所示控制器6的电控悬挂设备中，也能够发生由高或低阈值设定所引起的响应特性和驾驶舒适性的问题。
发明内容
所以，本发明的一个目的就是提供一种在电控悬挂设备中控制阻尼力的方法，其不但用超过阈值的加速度信号前沿的数目、而且还用保持路面状况判断的保持时间(hold time)决定适当的阻尼力或者适当的阻尼力模式，在车辆行驶期间判断路面以控制阻尼力，使得由于降低的阈值，其能够产生快速的响应特性，并且防止由于阻尼力的相对较长时间保持硬模式引起的驾驶舒适性的下降。
根据本发明的优选实施例，基于在车辆行驶期间判断路面的判断参考值，提供了在电控悬挂设备中控制阻尼力的方法，其中将判断参考值与预定阈值相比较，根据比较结果判断路面，并且响应于路面判断控制阻尼力，其中路面判断保持在预定的路面判断保持时间。
附图简述
从下面结合附图给出的优选实施例的描述，本发明的上述和其它目标及特征将会变得更加清晰，其中：
图1是传统电控悬挂设备的示意图；
图2是在图1的电控悬挂设备中用来控制阻尼力的控制器的方块图；
图3是表示一个阈值设置的例子，其用来设置加速度阈值以控制阻尼力；
图4是在图1的电控悬挂设备中用来控制阻尼力的另一种控制器的方块图；
图5是响应于路面判断的阻尼力模式决定状态的一个例子；
图6提供了当在如图4所示的控制器中设置较高加速度阈值时，示出阻尼力控制操作的波形图；
图7提供了当在如图4所示的控制器中设置较低加速度阈值时，示出阻尼力控制操作的波形图；
图8是根据本发明的在电控悬挂设备中使用的阻尼力控制方法的流程图；
图9是根据本发明的阻尼力控制操作的示意图；
图10是根据本发明的用于电控悬挂设备中的阻尼力控制操作的一个例子的示意图。
发明详述
当前，将结合附图详细描述本发明的优选实施例。
参考图8，提供了根据本发明的在电控悬挂设备中使用的阻尼力控制方法的流程图。
在描述本发明之前，如下定义几个术语：
路面判断允许“ON”状态表示这样一个状态，在这种状态中，能够对路面做出判断，也就是路面判断允许状态。路面判断允许“OFF”状态表示这样一个状态，在这种状态中，不能够对路面做出判断，也就是路面判断禁止状态。当路面判断为好和坏路面中之一时，路面1表示坏路面。更具体地，路面1“ON”状态表示第一种情况，在这种情况中，路面判断为坏路面，也就是坏路面判断，路面1“OFF”状态表示第二种情况，在这种情况中，路面判断为好路面，也就是好路面判断。
多个计时器(计时器1、计时器2和计时器3)均为安装在典型车用电控单元中的内置计时器。时间T1是路面判断保持时间，也就是在其间保持坏路面判断的预定时间段。时间T2是路面判断禁止状态保持时间，也就是在其间保持路面判断禁止状态的预定时间段。T3时间是线性变化时间，在其间当根据路面判断将阻尼力模式变化到另一种模式时，阻尼力线性变化的预定时间段。
如图8所示，根据本发明的优选实施例的阻尼力控制方法包括第一组步骤S101～S111、第二组步骤S112～S115、第三组步骤S113～S116、第四组步骤S116和S122、和第五组步骤S121～S123。更具体地，在第一组步骤S101～S111中，如果作为路面判断的判断参考值的车体垂直加速度信号超过了预定的阈值，则计算在预定时间段超过预定阈值的加速度信号前沿的数量并且与在路面判断允许状态中的预定参考条件相比较。在第二组步骤S112～S115中，根据比较结果有选择地判断路面为坏路面，响应于坏路面判断而控制阻尼力，同时计算第一保持时间，在该第一保持时间内保持为坏路面判断。在第三组步骤S113～S116中，将计算的第一保持时间与预定时间T1比较，并且根据第一保持时间与预定时间T1的比较结果，将坏路面判断有选择地恢复为好路面判断。在第四组步骤S116和S122中，根据恢复决定，响应于好路面判断控制阻尼力，将路面判断允许状态变为路面判断禁止状态，并且计算第二保持时间，在该时间内保持路面判断禁止状态。在第五组步骤S121～S123中，将计算的第二保持时间与预定时间T2比较，并根据第二保持时间与预定时间T2的比较结果，将路面判断禁止状态有选择地变为路面判断允许状态。
当根据本发明的上述阻尼力控制方法适用于图4中的控制器6′，以用于电控悬挂设备中时，控制阻尼力的控制器6′的操作如下所述。
将由加速度传感器5检测到的垂直加速度信号提供给大振幅数目计算部分45。大振幅数目计算部分45确定超过预定阈值的加速度信号前沿的数目，用来在预定时间段内判断路面，并将所确定的数目传递到判断部分46。换句话说，将大振幅数目信号F传递到判断部分46。
其后，通过判断部分46执行决定阻尼力的路面判断过程。
如图8所示，在初始化步骤S101，将路面判断允许状态设置在“ON”状态，将路面1设置在“OFF”状态，将第一和第二计时器(计时器1和计时器2)设置为零。
在步骤S102中，将路面判断允许状态保持在“ON”状态。因此，路面判断过程前进到步骤S111，根据在步骤S111对来自大振幅数目计算部分45的大振幅数目信号F的接收，也就是对超过阈值的加速度信号前沿的数目的接收，与为路面判断而预定的预定参考条件比较。在这种情况下，路面条件判断的参考条件可以是预定参考数量或预定参考数量范围。
在步骤S112，如果超过阈值的加速度信号前沿的数目满足预定参考条件，则在步骤S113，将第一保持时间，也就是由第一计时器(计时器1)计算的时间，与预定时间T1比较。如果在步骤S113第一保持时间比时间T1短，则进行步骤S114。如果在步骤S113第一保持时间等于或者长于时间T1，则进行步骤S116。
由于在初始行驶状态中，第一保持时间尚未增加，所以在步骤S114，将路面1的状态由“OFF”状态变为“ON”状态。也就是，将指示为好路面的当前路面判断变为坏路面判断。而且，第一计时器(计时器1)开始其计时操作，由此在步骤S115，第一保持时间增加。然后，路面判断过程前进到步骤S102。
当在步骤S114判断当前的路面为坏路面时，阻尼力模式决定部分61接收到判断结果，并且将可变阻尼器的阻尼力模式变为硬模式。
其后，经过一段时间，如果第一保持时间等于或长于预定时间T1，其中该第一保持时间是由第一计时器(计时器1)计算并用于坏路面判断保持，则进行步骤S116。在步骤S116，路面1的状态由“ON”状态变为“OFF”状态。换句话说，将指示坏路面判断的当前路面判断变化为好路面判断。此外，在步骤S116将路面判断允许状态从“ON”状态变为“OFF”状态，将第一计时器(计时器1)的值初始化为零，第二计时器(计时器2)开始计时操作，并因此增加第二保持时间，在该第二保持时间期间保持路面判断禁止状态。然后，路面判断过程前进到步骤S102。
当在步骤S116，对应于好路面通过判断部分46对车辆行驶的路面进行判断时，阻尼力模式决定部分61接收到判断结果，并将阻尼力模式变成软模式。
然后，由于在步骤S102将判断允许状态保持在“OFF”状态，所以路面判断过程前进到步骤S121。在步骤S121，将由第二计时器(计时器2)计算的第二保持时间与预定时间T2比较。在这种情况下，当初始驱动第二计时器(计时器2)时，第二保持时间比时间T2短。所以，路面判断过程前进到步骤S122，其中，由第二计时器计算的第二保持时间增加，并且然后前进到步骤S102。
其后，经过一段时间，在步骤S121，如果第二保持时间等于或者长于预定时间T2，其中该第二保持时间是由第二计时器计算并用于路面判断禁止状态，则路面判断过程前进到步骤S123。在步骤S123，路面允许状态由“OFF”状态变为“ON”状态。换句话说，路面判断禁止状态变为路面判断允许状态。且将第二计时器(计时器1)初始化为零，然后路面判断过程前进到步骤S102。
参考图9，是示出根据本发明的阻尼力控制操作的示意图。如图9所示，在第一点P1，判断允许状态处于“ON”状态，使得基于垂直加速度信号使路面1的状态变为“ON”状态，用这种方法，将阻尼力模式变为硬模式。当第一计时器(计时器1)达到时间T1，也就是由第一计时器计算的第一保持时间变为时间T1时，在第二点P2判断允许状态变为“OFF”状态，使得将路面1的状态改变为“OFF”状态，以这种方法使阻尼力模式变为软模式。其后，在经过时间T2后，将判断允许状态变为“ON”状态，并基于垂直加速度信号将路面1的状态保持在“OFF”状态，用这种方法将阻尼力模式保持在软模式。
同时，当通过判断部分46将路面判断允许状态从“ON”状态变为“OFF”状态时，阻尼力模式决定部分61将阻尼力模式从硬模式变为软模式。这时，如果突然降低阻尼力，则车辆的行驶舒适性就会降低。因此，当可变阻尼器的阻尼力模式从硬模式变为软模式，则最好使阻尼力如图10所示那样线性减少。换句话说，在第二点P2，当阻尼力模式变为软模式时，第三计时器(计时器3)开始计时操作，同时在时间T3也就是线性变化时间内，在从硬模式到软模式的方向上阻尼力线性少。
尽管在前述描述中公开了一个例子，其中只是将车辆的垂直加速度作为路面判断的判断参考值，但是，应当注意到，也可以将由车速传感器检测到的车速检测值和/或由车辆高度传感器测到的车辆高度检测值以现有技术一样的方式用作判断参考值。如果用于路面判断的判断参考值的数目增加，则根据路面判断能够更精确地恰当地控制可变阻尼器的阻尼力，结果就能够提高车辆的驾驶舒适性。
尽管本发明的前述优选实施例公开了一种示例性的情况，其中目前的阻尼力控制方法适合于图4中的控制器6′，但是，应当注意到，即使当阻尼力控制方法适于图2中的控制器6，也能得到如前述优选实施例的那些效果同样的效果。
更具体地，当判断部分46将路面判断结果传递到参数调节部分47时，其中得到该路面判断结果既使用了超过阈值的加速度信号前沿的数目也使用了路面判断保持的保持时间，参数调整部分47响应于判断部分46的判断结果而调整死区A(参数值A)和控制增益K，以使由控制目标值计算部分43产生的控制目标值C改变。所以，就改变了控制信号θ，该信号是由控制信号发生部分44产生并用来决定阻尼力的，并且基于控制信号θ调整阻尼器延伸或收缩的阻尼系数。也就是说，基于超过阈值的加速度信号前沿的数目和路面判断保持的保持时间来决定阻尼器的阻尼力。
而且，该阻尼力控制方法能够用于各种电控悬挂设备，这些电控悬挂设备中的每一个均包括行驶环境传感装置，如垂直加速度传感器和转向角传感器；阻尼力变化装置，如可变阻尼器和致动器；以及控制装置如电控单元等。另外，该阻尼力控制方法也能够应用于可以根据用预定阈值得到的路面判断而可变地控制阻尼力的所有技术领域中。
虽然本发明公开了一个例子，其中阻尼力控制方法应用于倒相-可变阻尼系数型减振器，但是应当注意到，本领域的技术人员也能够将本发明的阻尼力控制方法用于正常型的减振器，其延伸和收缩的阻尼系数是一起增加或减少的。
从上面的描述可以清楚地知道，当行驶时，判断路面以控制可调阻尼器的阻尼力的情况下，根据本发明的阻尼力控制方法不但使用超过阈值的加速度信号前沿的数目，而且也使用了路面判断保持的保持时间来决定适当的阻尼力，使得由于阈值降低就能够建立快速响应特性，防止由于阻尼力模式相对较长时间保持硬模式而造成的车辆行驶舒适性的下降。
虽然本发明已经对优选实施例进行了描述，但是本领域的技术人员明白，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，能够得到各种变化和改进。

Claims (3)

1、一种在车辆行驶时间期间根据用于判断路面的判断参考值在电控悬挂设备中的控制阻尼力的方法，其中将该判断参考值与预定阈值比较，根据该比较结果判断该路面，且响应于该路面判断而控制该阻尼力，且其中将该路面判断保持预定的路面判断保持时间。
2、如权利要求1所述的方法，包括下面的步骤：
在预定时间段内，确定该判断参考值的信号前沿有多少次超过该预定阈值，在路面判断允许状态下，将所确定的该判断参考值的信号前沿的数目与预定参考条件进行比较；
根据所确定的该判断参考值的信号前沿的数目与该预定参考条件的比较结果，有选择地从第一路面判断变为第二路面判断，响应于该第二路面判断控制该阻尼力，并计算第一保持时间，在该保持时间内保持该第二路面判断；
比较计算的该第一保持时间与该预定路面判断保持时间，并根据计算的该第一保持时间与该预定路面判断保持时间的比较结果，有选择地从该第二路面判断变为该第一路面判断；
响应于该第一路面判断而控制该阻尼力，同时将该路面判断允许状态变为路面判断禁止状态，并计算第二保持时间，在该保持时间内保持该路面判断禁止状态；以及
比较计算的该第二保持时间和预定路面判断禁止保持时间，并根据计算的该第二保持时间和该预定的路面判断禁止保持时间的比较结果，有选择地将该路面判断禁止状态变为该路面判断允许状态。
3、如权利要求2所述的方法，其中当控制该阻尼力时，在预定线性变化时间内，该阻尼力线性变化。
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