专利名称：用于车辆的车轮悬架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于车辆的车轮悬架，所述车轮悬架具有轮架、以能够旋转的方 式支承在所述轮架上的车轮、至少一个用于以铰接方式将所述轮架与车辆的车身连接起来 的耦合元件、至少两个活节以及至少一个集成在所述活节中的第一活节中的并且具有至少 一个角度传感器的测量装置，其中在所述两个活节中一个活节连接在所述耦合元件与轮架 之间并且另一个活节连接在所述耦合元件与车身之间，借助于所述测量装置来检测或者能 够检测所述第一活节的偏转。此外，本发明涉及角度传感器的应用以及一种用于校正角度 误差的方法。
背景技术：
安装在机动车辆的车轮悬架的区域中的加速度传感装置用于产生信号数据库(车 轮垂直加速度、车轮垂直速度、动态的车轮负荷变化)。这个数据库对于用于运行在垂直动 力学方面重要的底盘调节系统的状态检测来说是必要的，关于底盘调节系统尤其要提到半 主动式的减震力控制系统。通常位置固定地布置在轮架、拉杆或者弹簧减震支柱上的传感 器的定向由于用于典型的底盘运动学的车轮悬架内部的运动而得不到保证。也就是说，相 对于车辆坐标系的竖直线产生传感器平面的明显的角度偏差。如果现在比如在车辆弯道行 驶(横向加速度)时并且/或者在车辆的起动和制动过程中(纵向加速度)出现水平地起作 用的加速度，那就在垂直加速度传感器相对于所述的竖直线出现可能的偏转时一同测量沿 传感器主轴线的加速度份额，该加速度份额可能使传感器信号在质(方向)和量(幅度)方面 显著失调。这个所测量的加速度误差份额是位置偏差(角度-平面-误差)和有效的水平的 加速度向量的函数。水平线在此涉及固定在道路上的坐标系。这种加速度误差份额的问题 是，
-通过数值的积分从加速信号中获得的目标信号(垂直速度)的信号漂移通过传统的滤 波装置很难并且在明显对信号有效性产生不好的影响的情况下来避免； -所测量的加速度参量可能具有巨大的测量误差(数量级高达20%)； -对于传感器在底盘中的集成来说不考虑用于尤其安置在执行明显的摆动运动(拉杆、 倾斜的弹簧减震支柱)的构件上的特定的点；
-在越野线路上不再能实施信号的数值的积分，在所述越野线路上除了底盘中的传感 器的本来很大的位置变化之外还会出现相应大的倾角或者说倾斜角。所谈及的缺点因而概括地在于垂直测量的加速度传感器的很高的横向敏感性。这 种横向敏感性尤其依赖于位置，对于在机动车辆的实际的行驶运行中在时间上恒定的传感 器定向来说，如果不采取校正措施，就会在信号继续处理时出现问题。
发明内容
据此，本发明的任务是，提供一种用于对车辆的车轮悬架中的加速度传感器进行 角度误差校正的方案。在此所测量的加速度的由于加速度传感器相对于标准位置的倾斜而产生的偏差称为角度误差。该任务按本发明用按权利要求1所述的车轮悬架、用按权利要求10所述的应用以 及用按权利要求11所述的方法得到解决。本发明的优选的改进方案在从属权利要求中获得。按本发明的用于车辆尤其用于机动车辆的车轮悬架具有轮架、以能够旋转的方式 支承在所述轮架上的车轮、至少一个用于以铰接方式将所述轮架与车辆的车身连接起来的 耦合元件、至少两个活节以及至少一个集成在所述活节中的第一活节中的并且包括至少一 个角度传感器的测量装置，其中在所述两个活节中一个活节连接在所述耦合元件与轮架之 间并且另一个活节连接在所述耦合元件与车身之间，借助于所述测量装置来检测或者能够 检测所述第一活节的偏转，其中所述测量装置具有至少一个加速度传感器。所述测量装置不仅具有角度传感器而且具有与所述角度传感器一起集成到第一 活节中的加速度传感器，由此所述角度传感器和加速度传感器彼此间在空间上紧密相邻地 布置。因为可以借助于所述角度传感器来确定所述第一活节的偏转并且可以从中确定所述 活节相对于车身的位置，所以此外可以确定所述加速度传感器相对于标准位置的倾斜。角 度误差因此可以借助于所述角度传感器来校正。所述加速度传感器与角度传感器的在空间上的合并额外地具有这样的优点，即仅 仅必须为这两个传感器敷设一根电缆束。此外仅仅必须一次性地采取措施用于将传感器集 成在底盘构件中并且用于防止受到环境影响比如溅水等。最后可以共同利用一个分析装 置，该分析装置优选与所述测量装置一起集成在所述活节中。所述角度传感器用于对加速度传感器的角度误差尤其借助于加速度传感器检测 的数值或信号的角度误差进行补偿或校正。但是可选所述角度传感器也能够额外地用于其 它用途。优选所述角度传感器可以检测活节在两个或至少两个不同的优选彼此垂直地定向 的平面中的偏转。尤其所述加速度传感器可以检测沿三个或者至少三个不同的空间方向的 加速度。优选所述角度传感器和加速度传感器布置在同一块电路板上。按照一种改进方案，所述第一活节是球窝活节或者橡胶金属活节。优选轮架借助 于所述第一活节与所述耦合元件相连接。所述耦合元件可以是转向横拉杆。不过优选所述 耦合元件是车轮导向杆，尤其是横拉杆或者纵拉杆。所述第一活节优选具有外壳和布置在该外壳中的活节内部件，所述活节内部件能 够相对于所述外壳运动，其中测量装置(传感器装置)尤其布置在所述外壳中或者布置在所 述外壳上。优选所述角度传感器具有固定在所述内部件上的磁体和至少一个固定在所述外 壳中或者固定在所述外壳上的对磁场敏感的传感器。作为替代方案，所述对磁场敏感的传 感器可以固定在所述内部件上并且所述磁体可以固定在所述外壳上。所述内部件优选是球 面轴颈，所述球面轴颈具有球形活节，并且所述球面轴颈能够借助于所述球形活节以能够 旋转和/或摆动的方式支承在所述外壳中，从而所述第一活节形成球窝活节。此外，本发明涉及角度传感器的用于对借助于加速度传感器所检测的数值或信号 的角度误差进行校正的应用，其中所述传感器一起集成在车辆尤其机动车辆的车轮悬架的 活节中。所述车轮悬架尤其是按本发明的车轮悬架，该车轮悬架可以按照所有在这方面得 到说明的设计方案进行改进。最后，本发明涉及一种用于对借助于加速度传感器检测的数值或信号的角度误差进行补偿或校正的方法，其中所述加速度传感器与角度传感器一起集成在车轮悬架的活节 中，用所述角度传感器来测量所述活节的至少一种偏转，借助于所述加速度传感器来测量 至少一个数值或信号并且在考虑所测量的偏转的情况下来校正所测量的数值或者所测量 的信号。所述车轮悬架尤其是按本发明的车轮悬架，该车轮悬架可以按照所有在这方面得 到说明的设计方案进行改进。所述借助于加速度传感器来检测的数值或信号尤其是加速度 或者说加速度信号。按照一种设计方案，由此提出一种用于借助于所谓的传感器集成来对安装在特征 为明显的位置变化的环境中的加速度传感器进行信号偏移清除(角度误差校正)的方法。这 样做的基础是安置在车轮悬架的球窝活节或者橡胶金属活节上的并且包括角度传感器的 测量装置，该测量装置此外包含三轴的加速度传感器。具体来讲，测量所述活节的沿两根轴 线的相对摆动角度以及传感器单元的沿三根轴线的加速度。首先应该通过所述加速度传感 器来测量车轮侧的球窝活节或者说轮架的垂直加速度。对本发明来说，有利的是
-相对于分布地布置的传感装置，在测量位置上通过自己的信号调整来进行校正；这 一点原则上通过活节中的信号集中或传感器集中才能实现。-所述传感装置的布置方案不再受到加速度传感器的限制，也就是说，比如高度集 成的传感装置也能够应用在很短的拉杆(小于0. 2 m)上。-不产生通过外部的辅助信号的使用而引起的传播时间缺点；对辅助信号的干扰 影响得到避免并且辅助信号的质量得到改进。-车辆总线系统没有因其它“负载”而增加负荷，在所述车辆总线系统上通常发送 水平的加速度参量。-调整任务分散化，也就是说调节系统E⑶被减轻负荷(EOT=电子控制单元)。-3轴加速度传感器便宜、容易集成并且耐用。-加速度的信号质量在总体上得到提升；测量误差得到避免或者缩小。
下面借助于优选的实施方式参照附图对本发明进行说明。附图示出 图1是按本发明的一种实施方式的车轮悬架的示意图，
图2是按图1的车轮悬架的球窝活节的剖视图， 图3是按图2的球窝活节的处于两个不同的弹入位置中的示意图， 图4是作用于按图2的加速度传感器上的加速度的示意图，并且 图5是用于根据加速度传感器的倾角进行角度误差校正的校正因数的图表。
具体实施例方式从图1中可以看出具有轮架2的车轮悬架1，所述轮架2借助于下面的横拉杆3和 上面的横拉杆4以铰接方式与部分示出的机动车辆6的车身5相连接。所述下面的横拉杆 3借助于球窝活节7与轮架2相连接并且借助于橡胶轴承8与车身5相连接。此外，所述上 面的横拉杆4借助于球窝活节9与轮架2相连接并且借助于橡胶轴承10与车身5相连接。 车轮11以能够围绕着车轮旋转轴线12旋转的方式支承在轮架2上。此外示出了车辆纵向方向χ、车辆横向方向y和车辆竖直方向z，其中车辆纵向方向χ朝图纸平面里面延伸。轴 χ、y和ζ在此构成与车身5有关的车身坐标系25。从图2中可以看出所述球窝活节7的剖切的视图，该球窝活节7具有外壳13，球 面轴颈14以能够旋转和摆动的方式支承在所述外壳13中。所述外壳13固定地与下面的 横拉杆3相连接，相反所述球面轴颈14则固定在未在图2中示出的轮架2上。所述球面轴 颈14包括球形活节15，在该球形活节15中布置了永磁体16，该永磁体16的磁场17与对 磁场敏感的传感器18处于相互作用之中，所述传感器18安放在固定在外壳13上的电路板 19上。所述磁体16和对磁场敏感的传感器18 —起形成角度传感器，借助于该角度传感器 能够检测所述球面轴颈14相对于外壳13的偏转。所述偏转比如定义为所述外壳13的纵 轴线20与所述球面轴颈14的纵轴线21之间的角度。在此，在所述球面轴颈7的未偏转的 状态中，所述两条纵轴线20和21重合。不过，作为替代方案，所述偏转也可以是指一种角 度，所述球面轴颈14与拉杆3之间或者说所述纵轴线21与拉杆3的中心线22之间围成所 述角度。此外，在所述电路板19上固定了加速度传感器23，该加速度传感器23可以检测 沿三个不同的空间方向的加速度。用于加速度的不同的检测方向用x’、y’和ζ’来表示，并 且定义了分配给所述加速度传感器23的传感器坐标系沈(参见图4)。优选所述检测方向 ζ’沿外壳13的纵轴线20的方向定向。从图3中可以看出球窝活节7处于两个不同的位置A和B中的情况，这两个不同 的位置A和B代表着车轮11的不同的弹入。在此δ表示车辆竖轴线ζ与拉杆3的中心线 22之间的角度，并且λ表示球面轴颈14的纵轴线21与拉杆3的中心线22之间的角度。 此外示出了所述加速度传感器23的传感器平面Μ，该传感器平面M通过所述加速度传感 器23的两个检测方向χ’和y’(参见图4)来定义或者说撑开。此外在图3和4中示出了 辅助坐标系27，该辅助坐标系27通过将所述车身坐标系25的原点平移到传感器坐标系沈 的原点的位置上获得。因为辅助坐标系27虽然相对于车身坐标系25偏置但是与其一样定 向，所以辅助坐标系27的轴也用x、y和ζ来表示。在标准位置中，传感器坐标系沈和辅助 坐标系27重合。在车轮11纯粹弹入或者弹出时，传感器平面M优选仅仅在所述车身坐标系25的 yz平面中运动。所述传感器平面M的通过弹入或者弹出引起的相对于标准位置的倾斜可 以通过角度α来表达，该角度α代表着传感器平面M的并且由此也代表着传感器坐标系 26的围绕着辅助坐标系27的χ轴的旋转。在这种情况下在辅助坐标系27的ζ轴与传感器 坐标系沈的ζ’轴之间围成所述角度α。在图4中示意性地示出了两种分别沿χ方向或者说沿y方向的水平加速度ax和 ay以及一种沿ζ方向的垂直加速度az，其中所述方向在这里与所述辅助坐标系27有关。因 为所述传感器坐标系26围绕着辅助坐标系27的χ轴旋转了角度α，所以借助于加速度传 感器23所检测的沿ζ’轴的方向的垂直加速度与实际的垂直加速度az不相符。但是由于 知道了传感器坐标系沈相对于辅助坐标系27的旋转并且知道了沿辅助坐标系27的方向 x’、y’和ζ’的加速度ax’、ay’和az’，就能够求得实际的垂直加速度az。在此传感器坐标 系26相对于辅助坐标系27的旋转能够借助于角度传感器通过球面轴颈14相对于外壳13 或者拉杆3的偏转的测量来确定。此外，能够借助于加速度传感器23来检测加速度ax’、 ay，和 az，。
在yz平面中，球面轴颈14的纵轴线21与拉杆3的中心线22之间的角度用λ来 表示。在ZX平面中，球面轴颈14的纵轴线21与X轴之间的角度用Φ来表示。角度λ和 Φ由此定义了所述球窝活节7在两个彼此垂直定向的平面中的偏转并且可以借助于角度 传感器来确定。此外，角度β代表传感器坐标系沈相对于辅助坐标系27围绕着辅助坐标 系的y轴进行的旋转，从而用角度α和β来确定传感器平面M相对于标准位置的倾斜。当然，在按图3和4的示意图中β是零。为了从借助于角度传感器所检测到的角度λ和φ中确定角度α和β，设置了电 子的分析装置观，该分析装置观不仅与所述对磁场敏感的传感器18而且与所述加速度传 感器23进行了电连接并且此外布置在电路板19上。实例
通过弹入运动，在行驶运行中出现加速度传感器23的平面位置相对于静止的水平定 向的不断变化。这些变化通常为士 10°，对于很短的拉杆来说也明显更大。因而首先发生 垂直的加速度信号az的依赖于弹入行程并且当然也依赖于路面的倾角的失真。但是这个 误差是适度的，因为在此适用以下关联
azGma = ■ COS α = OZ ,对于较小的角度α <10°来说
对于10°的平坦的角度偏差来说产生大约1. 5%的系统的测量误差。但是在行驶运行 中沿水平方向出现巨大的、部分也在较长的时间范围内持续的加速度，所述加速度作为干 扰量对所测量的垂直加速度的信号质量(方向)及信号量(幅度)产生较为持久的影响。对 于假设的侧向的加速度ay和角度偏差α来说，垂直的测量值以如此方式失真
AazG-SSmOKa = Ψ * α',对于较小的角度α <10°来说
或者说=i^*‘sinof。用ay=9. 81m/s2 (重力加速度g)以及平面偏差α =10°产生垂直加速度中的较大 的测量误差
Zkizirf ^ %fVVf w = 1,7w /,ν 。这个测量误差也在标称的垂直加速度为0时出现。此外，与围绕着车辆纵轴线的偏转相类似，存在着传感器的围绕着车辆横轴线的 万向的摆动运动，因而传感器23除了所谓的横向敏感性之外还具有相应的相对于纵向加 速度的纵向敏感性。在实际上，这两种位置偏差叠加地出现，其中横向偏差对于横向于行驶 方向悬挂的拉杆(横拉杆)来说占优势，而纵向偏差对于沿行驶方向悬挂的拉杆(纵拉杆)来 说则更明显。^G-SEifSOIifi = β ,对于较小的角度 β <10° 来说
或者说 αχ ■ sio β。所有这些误差都可能在较长时间范围内起作用并且导致问题的产生，因而要进行 补偿或者校正。因为除了车辆6的当前的总体定向之外，弹入位置也是角度偏差的原因，所 以在用于进行误差补偿的方法中从原始的活节角度的传感器信息中求得运动学上的传感 器位置偏差，因为车轮悬架1中的运动学上的关联是已知的。此外，因为所述横向加速度和 纵向加速度也就是水平的干扰量甚至对于较大的位置偏差来说也可以以较小的误差在三轴的加速度传感器23中来测量，所以现在存在着直接地并且实时地对所测量的垂直的加 速度分量az’进行校正的可能性。为进行校正而使用以下输入参量
-实际的横向加速度ay的由合适的加速度传感器23测量的横向加速度份额ay’ ； -实际的纵向加速度ax的由合适的加速度传感器23测量的纵向加速度份额ax’ ； -活节7的由角度传感器测量的万向角(KardanikwinkeDX (在很大程度上相当于运 动学上的位置偏差α )；
-必要时活节7的与所述万向角λ正交的次级的万向角Φ (在很大程度上相当于所 谓的万向的倾斜并且由此相当于位置偏差β )。在位置固定地布置在活节7中的测量装置中用测量技术来检测所有输入参量，所 述测量装置包括角度传感器、加速度传感器23并且也优选包括分析装置观。校正参量ax’ 和ay’简化地也就是说相对于与车辆坐标有关的参量ax和ay以微小的测量误差用如下方 式来获得(第1行简化/第2行解析的正确的公式)
权利要求
1.用于车辆的车轮悬架，具有 轮架(2)，以能够旋转的方式支承在所述轮架(2 )上的车轮(11)，至少一个耦合元件(3 )，借助于该耦合元件(3 )以铰接方式将所述轮架(2 )与所述车辆 (6)的车身(5)连接起来，至少两个活节(7、8 )，其中一个活节连接在所述耦合元件(3 )与所述轮架(2 )之间并且 另一个活节连接在所述耦合元件(3 )与所述车身(5 )之间，至少一个集成在所述活节中的第一活节(7)中的并且具有至少一个角度传感器(16、 18)的测量装置，借助于所述测量装置来检测或者能够检测所述第一活节(7)的偏转(λ )， 其特征在于，所述测量装置具有至少一个加速度传感器(23 )。
2.按权利要求1所述的车轮悬架， 其特征在于，所述角度传感器(16、18)用于或者能够用于对借助于所述加速度传感器(23)检测的 数值或者信号的角度误差进行校正。
3.按权利要求1或2所述的车轮悬架， 其特征在于，所述加速度传感器(23)检测或者能够检测沿至少三个不同的空间方向的加速度。
4.按前述权利要求中任一项所述的车轮悬架， 其特征在于，所述角度传感器(16、18)检测或者能够检测所述活节在至少两个不同的平面中的偏转。
5.按前述权利要求中任一项所述的车轮悬架， 其特征在于，所述角度传感器(16、18)和所述加速度传感器(23)布置在同一块电路板(19)上。
6.按前述权利要求中任一项所述的车轮悬架， 其特征在于，所述第一活节(7)是球窝活节，借助于所述球窝活节来将所述轮架(2)与所述耦合元 件(3)连接起来。
7.按前述权利要求中任一项所述的车轮悬架， 其特征在于，所述耦合元件(3 )是车轮导向杆。
8.按前述权利要求中任一项所述的车轮悬架， 其特征在于，所述第一活节(7)具有外壳(13)和布置在所述外壳(13)中的活节内部件(14)，该活节 内部件(14)能够相对于所述外壳(13)运动，其中，所述测量装置布置在所述外壳(13)中或 布置在所述外壳(13)上。
9.按权利要求8所述的车轮悬架， 其特征在于，所述角度传感器具有固定在所述内部件(14)上的磁体(16)和至少一个固定在所述外 壳(13)中或固定在所述外壳(13)上的对磁场敏感的传感器(18)。
10.将角度传感器(16、18)用于对借助于加速度传感器检测的数值或信号的角度误差 进行校正的应用，其中，所述传感器(16、18 ； 23 ) —起集成在车辆(6 )的车轮悬架(1)的活节 (7)中。
11.用于对借助于加速度传感器(23)检测的数值或信号的角度误差进行校正的方法，其中所述加速度传感器(23)与角度传感器(16、18)—起集成在车轮悬架(1)的活节(7)中， 用所述角度传感器(16、18)来测量所述活节(7)的至少一种偏转， 借助于所述加速度传感器(23 )来测量至少一个数值或信号，并且 在考虑所测量的偏转的情况下对所测量的数值或所测量的信号进行校正。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆的车轮悬架，所述车轮悬架具有轮架(2)、以能够旋转的方式支承在所述轮架(2)上的车轮(11)、至少一个用于以铰接方式将所述轮架(2)与车辆(6)的车身(5)连接起来的耦合元件(3)、至少两个活节(7、8)、至少一个集成在所述活节中的第一活节(7)中的并且具有至少一个角度传感器(16、18)的测量装置，其中在所述两个活节(7、8)中一个布置在所述耦合元件(3)与轮架(2)之间并且另一个布置在所述耦合元件(3)与车身(5)之间，借助于所述测量装置来检测或者能够检测所述第一活节(7)的偏转(λ)，其中，所述测量装置具有至少一个加速度传感器(23)。
文档编号B60G17/019GK102089164SQ200980126461
公开日2011年6月8日 申请日期2009年7月6日 优先权日2008年7月7日
发明者A·盖尔特纳, M·克兰克 申请人:Zf 腓特烈港股份公司