专利名称：用于确定路面状况的方法和生成车辆使用日志的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定车辆在其上行驶的路面的状况的方法。此外，本发明还涉及一种生成车辆使用日志的方法，其中道路的状况
被分类为多个损坏严重度(severity classes)等级。
背景技术：
可以通过分析车辆在路面上行驶时所发生的振动的频谱来确定路面状况。因此，路面状况意指路面的质量或平滑程度。在文献中使用的同义术语是道路损坏严重度。不平的路面将导致振动通过车辆和悬架传递到车辆的悬挂质量，包括车架、底盘和驾驶室等。根据相关领域的技术，路面状况一般能够描述为随机噪声和离散的瞬态障碍物的组合。滤波技术能够用于将随机噪声从瞬态分量中分离。然后可以分别估计随机部分和瞬态部分。这种相关领域技术要求大的数据处理能力。因此，存在着对较不复杂的用于确定车辆在其上行驶的路面的状况的方法的需求。
在EP556070中公开了一种用于确定道路状况的简化方法。所公开的方法包括如下步骤在机动车辆行驶时通过使用直线行程传感器来连续测量车轮和车辆的车身之间的相对移动；通过使直线行程传感器的输出受到频率分析来形成谱分布；计算各种类型的道路状况所固有的特征值；和基于所计算的特征值来指定道路状况的类型。当指定了道路状况的类型时，本发明的控制装置将悬架的阻尼力改变到与该道路状况的类型对应的水平。根据EP556070的系统以如下方式确定道路状况连续测量车轮和车辆的车身之间的相对移动以生成输入信号。生成输入信号的FFT变换以提供谱分布。将谱值与阈值组合并比较。根据与阈值的比较结果，确定特定道路状况的存在。在所述专利文献中，特定的道路状况称为路面状况。该路面状况被分为不同的等级，例如
膨胀道路、起伏道路、差感觉道路和差道路。这里必须注意，所分析
的输入信号由车轮和车辆的车身之间的测量距离构成。车辆的车身相对于车轮的移动取决于从道路通过悬架传递到簧载质量的能量。传递
到簧载质量的能量取决于车辆的速度以及路面状况。对于在EP556070中公开的方法和设备，不能将车辆以低速度在具有相对不平表面的道路上行驶的情况与车辆以高速度在具有相对平滑表面的道路上行驶的情况分开。由于所公开的方法用于根据道路状况来改变阻尼力，所以不关心路面的实际状况。所关心的是车辆所受到的并通过车轮悬架传递的振动的幅度。因此，在EP556070中描述的系统中，不必区分车辆是以高速度在相对平滑的道路上行驶，还是以低速度在相对不平的道路上行驶，两种情况都导致类似的振动幅度，因为在两种情况中，阻尼器的适当设定将是相同的。根据在EP556070中公开的原理运行的系统的另外的缺点是它要求快速傅立叶变换，这需要大的处理器能力。因为该系统用于控制悬架系统，所以对于该系统的运行来说，可能以小于l秒的间隔对道路状况进行非常频繁的更新是必要的。这也意味着除了用于执行FFT运算所要求的大能力之外的对处理器能力的高要求。
然而，对于除设定车辆中的车轮悬架的阻尼力之外的目的，对车辆在其上行驶的路面的状况的了解是有利的。对车辆在其上行驶的路面的实际状况的了解可以用于优化车辆部件的维护程序，用于为特定客户确定合适的车辆部件尺寸标准，用于平顺性评估等。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于确定车辆在其上行驶的路面的状况的方法，该方法可以将两种情形相互分离，此方法可确定路面状况，使得能够将车辆以高速度在平整表面上行驶的情况与车辆以低速度在粗糙表面上行驶的情况分开。
通过根据权利要求l的用于确定车辆在其上行驶的路面的状况的
7方法实现了此目的。
根据本发明，车辆在其上行驶的路面的状况根据包括如下步骤的方法确定
a) 获取表示轮轴(12)和车辆的车身(14)之间的距离(D)的
信号(s);
b) 从所述获取的信号(S)中提供经过滤波的第一分量(Sl);
C)计算表示第一分量(Sl)的激励程度的第一值(VI);
d) 获取表示车辆速度(V~ )的信号；
e) 对于所述速度的影响补偿所述第一值(VI)，使得生成第一速
度补偿值(Vle。m,v);
f) 将所述第一速度补偿值(VlMm,v)与所存储的数据进行比较，
所述存储的数据用于对车辆在其上行驶的道路的状况进行分类。
因为对于速度的影响补偿所述第一值，所述补偿随着速度v大体上且实质上以yx增加，其中x大约为1.5，所以不仅可以确定路面状况和速度的组合效果如何影响簧载质量的移动，就像在EP556070中公开的现有技术布置结构的情况一样，而且可以确定车辆在其上行驶的路面的状况。
下面将参考附图进一步详细描述本发明，在附图中图l示出用于确定车辆在其上行驶的路面的状况的方法的流程图，图2示出包括用于执行根据本发明的方法的合适装置的车辆的示意性侧视图，
图3示出可结合用于确定路面状况的图，和图4示出适于记录车辆的使用的矩阵。
具体实施例方式
在图l中示出了用于确定车辆在其上行驶的路面的状况的方法的流程图。路面状况对于车辆的振动环境具有根本性的重要性。与在路面上具有大的不平度或甚至具有孔或突起的道路相比，在表面上具有小不平度的平滑道路导致更小的振动。在本申请中，道路状况涉及路
面的平滑程度。在图2中，示出了车辆10的示意性侧视图，该车辆包括用于执行根据本发明的方法的合适的装置。将首先参照图1和图2描述本发明。
在第一方法步骤S10中，确定车辆10的速度v超过阈值T。该阈值T可以选择为适于设定希望生成车辆使用日志的速度范围的下限。当车辆以低于选定的阈值T的非常低的速度行驶时，道路状况的确定结果可能变得不确定，这是因为如下事实，即路面特征可基本上表达为距离变化的函数除以速度的函数。当速度接近零时，对道路状况的确定可能变得不稳定。对于阈值以下的速度，车架的扭转可用于对道路状况进行分类，其中大的扭转表示差路面，而小的扭转表示平滑路面。为了测量车架扭转，水平传感器可安装在车辆的每一侧上。阈值T可以适当地选择为10km/h。
第二步骤S20在测量窗口30下进行。第二方法步骤S20包括一组子步骤S22至S36，这些子步骤在下面进一步说明。测量窗口30可以设定为预定的时长。可以将一分钟选作合适的时长。代替预定时长，可以将指定的行驶距离或根据车辆的平均速度计算的行驶距离选择为限定测量窗口30。
在测量窗口30中，在第二方法步骤S20期间执行以下操作在第一子步骤S22中，获取表示轮轴12和车辆的车身14之间的距离D的信号S。适当地测量轮轴12和车架部件16之间的距离。诸如车架16的被悬挂部件和诸如轮轴12的非悬挂部件之间的任何距离的测量值均可以选作输入信号。可以适当地选择用于空气悬架20的水平传感器18，以生成表示轮轴12和车辆的车身14之间的距离D的信号S。在第二子步骤S24中，通过将所述信号S滤波来提供第一分量S1。优选地，该第一分量Sl表示车辆l的轮轴12的轴共振(axle resonance)。在优选实施例中，也从所述获取的信号S中提供第二分量S2，该第二分量S2表示簧载质量沿车辆10的竖直方向的运动。 一般地，簧载质量的运动意指布置在车轮悬架上方的车辆的车身的刚体运动，典型为车架相对于车轮或轮轴的运动。对于重型商用车辆，表示车辆10的轮轴12的轴共振的第一分量通常为大约9至12Hz。表示簧载质量的运动的第二分量S2对应于在车辆簧载质量的共振频率附近的频带处的能含量的测量值，对于重型商用车辆，所述第二分量S2通常为大约l至2Hz。第二子步骤S24可优选地包括使信号S受到第一带通滤波器21滤波以获得所述第一分量S1的步骤，该第一带通滤波器21具有在车辆的轮轴的所述轴共振附近的第一频带，并包括使所述信号受到第二带通滤波器22滤波以获得所述第二分量S2的步骤，该第二带通滤波器22具有在沿车辆
竖直方向的簧载质量的运动附近的第二频带。对于重型商用车辆，该第一带通滤波器可以适当地选择为具有5至15Hz之间的第一频带，优选在9至12Hz之间。对于重型商用车辆，第二带通滤波器可以适当地选择为具有0.5至5Hz之间的第二频带，优选在l至2Hz之间。
在第三子步骤S26中，计算表示第一分量的激励程度的第一值V1和表示第二分量的激励程度的第二值V2。在测量窗口30期间，第一值V1和第二值V2可以适当地计算为第一和第二信号分量S1和S2的均方根值(RMS值)。例如基于第一和第二分量的二阶时间导数形成的RMS值的其他测量值(这些值涉及加速度而非位置)、第一和第二分量的越过值(level crossing)或范围谱、尾峰值(endpeaks)的增加等可以适当地
选作表示第一分量和第二分量的激励程度的值。为了获得第一和第二分量的足够精度，以超过IO Hz的采样频率提供第一和第二分量的样本，该采样频率优选在40Hz的范围内。在第四子步骤S28中，计算在所述测量窗口期间行驶过的距离DT。在第五子步骤S30中，估计所悬挂的轴载荷。通过记录驱动轴压力来适当地进行估计。在第六子步骤S32中，形成在测量窗口期间的平均速度々。在第七子步骤S34中，估计测量窗口期间的最大和最小速度。用于确定最大和最小速度的合适的釆样频率
为l Hz。在测量窗口30期间，可以仅适当地确定所行驶过的距离DT、平均速度和驱动轴压力一次。在第八子步骤S36中，通过验证自测量窗口30开始时算起的时间t是否小于阈值Th来确定测量窗口30是否已接近结束。替代地，第八子步骤S36可以通过验证所行驶过的距离DT是否超过阈值来形成。如果测量窗口30尚未接近结束，则通过在反馈环31中返回来重新开始从第一子步骤到第八子步骤的运行。
在第三可选的方法步骤S40中，确定最大速度Vmax和最小速度Vmin
之间的差是否小于阈值M。该阈值M可以适当地选择为最大IO km/h或vmax/5。第三方法步骤S40保证能够进行对第一和第二分量的精确评估。大的加速度和减速度引起振动，而振动导致测量噪声。
在第四方法步骤S50中，对于速度的影响补偿所述第一和第二值，
使得生成第一速度补偿值VU，v和第二速度补偿值V2e。m，v。该第一和第
二速度补偿值优选地通过将第一和第二值V1、 V2与取决于测量窗口期间的车辆速度的系数C相乘来形成。可以使用所述窗口期间的平均速度。系数C优选随着速度v以vX增加，其中x在l和2之间选择，优选在1.3和1.6之间，更优选为大约1.5。该系数的值可以计算或从查找表中获取。
在可选的第五方法步骤S60中，可以对于悬挂的轴载荷的影响补偿
第一值和第二值，使得生成第一质量和速度补偿值Vl。，m+v和第二质量和速度补偿值V2e。m,m+v。该第一和第二质量和速度补偿值优选通过将第一和第二速度补偿值Vle。m,v、 V2e。m,v与取决于测量窗口期间的所悬挂的轴载荷的系数C1相乘来形成。驱动轴压力可以用作与所悬挂的轴载荷有关的输入信号。系数C1随质量增加，但增加率远慢于依赖所述速度的系数C。对于每个特定类型的车辆，系数C1是单独的。系数值可以计算或从查找表中获取，所述查找表通过在其路面具有己知状况的道路上的测量、通过改变所悬挂的轴载荷来生成。对于所述第一和第二值，用于质量补偿的系数可以分别不同。当然，可以优选地计算对于质量和速度补偿的值Vl，，m+v、 V2c。ra，m+V，以确定车辆在其上行驶的道路的状况。对于特定的车辆，车 辆重量未充分改变到使得希望包括补偿重量的函数，尤其是因为系数
C1随质量增加但增加率远低于依赖所述速度的系数C。
在第六方法步骤S70中，将取决于实施哪个实施例而作为速度补偿 值(Vl讓,v， V2,,v)或作为质量和速度补偿值(Vl—+V， V2com,m+v) 的第一补偿值和第二补偿值(Vle。m， V2e。m)与所存储的数据进行比较， 所存储的数据用于对车辆在其上行驶的道路的状况进行分类。补偿值
(Vle。m， V2e。m)因此可以是速度补偿值或速度和质量补偿值。第六方 法步骤可以优选地包括在二维图上定位第一和第二补偿值(Vlc。m，
V2c。m)的步骤，且通过适合于第一和第二补偿值在二维图中的位置的 参考值来对道路状况进行分类。在图3中给出了适于确定路面状况的图
的例子。作为在图中定位第一值和第二值的替代，可将取决于第一和
第二补偿值(Vlc。m， V2e。m)的函数F与阈值进行比较，该函数即F二F (Vle。m， V2c。m)，其中F是以实验确定的函数。
当道路状况已确定时，该信息可以用于生成车辆使用日志的方法， 其中将道路状况分类为多个损坏严重度等级(维护良好、维护不好、 维护差、维护非常差和越野状况)，并将车辆速度分为速度子集，使
得获得二维矩阵.。将以特定速度并在通过根据权利要求1至16的任一
项所述的方法确定的特定道路状况下行驶的距离记录在二维矩阵内。
在图4中示出了这种图的例子。关于车辆损耗，特别关心的是在维护
非常差的道路上行驶的距离，和在越野状况下行驶的距离。由于这种 突起对车辆的损耗很关键，所以保留一单独的列用于大突起的数量也 是合适的，所述大突起生成超过一定水平的能量输入。可以添加构成 所悬挂的轴载荷的另外的维度，由此将所悬挂的轴载荷分为一组合适
的范围，从而获得三维矩阵；可以将以特定速度、以特定的悬挂轴载
荷并在特定的道路状况下行驶的距离记录在三维矩阵内。
1权利要求
1.一种用于确定车辆在其上行驶的路面的状况的方法，包括如下步骤a)获取表示轮轴(12)和车辆的车身(14)之间的距离(D)的信号(S)；b)从所述获取的信号(S)中提供经过滤波的第一分量(S1)；c)计算表示所述第一分量(S1)的激励程度的第一值(V1)；d)获取表示车辆速度 id="icf0001" file="A2007800451830002C1.tif" wi="7" he="4" top= "77" left = "85" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的信号；e)对于所述速度的影响补偿所述第一值(V1)，使得生成第一速度补偿值(V1com，v)；f)将所述第一速度补偿值(V1com，v)与所存储的数据进行比较，所存储的数据用于对车辆在其上行驶的道路的状况进行分类。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一分量(SI) 表示车辆轮轴的轴共振。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤b)包 括使所述信号(S)经第一带通滤波器(21)滤波以获得所述第一分量(SI)的步骤，所述第一带通滤波器(21)具有在轮轴的所述轴共振 附近的第一频带。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一频带在5 和15Hz之间，优选在9至12Hz之间。
5. 根据权利要求1至4的任一项所述的方法，其特征在于，所述 步骤c)包括在测量窗口 (30)期间形成所述第一分量(Sl)的均方根 值以生成所述第一值(VI)的步骤。
6. 根据权利要求1至5的任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤e)包括将所述第一值(VI)与取决于车辆速度的系数(C)相乘 的步骤。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系数(C)随 着速度v以v"增加。
8. 根据权利要求1至7的任一项所述的方法，其特征在于，所述 步骤e)还包括通过将所述第一速度补偿值(Vle。m,v)与取决于所悬挂 的轴载荷(m)的第一因数(Cl(m))相乘来对于所悬挂的轴载荷进行补 偿以获得第一速度和质量补偿值(Vle。m，m+V)的步骤。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤f)被将所 述第一速度和质量补偿值(Vle。m,m+V)与所存储的数据(D)进行比较 的步骤替代，所存储的数据(D)用于对车辆在其上行驶的道路的状况 进行分类。
10. 根据权利要求1至9的任一项所述的方法，其特征在于，所述 步骤b)包括从所述获取的信号(S)中提供经过滤波的第二分量(S2) 的步骤b2)，且执行如下的进一步的方法步骤c2)计算表示第二分量(S2)的激励程度的第二值(V2);e2)对于速度的影响补偿所述第二值(V2)，使得生成第二速度 补偿值(V2e。m,v);G)将所述第二速度补偿值(V2c。m,v)与所存储的数据进行比较， 所存储的数据用于对车辆在其上行驶的道路的状况进行分类。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二分量(S2) 表示沿车辆竖直方向的簧载质量的运动。
12. 根据权利要求10至11所述的方法，其特征在于，所述步骤b2) 包括使所述信号(S)经第二带通滤波器(22)滤波以获得所述第二分量(S2)的步骤，所述第二带通滤波器(22)具有在沿车辆竖直方向 的所述簧载质量的运动附近的第二频带。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二频带在 0，5至5Hz之间，优选在l至2Hz之间。
14. 根据权利要求10至13的任一项所述的方法，其特征在于，所 述步骤c)还包括在测量窗口 (30)期间形成所述第二分量(S2)的均 方根值以生成第二值(V2)的步骤。
15. 根据权利要求10至14的任一项所述的方法，其特征在于，所 述步骤e)还包括将第二值(V2)与取决于车辆速度的系数(C)相乘 的步骤。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述系数(C)随 着速度v以v"增加。
17. 根据权利要求10至16的任一项所述的方法，其特征在于，所 述步骤e)还包括通过将第二速度补偿值(V2c。m，v)与取决于所悬挂的 轴载荷的第二因数(C2(m))相乘来对于所悬挂的轴载荷进行补偿以获 得第二速度和质量补偿值(V2e。m,m+V)的步骤。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述步骤f)被将 所述第一速度和质量补偿值(Vle。m,m+V)与所存储的数据(D)进行比 较的步骤替代，且所述步骤f2)被将所述第二速度和质量补偿值(V2e。m,m+V)与所存储的数据(D)进行比较的步骤替代，所存储的数 据(D)用于对车辆在其上行驶的道路的状况进行分类。
19. 根据权利要求10至18的任一项所述的方法，其特征在于，所 述步骤f)包括在二维图(40)上定位所述第一和第二补偿值(Vle。m，V2c。m)的步骤，并通过适合于所述第一和第二补偿值在二维图中的位 置的参考值来对道路状况进行分类。
20. 根据权利要求1至19的任一项所述的方法，其特征在于，将车 架(16)和轮轴(12)之间的距离(D)选作所述信号(S)。
21. 根据权利要求1至20的任一项所述的方法，其特征在于，通过 用于空气悬架(20)的水平传感器(18)来生成表示距离(D)的所述 信号(S)。
22. 生成车辆使用日志的方法，其中将道路状况分类为多个损坏 严重度等级，并将车辆的速度分为速度子集，从而获得二维矩阵；其 中将以特定速度并在通过根据权利要求1至19的任一项所述的方法确 定的特定道路状况下行驶的距离记录在所述二维矩阵内。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中增加构成所悬挂的轴载荷 的另外的维度，由此将所悬挂的轴载荷分为一组合适的范围，从而获 得三维矩阵；其中将以特定速度、以特定的悬挂轴载荷并在通过根据 权利要求1至18的任一项所述的方法确定的特定道路状况下行驶的距 离记录在所述三维矩阵内。
全文摘要
一种用于确定车辆在其上行驶的路面的状况的方法，包括如下步骤a)获取表示轮轴(12)和车辆的车身(14)之间的距离(D)的信号(S)；b)从所述获取的信号(S)中提供经过带通滤波的第一分量(S1)；c)计算表示该第一分量(S1)的激励程度的第一值(V1)。
文档编号G01M99/00GK101583507SQ200780045183
公开日2009年11月18日 申请日期2007年12月4日 优先权日2006年12月5日
发明者佩尔-奥洛夫·弗吕克, 弗雷德里克·奥耶尔 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司