用于确定车辆的当前水平位置的方法与流程

本发明涉及一种用于确定车辆的当前水平位置的方法以及一种车辆和一种控制装置。

背景技术：

对于用于调节机动车底盘的机械电子系统的控制——利用所述机械电子系统例如可转化空气弹簧支承、主动侧倾稳定和/或减振器调节，通常要考虑机动车的车身相对于其轮胎的实际位置，通过该实际位置描述机动车的位置或者说水平、亦即水平位置。为了确定车辆的水平位置，视用于调节车辆底盘的机械电子系统的构型而定使用至少一个传感器，所述传感器通常称作高度状态传感器、水平传感器、位置传感器和/或弹簧行程传感器。

在德国公开文献DE 196 263 98 A1中提出一种用于路面表面状态的探测器，其中，借助于通过车轮转速计算的车轮加速度来求得当前的车辆水平。

德国文献DE 10 2008 058152 A1公开一种用于根据当前车轮转速求得车辆的弹簧行程的方法。

在欧洲文献EP 2 279 088 B1中公开一种用于根据通过车辆的电磁电机产生的力计算车辆的弹簧行程的方法。

美国文献US 2009/0319123 A1公开一种方法，其中，借助于滤波函数求得车辆车轮的振动。

技术实现要素：

在该背景下提出一种用于确定车辆的当前水平位置的方法，其中，水平位置通过车辆的至少一个车轮支架与车辆的车身之间的距离确定，并且其中，距离借助于由至少一个底盘传感器检测的信号求得，其中，由所述至少一个底盘传感器检测的信号至少包括与车辆的固有运动相应的信号分量和与通过由车辆当前行驶的路面进行的激励相应的信号分量，并且其中，车辆的固有运动的信号分量借助于至少一个滤波函数从由所述至少一个底盘传感器检测的信号滤出，并且其中，借助于无与车辆的固有运动相应的信号分量的相应地经滤波的信号与通过所述至少一个底盘传感器检测的信号的差计算车辆的当前水平位置。

由说明书和从属权利要求得到各个构型。

所提出的方法特别是用于求得在特别是不平坦路段上行驶时车辆的当前水平位置、亦即高度状态。在此提出，由底盘传感器、例如弹簧行程传感器求得的信号——所述信号不仅描述或包括不平坦路段对车辆的影响而且还描述或包括车辆的固有运动——被这样滤波，使得仅仅由不平坦道路的影响引起的分量保留在信号中。此外提出，经滤波的信号用于计算相对于由底盘传感器提供的相应原始信号的差并且由计算的差推断出车辆的当前水平位置。

在本发明的上下文中，可将车辆的水平位置理解为车辆车身相对于相应车辆的车轮支架的高度。

在本发明的上下文中，可将车辆的固有运动理解为相应车辆的车身相对于车辆底盘的运动，其中，运动响应于底盘的由当前行驶路面引起的激励来进行。

在本发明的上下文中，可将滤波函数理解为用于处理信号的数学函数，所述数学函数适合按照特定的预给定来变换相应信号并且例如提取相应信号的确定的信号分量。

所提出的方法特别是提出，由所述至少一个底盘传感器的原始数据例如对于用于调节或者说调整相应车辆的底盘的相应机械电子系统获得为此需要的有用信息。关于用于调节底盘、通常用于调整车辆车身位置的机械电子系统，为了调节减振器，使用车轮弹性跳动的速度的原始数据。为了转化侧倾稳定、空气弹簧支承或主动弹簧固定点调节、亦即所谓的“主动车身控制”，还应求得机动车的绝对位置。为了从相应的通过所述至少一个底盘传感器求得的原始数据抽象和提取分别需要的有用信息，在数字信号处理的范围中使用至少一种滤波，例如高通滤波、低通滤波、带通滤波和/或自适应滤波、例如维纳滤波或卡尔曼滤波。

通过所提出的方法在利用至少一个弹簧行程传感器的情况下确定机动车的、通常机动车的车身的绝对位置或者说绝对水平，这在通过相应待行驶路面对车辆的车身和/或底盘激励非常强烈的情况下也是可能的。在得知绝对位置或者说绝对水平的情况下提出，用于调节底盘的系统匹配于底盘的位置或者说水平。在此，所提出的方法例如为了调节构造成空气弹簧底盘的底盘可以用于在主动控制车身的范围内调节底盘的侧倾稳定装置和/或用于调整或者说调节弹簧固定点。

所提出的方法特别是基于：车辆水平、亦即车辆的当前水平独立于底盘的具体的例如与机动车类型相关的运行参数来确定，从而例如不需要关于至少一个弹簧的刚度和/或作为底盘的至少一个部件的至少一个减振器的减振器常数的信息。此外也不需要关于机动车的与其负载相关的当前质量的信息。相应地，所提出的方法独立于相应机动车的类型或者说衍生一般构造得有利并且可以在参数化投入低的情况下快速且简单地在不同车辆中使用。

因此，基于信号且与车辆无关地确定车辆的车辆水平可独立于通过当前行驶道路对相应底盘部件的激励来实现。

在所提出的方法的构型中，车辆的车辆水平、亦即通常车辆的轮胎或者说车轮支架与车辆车身之间的平均距离在考虑至少一个弹簧行程传感器或者说水平传感器的原始信号的情况下求得。在此在通过相应道路强烈激励的情况下也通过滤波求得车辆水平，尽管一方面相应的在此通常要利用的原始信号——由所述原始信号可导出车辆水平——的信号谱并且另一方面干扰的信号谱至少部分地处于叠加的频谱或者说频率范围中。在使用所提出的方法的情况下可能的是，对机动车在其在相应道路上行驶时进行激励的频率的信号谱例如在考虑机动车的速度的情况下进行评估，其中，需要考虑的是，垂直振动——通过所述垂直振动在行驶相应道路时激励车辆——随着驶过相应障碍的速度的提高在频率范围中增大。因此，与为了调节而执行例如卡尔曼滤波或状态空间滤波的车辆的车身的运动的基于模型的描述相比，对于所提出的方法需要大幅降低的参数化投入或者说不需要参数化投入。此外可以省去可能情况下作为替换方案或补充而要考虑的弹簧-减振器-质量等效模型的数据输入，因为在这样的等效模型中在机动车的质量可变的情况下必须估计质量。

在所提出的方法的可能的构型中提出，所述至少一个滤波函数根据车辆的至少一个底盘部件的运动的频率范围来选择。

所提出的方法基于如下假设：相应底盘系统的上升和下降速度是已知的，从而相应车辆的车辆车身和车轮的相对运动的系统频率范围可以假设为常数，该相对运动通过主动底盘系统的干预引起。恒定的频率范围允许借助于系数确定方法估计任意阶的相应滤波函数的滤波系数。

借助于系数确定方法确定滤波系数可以例如在滤波器设计的意义上根据巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔或任意其它在技术上适合的滤波函数来进行。在此，滤波器设计作为显著的参量需要所谓的拐点频率或者说截止频率。所述截止频率在频率范围中将经减振的信号分量与未经减振的信号分量分开。系数的类型确定相应滤波器的分辨能力和阶以及在拐点频率上减振的程度。在进行数字计算的控制装置上计算离散信号时，必须将滤波系数由模拟滤波设计转变为数字滤波设计。因此适用的是，在确定相应的要使用的截止频率时考虑相应软件部分的扫描速率或者说计算步距，所述软件部分实施相应的滤波功能。

按照所提出的方法求得的滤波函数对相应信号进行计算或者说滤波，而不形成均值。这意味着，按照所提出的方法设置的滤波函数对相应的信号零均值地进行计算或者说滤波，从而将底盘系统固有的运动从相应信号去除。通过形成这样经滤波的信号、亦即从中计算出或者说滤出通过相应车辆的底盘系统的起振所引起的车辆固有运动的信号与相应的原始信号的差，按照所提出的方法可以直接推断出相应的绝对的车辆高度、亦即当前的车辆水平。

在所提出的方法的另一可能的构型中提出，这样选择滤波函数，使得附加地将与当前行驶路面上的长的不平度相应的信号分量从由所述至少一个底盘传感器检测的信号滤出。

为了在求得当前车辆水平时仅仅考虑路面不平度的当前影响而提出，不考虑全局的、亦即长的在比较长的时间段上作用于车辆上的变化或者说不平度。为此例如可以使用高通滤波器，所述高通滤波器仅仅考虑快速的信号变化或者说高的频率分量、例如比1Hz快的频率分量并且放弃所有较缓慢的频率分量。

在所提出的方法的另一可能的构型中提出，作为由所述至少一个底盘传感器检测的信号滤出的信号分量选择频率分量，由此，在没有使用求平均函数的情况下计算相应的经滤波的信号。

通过使用基于频率的滤波器——该滤波器使用确定的频率分量来计算相应经滤波的信号并且放弃其它频率分量，可以将选择地确定的信号分量、特别是与车辆的固有运动相应的信号分量从相应的信号排除并且避免形成失真的求平均程序，所述求平均程序在所有信号分量上、恰好也在不期望的信号分量上积分。

在所提出的方法的另一可能的构型中提出，由经滤波的信号和通过所述至少一个底盘传感器检测的信号形成的差借助于平滑函数来平滑，以便考虑底盘的底盘系统的系统惯性。

为了控制例如机械的减振调节器，需要与车辆的相应减振调节器的工作范围相应的信号。这意味着，对于减振调节器的控制——所述减振调节器例如可以偏转最高每秒10次，应使用这样的信号，所述信号不包括比10Hz快的信号分量。相应地可以考虑的是，按照所提出的方法计算的信号经平滑，从而信号例如仅仅还包括直至最大10Hz的信号分量，以便可以控制相应的减振调节器。

在所提出的方法的另一可能的构型中提出，所述至少一个滤波函数借助于至少一个与所述至少一个滤波函数的相应滤波系数相应的匹配因子这样来匹配，使得相应形成的差最可能地接近理想信号。

可以考虑的是，相应的为了执行所提出的方法而选择的滤波函数匹配于其任务、亦即与相应车辆的固有运动相应的信号分量的提取，以便实现尽可能准确的结果。为此，滤波函数可以通过调节参量、例如“增益”来匹配。

在所提出的方法的另一可能的构型中提出，作为至少一个滤波函数选择滤波函数的下述列表中的至少一个滤波函数：巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、自适应滤波器、维纳滤波器、卡尔曼滤波器、带通滤波器、低通滤波器和高通滤波器以及任意其它在技术上适合的用于从信号提取信号分量的数学函数。

此外，本发明涉及一种车辆，具有控制装置，所述控制装置被构造用于确定车辆的当前水平位置，其中，控制装置还被构造用于通过车辆的至少一个车轮与车辆的车身之间的距离确定水平位置，其中，距离借助于由至少一个底盘传感器检测的信号求得，并且其中，待由所述至少一个底盘传感器检测的信号至少包括与车辆的固有运动相应的信号分量和与通过由车辆当前行驶的路面进行的激励相应的信号分量，并且其中，控制装置还被构造用于将车辆的固有运动的信号分量借助于至少一个滤波函数从待由所述至少一个底盘传感器检测的信号滤出并且由无与车辆的固有运动相应的信号分量的相应地经滤波的信号与通过所述至少一个底盘传感器检测的信号的差推断出车辆的当前水平位置并且提供车辆的当前水平位置给车辆的部件的至少一个控制功能。

所提出的车辆特别是用于执行所提出的方法。

在所提出的车辆的一个可能的构型中提出，控制装置被构造用于将车辆的当前水平位置提供给水平调节装置用于与预给定的阈值比较，以便相应地选择水平调节装置的至少一个待调节的上升或者说下降速度。

特别是在非常不平坦的道路上、例如在石块路面上行驶时需要快速并且准确地调整水平调节装置。相应地提出，水平调节装置快速并且简单地由控制装置按照所提出的方法供应以车辆水平的当前值。

此外，本发明包括一种控制装置，用于安装在车辆中，其中，控制装置被构造用于确定车辆的当前水平位置，并且其中，控制装置还被构造用于通过车辆的至少一个车轮与车辆的车身之间的距离确定水平位置，其中，距离借助于由至少一个底盘传感器检测的信号求得，并且其中，待由所述至少一个底盘传感器检测的信号至少包括与车辆的固有运动相应的信号分量和与通过由车辆当前行驶的路面进行的激励相应的信号分量，并且其中，控制装置还被构造用于将车辆的固有运动的信号分量借助于至少一个滤波函数从待由所述至少一个底盘传感器检测的信号滤出并且由无与车辆的固有运动相应的信号分量的相应地经滤波的信号与通过所述至少一个底盘传感器检测的信号的差推断出车辆的当前水平位置并且提供车辆的当前水平位置给车辆的部件的至少一个控制功能。

所提出的控制装置特别是用于实施所提出的方法以及用于运行所提出的车辆。

在所提出的控制装置的一个可能的构型中提出，车辆的部件由部件的以下列表选择：空气弹簧底盘、侧倾稳定装置和/或弹簧固定点调节系统。

附图说明

本发明另外的优点和构型由说明书和附图得到。

不言而喻，前面所述的和以下还要阐明的特征不仅可以以分别给出的组合而且也可以以其它组合或单独地使用，而不会偏离本发明的范围。

图1示出所提出的方法的可能构型的示意性概览。

图2示出由按照所提出的方法的可能构型设置的底盘传感器检测的信号。

图3示出按照所提出的方法的可能构型的信号处理；

图4示出按照所提出的方法的不同的可能构型的不同的滤波函数；

图5示出按照所提出的方法的可能构型的滤波函数的基于模型的转化。

具体实施方式

借助于附图中的实施形式示意性地示出了本发明并且参照附图示意性地并且详细地予以描述。

相关联地并且全面地描述附图。相同部件配置有相同的附图标记。

在图1中示出车辆1。车辆1配备有主动车身弹簧系统、亦即所谓的“主动车身控制”。为了这样调整主动车身弹簧系统，使得车辆1处于恒定的车辆水平、亦即恒定的车辆高度h_Fzg上，在所述恒定的车辆水平的情况下车辆1的车身基本上相对于车辆1的相应的车轮支架保持在相同的距离上，必须给主动车身弹簧系统传送车身与相应的车轮支架之间的距离的当前值、亦即车辆高度h_Fzg的当前值，由此，主动车身弹簧系统可以主动调节车身与车轮支架之间的距离。

该绝对的车辆高度h_Fzg具有初始状态并且可以通过驾驶员或调节系统期望来改变。该车辆水平理想地可作为固定参量来解译并且由此在时间上恒定，如可由公式(1)获知的那样。

h_Fzg＝h_Fzg(t)＝常数 (1)

车辆高度h_Fzg通过主动车身弹簧系统作为调节目标来解译并且由此相应于关于实际车辆高度h_Fzg的理想信息。

如果车辆1在不平坦的路面上行驶，那么路面激励主动车身弹簧系统的耦合的弹簧-减振器-质量系统进行耦合的振动，由此，当前的车辆高度h_Fzg或者说车轮罩棱边与轮胎轮廓之间的差作为测量的车辆高度的由外部可见的参量波动。为了确定车辆高度h_Fzg，使用弹簧行程传感器，所述弹簧行程传感器检测车轮支架与车身之间的运动差。由此，由车辆1的弹簧行程传感器可以推断车辆1的车轮固有的水平位置、亦即相应的车轮与车辆车身之间的距离，如通过箭头3和5所示。

此外，路面轮廓如通过箭头7所示的那样对于相应的弹簧行程传感器预给定频谱，所述频谱根据车辆1沿路面运动的速度如通过轴线9所示的那样并且根据车辆1的侧倾运动如通过空间角和水平轴线11或者说竖直轴线13所示的那样变化。

图2示出由车辆1的弹簧行程传感器检测的信号的频谱15，该信号在曲线图17中示出，该曲线图通过横坐标19上的以[s]为单位的时间轴线和纵坐标21上的以[mm]为单位的幅值轴线撑开。频谱15表示车辆1的主动车身弹簧系统的通过路面不平度强烈干扰的信号，该信号在15与35秒之间具有20mm的水平变化，如通过区域23和25所示。

在图2中所示状况中，以50公里/小时左右的范围内的适合城市的速度行驶了具有非常大的轮廓跳跃的路面。在此，相应车轮相对于车辆1的车身以绝对幅值振动大约80毫米。该强烈的运动在区域25中由大约20mm长度的上升和下降过程叠加，所述长度由车辆1的主动车身弹簧系统的空气弹簧在15与35秒之间的区域23中完成。因为车轮的振动根据路面的轮廓跳跃由主动车身弹簧系统的空气弹簧的上升和下降过程叠加，所以通过求均值不可确定当前车辆高度h_Fzg。

为了独立于主动车身弹簧系统的空气弹簧的运动求得车辆高度h_Fzg，所提出的方法提出，通过低截止频率的高通滤波器求得主动车身弹簧系统的零均值的并且与速度相关的路面激励。为此提出，形成车辆1的相应的弹簧行程传感器的未经滤波和经滤波的信号之间的差，该差立刻提供实际且绝对的车辆高度h_Fzg。特别是提出，根据主动车身弹簧系统的已知特征选择高通滤波器，从而通过主动车身弹簧系统的运动引起的运动可以有效地通过高通滤波器来提取并且最后用于计算最后描述车辆高度h_Fzg的差。

为了在考虑后置并且处理信号的调节系统的最大允许的信号延迟的情况下降低剩余的振荡分量，可能情况下可以进行平滑低通滤波，如在图3中所示。在此，由弹簧行程传感器30检测的信号通过高通滤波器滤波，如上所述并且通过曲线图31所示。为了对高通滤波器产生的信号例如进行平滑并且由此优化以便输送给车辆1的另外的部件，将信号输送给低通滤波器，如通过曲线图33所示。低通滤波器最后输出经平滑的信号，由所述经平滑的信号可以得出当前车辆高度h_Fzg，如通过箭头35所示。

在图4中在曲线图40中示出借助于不同的高通滤波器和低通滤波器进行信号操作或者说降低的结果，该曲线图在横坐标41上通过以[s]为单位的时间轴线并且在纵坐标43上通过以[mm]为单位的幅值撑开。视高通分量和低通分量的滤波器结构而定，可以看到由相应信号得到的信号幅值的超估或低估。为了校正可能情况下出现的超估或低估，可以设置与相应滤波系数相关的匹配因子(增益)，由此可以最优地且直接地输出绝对的车辆高度h_Fzg。

在图4中使用二阶高通滤波器设计方案。因此可看到具有40dB/十倍频程的低频信号分量的幅值衰减。这在有实时能力的考虑控制装置的研发环境中是在运算成本清楚的情况下用于快速信号匹配的动态滤波器性能之间的良好折中。

曲线46、47和48接近车辆高度信号的理想曲线45。曲线46示出基于无幅值匹配的巴特沃斯滤波器的滤波。曲线47示出基于具有幅值匹配和增益0.9的巴特沃斯滤波器的滤波。曲线48示出基于具有增益0.9的切比雪夫滤波器的滤波。

在图5中示出特征性的滤波实现。电路图50示出2阶滤波器的基于模型的转化。滤波器性能、亦即作为高通或低通的性能通过相应系数预给定。

二阶的滤波实现具有传递函数的各三个分母以及三个分子系数。相应地，图5示出滤波函数的示例性转化，其中，相应的第一分母系数总是1，如对于巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔和其它滤波器设计方法所表征的那样。因此，b2和b3代表传递函数的公式(2)的剩余的分母系数，而a1、a2、a3代表分子系数。