用于确定车辆减震器装置的功能状态的方法与流程

本发明涉及一种用于确定车辆减震器装置的功能状态的方法。本发明还涉及一种对应的包括这种车辆减震器装置的车辆系统。本发明适用于车辆，特别是通常被称为卡车的轻型、中型和重型车辆。虽然将主要针对卡车来描述本发明，但本发明也可适用于设有车辆减震器装置的其它类型的车辆。

背景技术：

对于通常也被称为卡车的轻型、中型和重型车辆，减震器装置通常安装在轮轴和车辆底盘之间，以便吸收和缓冲例如由车辆正在行驶的路面所引起的振动。通常，减震器布置在弹簧悬架与例如车辆的轮轴或底盘之间。

在车辆的运行期间，减震器最终将劣化，并且不会提供与新的未使用的减震器相同的缓冲特性。劣化水平通常与减震器所承受的特定操作有关。当减震器装置劣化到一定程度时，就必须用新的减震器装置更换，以便为车辆提供足够的减震。

然而，可能难以正确地确定减震器的劣化，这通常会导致基于某些预设间隔来将减震器更换为新的减震器。因此，存在一种在必需进行更换之前就用新的减震器来更换该减震器的风险，且因而不必要地丢弃了功能正常的减震器。

因而，需要能够正确地确定减震器装置的功能状态，以改善例如对减震器装置的老化的预测。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于确定车辆减震器装置的功能状态的方法，该方法至少部分地克服了上述缺陷。这通过根据权利要求1所述的方法来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定车辆减震器装置的功能状态的方法，该车辆减震器装置布置在车辆的车架和轮轴之间，该车辆减震器装置能够在操作期间压缩和膨胀，以吸收来自轮轴的运动，其中，所述方法包括以下步骤：确定所述减震器装置所承受的外力的第一力值，所述第一力值是当减震器装置在减震器装置的压缩期间布置在第一位置处时确定的；确定所述减震器装置所承受的外力的第二力值，所述第二力值是当减震器装置在减震器装置的膨胀期间布置在所述第一位置处时确定的；确定第一力值和第二力值之间的差值；将第一力值和第二力值之间的该差值与预定阈值进行比较；以及，如果第一力值和第二力值之间的该差值低于所述预定阈值，则确定减震器装置劣化了。

关于减震器装置的用语“功能状态”，应被理解为是指减震器装置的功能水平，即，吸收并缓冲在运行期间引起的振动的可能性的量度。因而，所述功能状态可以是减震器的劣化水平，即，老化的量度。

此外，应容易理解，所述外力还包括确定由车辆的运行期间的运动引起的车身的至少多个部分的加速度。因此，可以确定基于加速度的力。因此，可以使用车辆的非簧载质量来确定所述力。此外，第一力值和第二力值也可以通过随时间变化的相应平均值来确定。

本发明是基于这样的见解：可以使用减震器在加载和卸载期间的力响应来确定减震器的劣化。因此，已经认识到，所谓的滞后效应对减震器的功能存在影响，由此可以评估并分析滞后性，以确定减震器的劣化。因而，一个优点是可以在减震器的动态加载和卸载期间确定减震器的动态响应，可以使用该动态响应来确定减震器所能获得的缓冲效果。因此，可以将该动态响应(即，减震器所承受的力在加载和卸载期间如何变化)与预定的阈值水平进行比较，以便确定减震器是否劣化，并且优选确定减震器劣化到何种程度。该预定阈值优选基于针对基本全新且未使用的减震器进行的先前测量。在这种情况下，针对已知按期望的方式起作用的减震器来测量该预定阈值。因而，这样的测量结果可以“存储”在控制单元中，以在操作期间使用。

此外，在车辆的运行期间，可以优选使用并执行上述方法。因此，车辆的操作者可以在减震器劣化到它需要更换的特定水平时接收到指示。因而，可以提高减震器的利用率，并且可以降低车辆以老化的减震器运行的风险。因此，也可以提高振动敏感部件的工作寿命。

根据示例实施例，所述减震器装置可以包括活塞，该活塞能够在减震器装置的减震器壳体内移动，其中，减震器装置的第一位置是该活塞在减震器壳体内的第一活塞位置。

例如，该活塞的位置可以通过使用例如传感器等来确定。该传感器可以布置在减震器壳体内，或者布置在减震器壳体外部的位置处。因而，应容易理解，活塞的位置可以通过各种方法来确定。该位置也可以基于例如底盘相对于车辆的轮轴之一的位置来确定，由此可以隐性地确定活塞的位置。

根据示例实施例，所述活塞能够在减震器壳体内、在减震器壳体内的相应的活塞末端位置之间移动，其中第一活塞位置是减震器壳体内的非末端位置。

减震器内的末端位置应被理解为减震器分别被压缩至最小程度以及膨胀至最大程度时的位置。因此，这些末端位置是活塞在减震器壳体内的“转折位置”。

所述力的值可能在末端位置附近相对剧烈地变化。因此，确定非末端位置处的力值可以给出更可靠的力值。而且，将更容易确定经受压缩的减震器或经受膨胀的减震器所接收到的力值。

根据示例实施例，所述方法可以进一步包括以下步骤：确定该减震器装置在车辆停驻时的位置；以及，将第一位置设定为该减震器装置在车辆停驻时的位置。

停驻时的位置应被理解为是指车辆在发动机已启动且车辆准备运行的情况下停驻。因而，在车辆的后续运行期间，活塞将围绕“停驻位置”摆动(oscillate)，该“停驻位置”将构成用于确定减震器的压缩和膨胀期间的力的参考位置。

根据示例实施例，所述减震器装置可以连接到车辆弹簧装置，其中所述方法可以进一步包括以下步骤：确定车辆弹簧装置的特性；基于车辆弹簧装置的特性来确定预定阈值；以及，将第一力值和第二力值之间的差值与针对车辆弹簧装置的特性所特定的预定阈值进行比较。

车辆弹簧装置的特性应被解释为该弹簧装置的功能状态。如下文将描述的，可以使用各种弹簧装置。例如，针对柔性波纹管形式的弹簧装置，所述特性可能与柔性波纹管内的气体压力有关。

因而，一个优点在于：在确定减震器是否劣化时，可以考虑可能影响减震器装置的性能的其它方面。因而，当确定第一力值和第二力值时，第一力值和第二力值可以根据车辆弹簧装置的特性而变化。因此，实现了评估所测量出的力值时的、提高的精度。如上所述，所述预定阈值优选是针对车辆弹簧装置的具体特性所特定的。因此，所述预定阈值可以根据车辆弹簧装置的具体特性而变化。当比较所述力值时，应对连接到具有与用于测量的弹簧特性大致相同的弹簧特性的车辆弹簧装置的减震器进行这种比较。

根据示例实施例，所述弹簧装置可以包括柔性波纹管，并且所述弹簧装置的特性可以是测量出的柔性波纹管内的气体压力水平。

因而，当比较第一力值和第二力值之间的差值时，可以优选针对先前的测量进行这种比较，所述先前的测量具有相同的柔性波纹管内的气体压力水平或者至少具有类似的柔性波纹管内的气体压力水平。因此，所述预定阈值可以基于针对连接到被布置成具有特定气体压力水平的柔性波纹管的未劣化减震器装置所做出的测量。所述预定阈值可以基于存储在存储器中以供其日后使用的先前测量值。

所述柔性波纹管可以连接在车架和减震器之间。因而，在这种情况下，减震器布置在轮轴与柔性波纹管之间。减震器当然也可以布置在减震器和轮轴之间，使得减震器连接到车架。

根据示例实施例，所述弹簧装置可以包括板簧装置，并且所述弹簧装置的特性可以是板簧装置的竖直位移位置。

因此，优选地，使用水平传感器等来确定板簧装置的竖直位置。与采用柔性波纹管的情形类似，所述预定阈值可以基于针对连接到被布置在特定位移处的板簧装置的未劣化减震器装置所进行的测量。因而，当确定减震器的第一力值和第二力值时，还确定板簧装置的竖直位移，由此，将第一力值和第二力值之间的差值与针对类似的板簧装置的竖直位移所确定的阈值进行比较。

根据示例实施例，外部载荷可以是作用在减震器装置上的振荡力，其中所述方法可以进一步包括以下步骤：确定作用在减震器装置上的振荡力的频率水平；基于振荡力的频率水平来确定所述预定阈值；以及，将第一力值和第二力值之间的差值与针对振荡力的频率水平所特定的预定阈值进行比较。

特定位置处的力值可能根据减震器所承受的载荷的特定频率而变化。因此，当确定所述减震器是否劣化时，可以实现更进一步的精度。优选地，所述预定阈值也基于频率水平。也可以确定其它车辆参数，例如车辆速度、道路地形等，以便更进一步提高测量的精度。在这种情况下，应针对基本类似的驾驶情形进行所述比较。

根据示例实施例，可以针对在减震器装置的压缩期间的、减震器装置的多个位置来确定多个第一力值，并且可以针对在减震器装置的膨胀期间的、减震器装置的相同的所述多个位置来确定多个第二力值。

通过确定多个位置处的力值，接收到另一些评估位置，由此可以更进一步提高测量的精度。详细地，对于减震器在压缩和膨胀阶段期间的每一个位置，都可以接收力值。

根据第二方面，提供了一种车辆的车辆悬架系统，该悬架系统包括：车辆减震器装置，该车辆减震器装置能够连接在车辆的车架和轮轴之间，该车辆减震器装置能够在操作期间压缩和膨胀，以吸收来自轮轴的运动；和控制单元，该控制单元连接到车辆减震器装置，其中，所述控制单元被配置成：确定所述减震器装置所承受的外力的第一力值，该第一力值是当减震器装置在减震器装置的压缩期间布置在第一位置处时确定的；确定所述减震器装置所承受的外力的第二力值，该第二力值是当减震器装置在减震器装置的膨胀期间布置在所述第一位置处时确定的；确定第一力值和第二力值之间的差值；将第一力值和第二力值之间的该差值与预定阈值进行比较；以及，如果第一力值和第二力值之间的该差值低于所述预定阈值，则确定减震器装置劣化了。

根据示例实施例，所述车辆悬架系统还可以包括：弹簧装置，该弹簧装置能够连接在车辆减震器装置和车辆的车架之间；和弹簧传感器，该弹簧传感器连接到所述控制单元，并且该弹簧传感器被布置成检测弹簧装置的特性，其中，所述控制单元还可以被配置成：从弹簧传感器接收指示弹簧装置的特性的信号；并且基于弹簧装置的该特性来确定所述预定阈值。

所述弹簧传感器例如可以是用于板簧装置的水平传感器，或者是用于柔性空气波纹管的压力传感器。也可以想到其它替代方案，例如连接到特定弹簧装置的载荷传感器。

根据示例实施例，所述弹簧装置可以包括柔性波纹管，并且所述弹簧传感器可以是布置在柔性波纹管内的气体压力传感器，用于检测柔性波纹管的气体压力水平形式的特性。

第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面所述的那些效果和特征。因此，第一方面的特征也适用于第二方面的车辆悬架系统。

根据第三方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据上文关于第二方面所述的任一个实施例的车辆悬架装置，该车辆悬架装置布置在车辆的车架和轮轴之间。

根据第四方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行上文关于第一方面所述的任一个实施例的步骤。

根据第五方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质承载包括程序组件的计算机程序，所述程序组件用于当所述程序组件在计算机上运行时执行上文关于第一方面所述的任一个实施例的步骤。

第三、第四和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面所述的那些效果和特征。

当研究所附权利要求书和以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得明显。本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合，以产生除了下文中所述的那些实施例以外的实施例。

附图说明

通过以下对本发明的示例性实施例的说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中：

图1是示出了卡车形式的车辆的示例实施例的侧视图；

图2是根据示例实施例的减震器的透视图；

图3是示出了根据一个示例实施例的减震器的载荷特性的曲线图；

图4是示出了根据另一个示例实施例的减震器的载荷特性的曲线图；并且

图5是根据示例实施例的用于确定减震器的功能状态的方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；而是，提供这些实施例是为了充分性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

特别参考图1，提供了卡车形式的车辆1。车辆1包括：前车辆悬架装置300，该前车辆悬架装置300将车架2连接到前轮轴3；以及后车辆悬架装置300'，该后车辆悬架装置300'将车架2连接到后轮轴4。因此，车辆悬架装置300、300'中的每一个均布置成在车辆1的运动期间缓冲/吸收来自相应轮轴的载荷。车辆1当然可以包括不止两个轮轴。为了简单起见，仅参考前车辆悬架装置300，该前车辆悬架装置300被称为车辆悬架装置300。如图1中可见，车辆悬架装置300包括车辆减震器装置100和弹簧装置，该弹簧装置在此被示出为包括柔性波纹管102，诸如空气的气体可以添加到柔性波纹管102中或从柔性波纹管102排出。当然可以想到其它弹簧装置，例如板簧装置等。更详细地，车辆减震器装置100连接在轮轴3和柔性波纹管102之间，由此，该柔性波纹管连接到车架2。因此，柔性波纹管102连接在车辆减震器装置100和车架2之间。

车辆1还包括控制单元400，如下面将描述的，该控制单元400被布置成接收控制信号并传送控制信号，用于确定减震器装置100的功能状态。尽管控制单元400被描绘为仅与前轮轴3的车辆减震器装置100相关联地布置，但应容易理解，该控制单元被布置成或者可以布置成与车辆1的每一个减震器装置关联。

控制单元400可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程设备。该控制单元还可以包括或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备或数字信号处理器。在控制单元包括可编程设备(例如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)的情况下，该处理器还可以包括计算机可执行代码，该计算机可执行代码控制所述可编程设备的操作。

参考图2，更详细地描绘了图1中的车辆减震器装置100。可以看到，车辆减震器装置100包括上连接部207和下连接部205，该上连接部207被布置成连接到图1中描绘的柔性波纹管102，该下连接部205被布置成连接到轮轴。应容易理解，车辆减震器装置100必须不直接连接到轮轴，因为支架或其它部件可能会布置在减震器装置100和轮轴之间。

此外，减震器装置100包括减震器壳体103和活塞101，该活塞101能够相对于减震器壳体103移动。可以看到，活塞101能够在减震器壳体103内移动，由此，活塞101的布置在减震器壳体103内的部分被以虚线示出。示意性地示出了减震器装置100，并且本领域技术人员应理解可以想到设计上的变化。如图2中进一步描绘的，减震器壳体103包括活塞末端位置203、204。详细地，减震器壳体103包括上活塞末端位置204和下活塞末端位置203。因而，活塞101的端部110能够在减震器壳体内在上活塞末端位置204和下活塞末端位置203之间移动。此外，在图2中以200描绘了活塞101在车辆停驻时在减震器壳体内的位置。因此，当车辆的发动机启动并且车辆停驻(准备起步)时，活塞101的端部110布置在减震器壳体内的被表示为第一位置200的位置处，在下面针对图3至图5的描述所述的示例中使用了该位置。

又进一步地，减震器装置100连接到上述控制单元400。根据图2中描绘的示例，控制单元400连接到活塞位置传感器120。活塞位置传感器120被布置成确定活塞101相对于减震器壳体103的位置。活塞位置传感器120被描绘为连接到活塞101。然而，当然可以想到确定车辆减震器装置100的位置的其它替代方案。例如，可以通过例如检测车架2相对于轮轴3的位置来确定车辆减震器装置100的位置，该车架2相对于轮轴3的位置可以由连接到例如车辆底盘的外部水平传感器确定。

因而，控制单元400接收与车辆减震器装置100的位置有关的信号。该控制单元还可以优选接收与在减震器装置100运行期间、减震器装置所承受的载荷有关的信号。可以通过检测减震器装置100经受的加速度水平来获取该载荷。这可以通过使用例如适当的传感器(未示出)来实现。

在运行期间，减震器可能会在连续使用之后劣化。然而，可能难以确定减震器装置已经劣化了多少以及其运行寿命何时结束并且是时候用新减震器更换该减震器了。因此，参考图3至图4，图3和图4示出了用于确定减震器装置的功能状态的示例实施例。

首先参考图3，图3是示出了根据第一示例实施例的减震器装置100的载荷特性的曲线图，该减震器装置100连接到弹簧装置。如图3中可见，水平轴表示活塞101在减震器壳体103内的位移，而竖直轴表示减震器装置100所承受的外力的力水平。因而，图3中的曲线图示出了在减震器装置100的压缩和膨胀期间、该减震器装置的力/位移特性的示例实施例。详细地，图3示出了上活塞末端位置204和下活塞末端位置203以及活塞的第一位置200。因此，从上活塞末端位置204到下活塞末端位置203的线302表示活塞101从上活塞末端位置204到下活塞末端位置203的移动，即，减震器装置100的膨胀302。另一方面，从下活塞末端位置203到上活塞末端位置204的线304表示活塞101从下活塞末端位置203到上活塞末端位置204的移动，即，减震器装置100的压缩304。可以看到，当减震器装置100连接到所述弹簧装置时，对于给定的位移，与减震器装置100的膨胀相比，在压缩期间力值更大。

在运行期间，即，当减震器装置100承受来自车辆1的载荷时，当活塞101在压缩阶段中布置在第一位置200处时，确定减震器装置100的第一力值f1。当活塞101在膨胀阶段中布置在第一位置200处时，还确定减震器装置100的第二力值f2。因此，在减震器装置100的压缩期间和膨胀期间，针对减震器壳体103内的大致相同的活塞位置来确定第一力值f1和第二力值f2。之后，可以确定第一力值f1和第二力值f2之间的差值202。由此，能够确定该减震器装置的滞后效应，即，力在压缩期间与膨胀期间相比有多大差别。

图3示出了减震器装置100的针对单个位置200的第一力值f1和第二力值f2。然而，应容易理解，可以获取并评估从下活塞末端位置203至上活塞末端位置204的每一个位置的力值。

然后，可以将第一力值f1和第二力值f2之间的差值202(即，滞后性)与预定阈值进行比较。因而，该预定阈值优选表示基本全新且未使用的减震器装置100的滞后性。已经认识到的是，第一力值和第二力值之间的减小的差值表明减震器装置100已劣化或正在劣化。因而，如果所确定的第一力值f1和第二力值f2之间的差值低于所述预定阈值，则确定减震器装置已劣化。可以不同地设置该阈值，使得可以提前通知车辆的操作者“减震器将要劣化”，并且建议在不久的将来进行更换。在这种情况下，与减震器装置100实际磨损了并且需要立即更换时通知操作者的情形相比，所述预定阈值被设定得更高。

然而，滞后效应也可以取决于连接到减震器装置100的弹簧装置的特性。因而，滞后效应也可以取决于连接到减震器装置100的柔性波纹管内的气体压力水平，或者取决于连接到减震器装置100的板簧装置的竖直位移。下面将描述当减震器装置100连接到上文针对图1的描述所述的柔性波纹管时、对滞后效应的影响。

图3中所示的曲线图在图4中被以虚线描绘，以便简化对图3中的实施例与图4中的实施例之间的差异的说明。图3中的实施例的力/位移特性表示柔性波纹管内的第一气体压力水平，而图4中的实施例的力/位移特性表示柔性波纹管内的第二气体压力水平。应容易理解，图4中的图示是示意性的，并且可以采取其它形式和形状。

如图4中可见，减震器装置100的力特性与图3中描绘的力特性不同。详细地，与针对第一气体压力水平的在压缩304和膨胀302期间的对应的力梯度相比，针对第二气体压力水平的在压缩304'和膨胀302'期间的力梯度更陡。

如图4中可见，与第一气体压力水平相比，对于柔性波纹管内的第二气体压力水平，第一力值f1和第二力值f2之间的差值202更高。由此，当将该差值202与所述预定阈值进行比较时，所述预定阈值应是针对第二气体压力水平所特定的，以提高测量的精度。

其它方面也可能会影响上述滞后效应，例如减震器装置100所承受的振荡力的频率。在这种情形中，所述预定阈值应是针对这种频率水平所特定的。

优选地，可以根据对基本全新且功能完整的减震器装置的测量来确定所述预定阈值。在图4的情况下，当减震器装置连接到具有与第二气体压力水平对应的气体压力水平的柔性波纹管时，应进行对基本全新且功能完整的减震器装置的测量。

为了进行概括，参考图5，图5是根据示例实施例的用于确定减震器装置100的功能状态的方法的流程图。

在车辆的运行期间，确定s1减震器装置100所承受的外力的第一力值f1。当减震器装置100在其压缩期间布置在第一位置200处时，确定第一力值f1。优选地，当活塞101在压缩期间布置在第一位置200时处，确定第一力值f1。

类似地，确定s2减震器装置100所承受的外力的第二力值f2。当该减震器装置在其膨胀期间布置在第一位置200处时，确定第二力值f2。之后，可以确定s3第一力值f1和第二力值f2之间的差值202。将该差值202与预定阈值进行比较s4。如果第一力值和第二力值之间的差值202低于所述预定阈值，则可以确定s5该减震器装置劣化了。

应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出了的实施例；而是，本领域技术人员应认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。