专利名称：电控悬架装置和减震力控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电控悬架装置，更具体地说是涉及一种电控悬架装置以及减震力控制方法，其可以当减震器的减震行程在临界行程范围内时，通过改变减震器的减震力特性来防止减震器处于全伸长或全缓冲状态。
背景技术：
通常，悬架装置将轮轴连接到车身，以防止来自于车轮的振动和冲击直接传递到车身上，以便能保护车身和其所载货物不受损坏并提高车辆乘坐的舒适性。而且，悬架装置向车身传送从驱动轮产生的驱动力或者当制动车辆停止时各轮的制动力，承受在车辆的转弯运动过程中产生的离心力和保持各轮基于车身的精确位置。
此外，电控悬架装置包含各种安装在车辆上的传感器并且利用传感器所检测的数值来调节减震器的减震力特性，由此提高车辆的乘坐舒适度和操纵稳定性。特别的，电控悬架装置具有多个垂直加速度传感器，这些传感器的每一个都布置在车轮上方的车身上以检测车身的运动。因此，电控悬架装置可以独立控制这些减震器的减震力特性。
更具体地说，这种传统的电控悬架装置基本上包括传感单元、减震器、促动单元和电子控制单元(ECU)。
促动单元由诸如可变电磁阀或步进马达这样的器件构成，并且根据电子控制单元的输出来控制相应减震器的减震力特性。
传感单元包括用于检测车身垂直运动的第一传感部件，如车身垂直加速度传感器和车辆高度传感器，用于检测车辆横向运动的第二传感部件，如转向角传感器和水平加速度传感器，和/或用于检测车辆纵向运动的第三传感部件，如速度传感器、制动开始/停止传感器和TPS(节流阀位置传感器)。
在传统的电控悬架装置中，减震器属于一种具有至少两种(例如，软和硬)减震力特性曲线的可变减震器，通过相应的促动单元的操作能够以多级的方式或连续地切换减震力特性曲线。减震器能够抑制由不平坦路面所引起的从车轮到车身的振动传递，从而提高了车辆的乘坐舒适性。此外，减震器抑止牵引力的变化，从而提高车辆的驾驶稳定性。
当车辆驶过路面上的诸如地面凸块这样的突起，或者在不平坦路面上行驶时，车身相对于轮轴的振幅可能会增加到减震器的行程极限(这种情况称为全伸长(full extension)或全缓冲(full bumping))。为了减小由全伸长或全缓冲所引起的冲击和噪音，减震器在其中加入止动橡胶和缓冲橡胶。
电子控制单元接收一个由传感单元检测到的有关车辆行驶状态、路面状况和驾驶员意图的信息，并将该信息应用到设置在电子控制单元中的控制算法，从而确定出控制减震器的减震力的减震力控制指令。此外，该电子控制单元具有一个存储器，在该存储器中存有根据驾驶员所选的模式而使用的变量。
电子控制单元包括有一个用于削弱由路面传递给车身的振动的乘坐舒适度控制部分、一个用于在车辆转向运动过程中提高车辆稳定性的侧倾控制部分、和一个用于防止车身在加速或减速时上仰或下冲的俯冲和下蹲控制部分。乘坐舒适度控制部分利用所谓的“天钩减震器理论(sky-hook damper theory)”控制减振器的与车身的绝对速度成比例的减震力。
然而，在采用天钩减震器理论以增强车辆的乘坐舒适性并且安装在车辆上的减震器的减震力特性曲线比车辆常规操纵下的一般减震器软的情况下，当车辆驶过道路的突起或凹坑时，可能发生全伸长或全缓冲。在这种情况下，车辆的乘坐舒适度会受到损害而且减震器内部零件的耐久性也会降低。特别地，当安装在减震器内部的止动橡胶由于受到全伸长产生的冲击而损坏时，则会在减震器内部产生诸如橡胶颗粒这样的杂质。此外，如果杂质进入用于调节减震器的减震力特性的促动单元的管口中，则会导致减震器的错误操作或者失效。
除此之外，已出现一种行程响应减震器，其具有一个在内表面上形成一纵向凹槽的圆筒。当该行程响应减震器的行程处于与该圆筒纵向凹槽对应的行程部分时，该行程响应减震器的减震力特性保持较软。同时，当该行程响应减震器的行程处于该圆筒纵向凹槽之外的行程部分时，例如在临界行程范围内时，该行程响应减震器的减震力特性保持较硬。然而，该行程响应减震器的缺点在于其减震力不连续地和突然地变化会损害车辆的乘驾舒适性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种电控悬架装置和减震力控制方法，其可以当减震器的行程(或者车身相对于轮轴的相对位移)处于临界行程范围时将减震器的减震力特性变硬，从而防止在减震器中发生全伸长或全缓冲，因而避免损坏减震器的内部元件，并增加车辆的乘坐舒适性。
根据本发明的一方面内容，提出一种悬架控制装置，其具有安装车身和轮轴之间的减震器，包括一个行程检测单元，用于检测该车身相对于该轮轴的相对位移；一个行程响应控制单元，当该相对位移等于或大于一第一预定值时，或者小于或等于一第二预定值时，该单元确定用于增加该减震器的伸长或者压缩减震力的控制指令调整值；和一个促动单元，其根据该控制指令调整值进行操作，从而调整该减震器的伸长或压缩减震力。
根据本发明的另一方面内容，提出一种电控悬架装置的减震力控制方法，其通过利用由传感装置检测到的关于车辆行驶状况、路面特性或驾驶员意图的信息确定用于控制减震器的减震力的控制指令值，该减震器安装在车身和轮轴之间，该方法包括检测该车身相对于该轮轴的相对位移；判断该相对位移是否等于或大于一第一预定值，或是否小于或等于一第二预定值；当该相对位移等于或大于该第一预定值时，通过该调节控制指令值来确定用于增加该减震器的伸长减震力的第一控制指令调整值；当该相对位移小于或等于该第二预定值时，通过该调节控制指令值确定用于增加该减震器的压缩减震力的第二控制指令调整值；根据该第一或第二控制指令调整值调整该减震器的减震力。
根据本发明的再一方面内容，提出一种电控悬架装置的减震力控制方法，其通过利用由传感装置检测到的关于车辆行驶状况、路面特性或驾驶员意图的信息确定用于控制减震器的减震力的控制指令值，该减震器安装在车身和轮轴之间，该方法包括获得该车身相对该轮轴的相对位移，和相对速度；判断该相对位移是否等于或大于一第一预定值，或者是否小于或等于一第二预定值，以及该相对速度是否大于零；通过根据该相对位移和相对速度调整该控制指令值来确定控制指令调整值，从而增加或者减小减震器的伸长或压缩减震力；及根据该控制指令调整值调整该减震器的减震力。
从下文结合附图给出的优选实施例的详细说明，本发明的上述及其它目的和特征将变得更清楚，其中图1是根据本发明一个优选实施例的电控悬架装置的方块图；图2给出了根据本发明一个优选实施例的电控悬架装置的减震力控制方法的流程图；图3A和图3B给出了根据本发明一个变型实施例的电控悬架装置的减震力控制方法的流程图；图4示出了一个减震器的行程随时间变化的曲线表。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图对本发明实施例进行详细描述。此外，应当注意尽管车辆上安装有四套车轮及减震器，但是为了简明起见，本发明实施例的下文描述仅集中在一套车轮及减震器上。
图1是根据本发明一个优选实施例的电控悬架装置的方块图。如图1所示，本发明的电控悬架装置包括一个传感单元100、一个控制逻辑单元110、一个控制值接收单元120、一个行程响应控制单元130、一个安装在车身及轮轴之间的减震器160、一个控制该减震器160的减震力特性的促动单元150和一个检测减震器160的行程的行程检测单元140。
该传感单元100包括一个用于检测车体垂直运动的第一传感部件，例如车体垂直加速度传感器及车辆高度传感器，一个用于检测车辆横向运动的第二传感部件，例如转向角传感器和横向加速度传感器，和/或一个用于检测车辆纵向运动的第三传感部件，例如速度传感器、制动开始/停止传感器和TPS(节流阀位置传感器)。该传感单元100将该第一、第二和第三传感部件检测到的多个数值提供给控制逻辑单元110。
用于通过使用来自传感单元100的检测值来确定控制值的控制逻辑单元110，包括一个用于防止不平坦路面损害车辆的乘坐舒适度的乘坐舒适度控制部分；一个用于在车辆转向运动过程中增强车辆稳定性的侧倾控制部分；和/或一个用于在车辆加速或减速时防止车身上仰或下冲的俯冲和下蹲控制部分。该控制逻辑单元110将前述控制部分产生的控制值提供给控制值接收单元120。
该控制值接收单元120通过使用从控制逻辑单元110提供的控制值来确定用于控制减震器160的减震力特性的控制指令值U，并且随后将该控制指令值U提供给行程响应控制单元130。
行程检测单元140检测车身相对轮轴的相对位移(或减震器160的行程)，并将该检测到的相对位移提供给行程响应控制单元130。该行程检测单元140可以由一个车辆高度传感器或一个安装在车身和轮轴之间的行程传感器构成。或者，该行程检测单元140可以由一个通过使用垂直加速度计算该相对位移的部件构成，其中垂直加速度由两个分别安装在轮轴和车身上的垂直加速度传感器检测。具体来说，通过对由两个分别安装在轮轴和车身上的垂直加速度传感器所检测的车身和轮轴的垂直加速度进行积分来获取车身和轮轴的垂直速度。然后，根据车身与轮轴的垂直速度差值来计算车身相对于轮轴的相对速度。接着，通过对该计算的相对速度进行积分来得出该相对距离，即车身相对于轮轴的相对位移(或者减震器160的行程)。此时，该行程检测单元140可以将该相对速度和该相对位移提供给行程响应控制单元130。
若该行程检测单元140利用构成传感单元100的传感器，则该行程检测单元140可以被看作是构成该传感单元100的组件之一。
行程响应控制单元130可选择性地调整关于该相对位移的控制指令值U，其中控制指令值由控制值接收单元120提供，相对位移由行程检测单元140提供，从而确定用于增加减震器160的伸长或压缩减震力的控制指令调整值U′。该确定的控制指令调整值U′被提供给促动单元150。该促动单元150可以根据行程响应控制单元130提供的控制指令调整值U′或者控制指令值U进行操作，从而调整减震器160的减震力。
在上述本发明优选实施例中，控制指令值U由行程响应控制单元130根据相对位移来进行调整。然而，如下文所要描述的，该控制指令值U也可以根据相对速度和相对位移进行调整。
在这种情况下，若该行程检测单元140由车辆高度传感器构成，则该行程响应控制单元130可进一步包括一个微分器(图中未示)，其可对行程检测单元140提供的相对位移进行微分来计算相对速度。然后，该行程响应控制单元130根据相对位移和从微分器产生的相对速度选择性地调整控制指令值U，从而确定用于增加或减小减震器160的伸长或压缩减震力的控制指令调整值U′。
如果行程检测单元140是由两个分别安装在车身和轮轴上的垂直加速度传感器构成，则该行程检测单元140可以通过积分车身和轮轴的加速度来得出车身和轮轴的速度。然后，从车身速度与轮轴速度之间的差值计算车身相对轮轴的相对速度。接着，行程检测单元140通过积分该相对速度得到相对位移。然后，行程检测单元140将该相对速度和相对位移提供给行程响应控制单元130。行程响应控制单元130根据行程检测单元140提供的该相对速度和相对位移来选择性地调节控制指令值U。从而，行程响应控制单元130确定用于增加或减小减震器160的伸长或压缩减震力的控制指令调整值U′。
下面将参照附图2至4来描述根据本发明优选实施例及变型实施例的、具有上述结构的电控悬架装置的减震力控制方法。
图2是根据本发明优选实施例的电控悬架装置的减震力控制方法的流程图。图4是一个表示减震器160的行程随时间变化的曲线图。
如图2所示，控制逻辑单元110接收由传感单元100检测及提供的数值，并基于由传感单元100检测的值确定控制值，以及将该控制值提供给控制值接收单元120(步骤S300)。控制值接收单元120基于控制逻辑单元110提供的控制值确定控制指令值U，并将该控制指令值U提供给行程响应控制单元130(步骤S302)。
行程响应控制单元130接收由行程检测单元140检测的减震器160的行程，即车身相对于轮轴的相对位移Ys_u(步骤S304)。而且，行程响应控制单元130确定该相对位移Ys_u是否等于或大于第一预设值Y1(步骤S306)。
如果该相对位移Ys u等于或大于该第一预设值Y1，即如图4所示，当该相对位移Ys_u处于发生全伸长的可能性较高的临界行程范围#1内时，则行程响应控制单元130调整控制指令值U，以确定用于增加减震器160的伸长减震力的控制指令调整值U′，并将该确定的控制指令调整值U′提供给促动单元150(步骤S308)。然后，该促动单元150进行操作以根据行程响应控制单元130提供的控制指令调整值U′来调整减震器160的减震力(步骤S314)。
如果在步骤S306中，相对位移Ys_u小于第一预设值Y1，则行程响应控制单元130确定该相对位移Ys_u是否小于或等于第二预设值Y2(步骤S310)。
在步骤S310中，当该相对位移Ys_u小于或等于该第二预设值Y2时，即如图4所示，当该相对位移Ys_u处于发生全缓冲的可能性较高的临界行程范围#2内时，则行程响应控制单元130调整控制指令值U以确定用于增加减震器160的压缩减震力的控制指令调整值U′，并将该确定的控制指令调整值U′提供给促动单元150(步骤S312)。然后，该促动单元150进行操作以根据行程响应控制单元130提供的控制指令调整值U′来调整减震器160的减震力(步骤S314)。
如上所述，当相对位移Ys_u处于临界行程范围#1或#2中时，行程响应控制单元130提供控制指令调整值U′，其比控制指令值U增加了一个用于控制减震器160的伸长或压缩减震力的预设量，从而使减震器160变硬。因此，可以防止在减振器160中发生全伸长或全缓冲。而且，减震器160的行程可以迅速离开临界行程范围#1或#2。
如果在步骤S310中相对位移Ys_u大于第二预设值Y2，即，如果相对位移Ys_u处于第一预设值Y1和第二预设值Y2之间，则行程响应控制单元130将从控制值接收单元120接收到的控制指令值U提供给促动单元150。
图3A和3B为根据本发明变型实施例的电控悬架装置的减震力控制方法的流程图，其中将描述使用相对速度和相对位移的减震力控制方法。
如图3A和3B所示，控制逻辑单元110接收由传感单元100检测的值，并根据该检测值确定控制值，以将该确定的控制值提供给控制值接收单元120(S400)。控制值接收单元120基于控制逻辑单元110提供的控制值确定控制指令值U，并将该控制指令值U提供给行程响应控制单元130(步骤S402)。
行程响应控制单元130接收由行程检测单元140检测的减震器160的行程，即车身相对于轮轴的相对位移Ys_u(步骤S404)。行程响应控制单元130确定该相对位移Ys_u是否等于或大于第一预设值Y1(步骤S406)。
如果在步骤S406该相对位移Ys_u等于或大于该第一预设值Y1，即如图4所示，当该相对位移Ys_u处于临界行程范围#1内时，则行程响应控制单元130通过微分该相对位移Ys_u来计算相对速度Vs_u(步骤S408)。然后，行程响应控制单元130确定该相对速度Vs_u是否大于0(或为正)(步骤S410)。
如果在步骤S410中，相对速度Vs_u大于0(在图4的“A”区域中)，则行程响应控制单元130调节控制指令值U，并确定用于增加减震器160的伸长减震力的控制指令调整值U′，并将该控制指令调整值U′提供给促动单元150(步骤S414)。随后，该促动单元150根据行程响应控制单元130提供的该控制指令调整值U′来调节减震器160的减震力(步骤S426)。
如果在步骤S410中，相对速度Vs_u小于或等于0(在图4的“B”区域中)，则行程响应控制单元130调整控制指令值U，并确定用于减小减震器160的压缩减震力的控制指令调整值U′，并将该控制指令调整值U′提供给促动单元150(步骤S412)。然后，该促动单元150根据行程响应控制单元130提供的该控制指令调整值U′调整减震器160的减震力(步骤S416)。
如果在步骤S406中，相对位移Ys_u小于第一预定值Y1，则行程响应控制单元130确定该相对位移Ys_u是否小于或者等于第二预定值Y2(步骤S416)。
在步骤S416中，当该相对位移Ys_u小于或者等于该第二预定值Y2时，即如图4所示，当相对位移Ys_u处于临界行程范围#2内时，行程响应控制单元130通过微分该相对位移Ys_u来计算相对速度Vs_u(步骤S418)。然后，行程响应控制单元130确定该相对速度Vs_u是否小于0(或为负)(步骤S420)。
如果在步骤S420中，相对速度Vs_u小于0(在图4的“C”区域中)，则行程响应控制单元130调整控制指令值U，确定用于增加减震器160的压缩减震力的控制指令调整值U′，并将该控制指令调整值U′提供给促动单元150(步骤S422)。然后，该促动单元150根据该控制指令调整值U′调整减震器160的减震力(步骤S426)。
如果在步骤S420中，相对速度Vs_u等于或大于0(在图4的“D”区域中)，则行程响应控制单元130调整控制指令值U，确定用于减小减震器160的伸长减震力的控制指令调整值U′，并将该控制指令调整值U′提供给促动单元150(步骤S424)。然后，该促动单元150根据该控制指令调整值U′调整减震器160的减震力(步骤S426)。
如上所述，当相对位移Ys_u处于临界行程范围#1或#2中时，行程响应控制单元130提供一个在控制指令值U基础上增加或减少一个预定量的控制指令调整值U′，以控制减震器160的伸长或压缩减震力。因此，减震器160的行程可以快速脱离临界行程范围#1或#2。而且，可以防止在减震器160中发生全伸长或全缓冲。
如果在步骤S416中相对位移Ys_u大于第二预定值Y2，即，如果相对位移Ys_u在第一预定值Y1和第二预定值Y2之间，则行程响应控制单元130将从控制值接收单元120接收的控制指令值U提供给促动单元150。
在根据变型实施例的电控悬架装置中，虽然已经说明行程检测单元140只提供相对位移Ys_u给行程响应控制单元130，但行程检测单元140也可以将相对速度Vs_u和相对位移Ys_u提供给行程响应控制单元130。具体来说，当行程检测单元140收到由安装在车身和轮轴上的垂直加速度传感器检测到的车身及轮轴的加速度时，行程检测单元140通过使用车身和轮轴的加速度计算相对速度和相对位移，以将它们提供给行程响应控制单元130。
如上文所述，本发明给出了一种电控悬架装置和一种减震力控制方法，其可以当减震器行程(或者车身相对于轮轴的相对位移)处于临界行程范围时将减震器的减震力变硬，从而防止在减震器中发生全伸长或全缓冲，因而避免损坏减震器的内部元件，并增加车辆的乘坐舒适性。
尽管已经根据优选实施例显示和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明宗旨及所附权利要求限定的保护范围的基础上可以作出各种变化及变型。
权利要求
1.一种电控悬架装置，其具有安装在车身和轮轴之间的减震器，包括一个行程检测单元，用于检测该车身相对于该轮轴的相对位移；一个行程响应控制单元，当该相对位移等于或大于一第一预定值时，或者小于或等于一第二预定值时，该行程响应控制单元确定用于增加该减震器的伸长或压缩减震力的控制指令调整值；和一个促动单元，其根据该控制指令调整值进行操作，从而调整该减震器的伸长或压缩减震力。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述行程检测单元具有安装在所述车身和所述轮轴之间的车辆高度传感器。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述行程响应控制单元包括用于通过对所述相对位移进行微分来获取相对速度的微分器，并且根据所述减震器的行程及该相对速度确定用于增加或减小所述减震器的伸长或压缩减震力的所述控制指令调整值。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述行程检测单元包括一个第一垂直加速度传感器，用于检测所述车身的垂直加速度，该第一垂直加速度传感器安装在所述车身上；和一个第二垂直加速度传感器，用于检测所述轮轴的垂直加速度，该第二垂直加速度传感器安装在所述轮轴上，其中，通过对所述车身和所述轮轴的垂直加速度进行积分来获取所述车身和所述轮轴的垂直速度，从而通过所述车身和所述轮轴的垂直速度来获取所述车身相对于所述轮轴的相对速度，以通过对该相对速度进行积分来获取所述相对位移。
5.一种电控悬架装置的减震力控制方法，其通过利用由传感装置检测到的关于车辆行驶状况、路面特性或驾驶员意图的信息来确定用于控制减震器的减震力的控制指令值，该减震器安装在车身和轮轴之间，该方法包括检测该车身相对于该轮轴的相对位移；确定该相对位移是否等于或大于一第一预定值，或者是否小于或等于一第二预定值；当该相对位移等于或大于该第一预定值时，通过调整该控制指令值来确定用于增加该减震器的伸长减震力的第一控制指令调整值；当该相对位移小于或等于该第二预定值时，通过调整该控制指令值来确定用于增加该减震器的压缩减震力的第二控制指令调整值；根据该第一或第二控制指令调整值来调整该减震器的减震力。
6.如权利要求5所述的方法，其中，通过对相对速度进行积分获取所述相对位移，该相对速度根据所述车身和所述轮轴的垂直速度之间的差值计算得到，所述车身和所述轮轴的垂直速度通过对所述车身和所述轮轴的垂直加速度进行积分得到。
7.一种电控悬架装置的减震力控制方法，其通过利用由传感装置检测到的关于车辆行驶状况、路面特性或驾驶员意图的信息来确定用于控制减震器的减震力的控制指令值，该减震器安装在车身和轮轴之间，该方法包括获取该车身相对该轮轴的相对位移，和相对速度；确定该相对位移是否等于或大于一第一预定值，或者是否小于或等于一第二预定值，以及该相对速度是否大于零；通过根据该相对位移和相对速度调整控制指令值来确定控制指令调整值，从而增加或者减小该减震器的伸长或压缩减震力；及根据该控制指令调整值调整该减震器的减震力。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述确定控制指令调整值的步骤包括当所述相对位移等于或大于所述第一预定值且所述相对速度大于零时，输出用于增加所述减震器的伸长减震力的控制指令调整值的子步骤。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述确定控制指令调整值的步骤包括当所述相对位移等于或大于所述第一预定值且所述相对速度小于或等于零时，输出用于减小所述减震器的压缩减震力的控制指令调整值的子步骤。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所述确定控制指令调整值的步骤包括当所述相对位移小于或等于所述第二预定值且所述相对速度小于零时，输出用于增加所述减震器的压缩减震力的控制指令调整值的子步骤。
11.如权利要求7所述的方法，其中，所述确定控制指令调整值的步骤包括当所述相对位移等于或小于所述第二预定值且所述相对速度大于或等于零时，输出用于减小所述减震器的伸长减震力的控制指令调整值的子步骤。
12.如权利要求7所述的方法，其中，所述获取相对位移和相对速度的步骤包括以下子步骤通过对所述车身和所述轮轴的垂直加速度进行积分来得到所述车身和所述轮轴的垂直速度，其中所述车身和所述轮轴的垂直加速度由安装在所述车身和所述轮轴上的垂直加速度传感器检测；通过计算所述车身和所述轮轴的垂直速度之间的差值来得到所述相对速度；及积分所述相对速度以获取所述相对位移。
13.如权利要求7所述的方法，其中，所述获得相对位移和相对速度的步骤包括以下子步骤检测所述相对位移；及微分所述相对位移以获取所述相对速度。
全文摘要
一种电控悬架装置，包括一个用于检测车身相对于轮轴的相对位移的行程检测单元；一个用于确定控制指令调整值的行程响应控制单元；和一个根据该控制指令调整值进行操作以调整减震器的伸长或压缩减震力的促动单元。当该相对位移等于或大于一第一预定值，或者小于或等于一第二预定值时，该行程响应控制单元确定用于增加该减震器的伸长或者压缩减震力的控制指令调整值。
文档编号B60G17/015GK1636776SQ20041008229
公开日2005年7月13日 申请日期2004年11月26日 优先权日2003年11月26日
发明者金完镒 申请人:株式会社万都