專利名稱：用于確定路面狀況的方法和生成車輛使用日志的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于確定車輛在其上行駛的路面的狀況的方法。此外，本發(fā)明還涉及一種生成車輛使用日志的方法，其中道路的狀況
被分類為多個損壞嚴重度(severity classes)等級。
背景技術：
可以通過分析車輛在路面上行駛時所發(fā)生的振動的頻譜來確定路面狀況。因此，路面狀況意指路面的質(zhì)量或平滑程度。在文獻中使用的同義術語是道路損壞嚴重度。不平的路面將導致振動通過車輛和懸架傳遞到車輛的懸掛質(zhì)量，包括車架、底盤和駕駛室等。根據(jù)相關領域的技術，路面狀況一般能夠描述為隨機噪聲和離散的瞬態(tài)障礙物的組合。濾波技術能夠用于將隨機噪聲從瞬態(tài)分量中分離。然后可以分別估計隨機部分和瞬態(tài)部分。這種相關領域技術要求大的數(shù)據(jù)處理能力。因此，存在著對較不復雜的用于確定車輛在其上行駛的路面的狀況的方法的需求。
在EP556070中公開了一種用于確定道路狀況的簡化方法。所公開的方法包括如下步驟在機動車輛行駛時通過使用直線行程傳感器來連續(xù)測量車輪和車輛的車身之間的相對移動；通過使直線行程傳感器的輸出受到頻率分析來形成譜分布；計算各種類型的道路狀況所固有的特征值；和基于所計算的特征值來指定道路狀況的類型。當指定了道路狀況的類型時，本發(fā)明的控制裝置將懸架的阻尼力改變到與該道路狀況的類型對應的水平。根據(jù)EP556070的系統(tǒng)以如下方式確定道路狀況連續(xù)測量車輪和車輛的車身之間的相對移動以生成輸入信號。生成輸入信號的FFT變換以提供譜分布。將譜值與閾值組合并比較。根據(jù)與閾值的比較結果，確定特定道路狀況的存在。在所述專利文獻中，特定的道路狀況稱為路面狀況。該路面狀況被分為不同的等級，例如
膨脹道路、起伏道路、差感覺道路和差道路。這里必須注意，所分析
的輸入信號由車輪和車輛的車身之間的測量距離構成。車輛的車身相對于車輪的移動取決于從道路通過懸架傳遞到簧載質(zhì)量的能量。傳遞
到簧載質(zhì)量的能量取決于車輛的速度以及路面狀況。對于在EP556070中公開的方法和設備，不能將車輛以低速度在具有相對不平表面的道路上行駛的情況與車輛以高速度在具有相對平滑表面的道路上行駛的情況分開。由于所公開的方法用于根據(jù)道路狀況來改變阻尼力，所以不關心路面的實際狀況。所關心的是車輛所受到的并通過車輪懸架傳遞的振動的幅度。因此，在EP556070中描述的系統(tǒng)中，不必區(qū)分車輛是以高速度在相對平滑的道路上行駛，還是以低速度在相對不平的道路上行駛，兩種情況都導致類似的振動幅度，因為在兩種情況中，阻尼器的適當設定將是相同的。根據(jù)在EP556070中公開的原理運行的系統(tǒng)的另外的缺點是它要求快速傅立葉變換，這需要大的處理器能力。因為該系統(tǒng)用于控制懸架系統(tǒng)，所以對于該系統(tǒng)的運行來說，可能以小于l秒的間隔對道路狀況進行非常頻繁的更新是必要的。這也意味著除了用于執(zhí)行FFT運算所要求的大能力之外的對處理器能力的高要求。
然而，對于除設定車輛中的車輪懸架的阻尼力之外的目的，對車輛在其上行駛的路面的狀況的了解是有利的。對車輛在其上行駛的路面的實際狀況的了解可以用于優(yōu)化車輛部件的維護程序，用于為特定客戶確定合適的車輛部件尺寸標準，用于平順性評估等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于確定車輛在其上行駛的路面的狀況的方法，該方法可以將兩種情形相互分離，此方法可確定路面狀況，使得能夠?qū)④囕v以高速度在平整表面上行駛的情況與車輛以低速度在粗糙表面上行駛的情況分開。
通過根據(jù)權利要求l的用于確定車輛在其上行駛的路面的狀況的
7方法實現(xiàn)了此目的。
根據(jù)本發(fā)明，車輛在其上行駛的路面的狀況根據(jù)包括如下步驟的方法確定
a) 獲取表示輪軸(12)和車輛的車身(14)之間的距離(D)的
信號(s);
b) 從所述獲取的信號(S)中提供經(jīng)過濾波的第一分量(Sl);
C)計算表示第一分量(Sl)的激勵程度的第一值(VI);
d) 獲取表示車輛速度(V~ )的信號；
e) 對于所述速度的影響補償所述第一值(VI)，使得生成第一速
度補償值(Vle。m,v);
f) 將所述第一速度補償值(VlMm,v)與所存儲的數(shù)據(jù)進行比較，
所述存儲的數(shù)據(jù)用于對車輛在其上行駛的道路的狀況進行分類。
因為對于速度的影響補償所述第一值，所述補償隨著速度v大體上且實質(zhì)上以yx增加，其中x大約為1.5，所以不僅可以確定路面狀況和速度的組合效果如何影響簧載質(zhì)量的移動，就像在EP556070中公開的現(xiàn)有技術布置結構的情況一樣，而且可以確定車輛在其上行駛的路面的狀況。


下面將參考附圖進一步詳細描述本發(fā)明，在附圖中圖l示出用于確定車輛在其上行駛的路面的狀況的方法的流程圖，圖2示出包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的合適裝置的車輛的示意性側(cè)視圖，
圖3示出可結合用于確定路面狀況的圖，和圖4示出適于記錄車輛的使用的矩陣。
具體實施例方式
在圖l中示出了用于確定車輛在其上行駛的路面的狀況的方法的流程圖。路面狀況對于車輛的振動環(huán)境具有根本性的重要性。與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導致更小的振動。在本申請中，道路狀況涉及路
面的平滑程度。在圖2中，示出了車輛10的示意性側(cè)視圖，該車輛包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的合適的裝置。將首先參照圖1和圖2描述本發(fā)明。
在第一方法步驟S10中，確定車輛10的速度v超過閾值T。該閾值T可以選擇為適于設定希望生成車輛使用日志的速度范圍的下限。當車輛以低于選定的閾值T的非常低的速度行駛時，道路狀況的確定結果可能變得不確定，這是因為如下事實，即路面特征可基本上表達為距離變化的函數(shù)除以速度的函數(shù)。當速度接近零時，對道路狀況的確定可能變得不穩(wěn)定。對于閾值以下的速度，車架的扭轉(zhuǎn)可用于對道路狀況進行分類，其中大的扭轉(zhuǎn)表示差路面，而小的扭轉(zhuǎn)表示平滑路面。為了測量車架扭轉(zhuǎn)，水平傳感器可安裝在車輛的每一側(cè)上。閾值T可以適當?shù)剡x擇為10km/h。
第二步驟S20在測量窗口30下進行。第二方法步驟S20包括一組子步驟S22至S36，這些子步驟在下面進一步說明。測量窗口30可以設定為預定的時長。可以將一分鐘選作合適的時長。代替預定時長，可以將指定的行駛距離或根據(jù)車輛的平均速度計算的行駛距離選擇為限定測量窗口30。
在測量窗口30中，在第二方法步驟S20期間執(zhí)行以下操作在第一子步驟S22中，獲取表示輪軸12和車輛的車身14之間的距離D的信號S。適當?shù)販y量輪軸12和車架部件16之間的距離。諸如車架16的被懸掛部件和諸如輪軸12的非懸掛部件之間的任何距離的測量值均可以選作輸入信號?？梢赃m當?shù)剡x擇用于空氣懸架20的水平傳感器18，以生成表示輪軸12和車輛的車身14之間的距離D的信號S。在第二子步驟S24中，通過將所述信號S濾波來提供第一分量S1。優(yōu)選地，該第一分量Sl表示車輛l的輪軸12的軸共振(axle resonance)。在優(yōu)選實施例中，也從所述獲取的信號S中提供第二分量S2，該第二分量S2表示簧載質(zhì)量沿車輛10的豎直方向的運動。 一般地，簧載質(zhì)量的運動意指布置在車輪懸架上方的車輛的車身的剛體運動，典型為車架相對于車輪或輪軸的運動。對于重型商用車輛，表示車輛10的輪軸12的軸共振的第一分量通常為大約9至12Hz。表示簧載質(zhì)量的運動的第二分量S2對應于在車輛簧載質(zhì)量的共振頻率附近的頻帶處的能含量的測量值，對于重型商用車輛，所述第二分量S2通常為大約l至2Hz。第二子步驟S24可優(yōu)選地包括使信號S受到第一帶通濾波器21濾波以獲得所述第一分量S1的步驟，該第一帶通濾波器21具有在車輛的輪軸的所述軸共振附近的第一頻帶，并包括使所述信號受到第二帶通濾波器22濾波以獲得所述第二分量S2的步驟，該第二帶通濾波器22具有在沿車輛
豎直方向的簧載質(zhì)量的運動附近的第二頻帶。對于重型商用車輛，該第一帶通濾波器可以適當?shù)剡x擇為具有5至15Hz之間的第一頻帶，優(yōu)選在9至12Hz之間。對于重型商用車輛，第二帶通濾波器可以適當?shù)剡x擇為具有0.5至5Hz之間的第二頻帶，優(yōu)選在l至2Hz之間。
在第三子步驟S26中，計算表示第一分量的激勵程度的第一值V1和表示第二分量的激勵程度的第二值V2。在測量窗口30期間，第一值V1和第二值V2可以適當?shù)赜嬎銥榈谝缓偷诙盘柗至縎1和S2的均方根值(RMS值)。例如基于第一和第二分量的二階時間導數(shù)形成的RMS值的其他測量值(這些值涉及加速度而非位置)、第一和第二分量的越過值(level crossing)或范圍譜、尾峰值(endpeaks)的增加等可以適當?shù)?br> 選作表示第一分量和第二分量的激勵程度的值。為了獲得第一和第二分量的足夠精度，以超過IO Hz的采樣頻率提供第一和第二分量的樣本，該采樣頻率優(yōu)選在40Hz的范圍內(nèi)。在第四子步驟S28中，計算在所述測量窗口期間行駛過的距離DT。在第五子步驟S30中，估計所懸掛的軸載荷。通過記錄驅(qū)動軸壓力來適當?shù)剡M行估計。在第六子步驟S32中，形成在測量窗口期間的平均速度々。在第七子步驟S34中，估計測量窗口期間的最大和最小速度。用于確定最大和最小速度的合適的釆樣頻率
為l Hz。在測量窗口30期間，可以僅適當?shù)卮_定所行駛過的距離DT、平均速度和驅(qū)動軸壓力一次。在第八子步驟S36中，通過驗證自測量窗口30開始時算起的時間t是否小于閾值Th來確定測量窗口30是否已接近結束。替代地，第八子步驟S36可以通過驗證所行駛過的距離DT是否超過閾值來形成。如果測量窗口30尚未接近結束，則通過在反饋環(huán)31中返回來重新開始從第一子步驟到第八子步驟的運行。
在第三可選的方法步驟S40中，確定最大速度Vmax和最小速度Vmin
之間的差是否小于閾值M。該閾值M可以適當?shù)剡x擇為最大IO km/h或vmax/5。第三方法步驟S40保證能夠進行對第一和第二分量的精確評估。大的加速度和減速度引起振動，而振動導致測量噪聲。
在第四方法步驟S50中，對于速度的影響補償所述第一和第二值，
使得生成第一速度補償值VU，v和第二速度補償值V2e。m，v。該第一和第
二速度補償值優(yōu)選地通過將第一和第二值V1、 V2與取決于測量窗口期間的車輛速度的系數(shù)C相乘來形成?？梢允褂盟龃翱谄陂g的平均速度。系數(shù)C優(yōu)選隨著速度v以vX增加，其中x在l和2之間選擇，優(yōu)選在1.3和1.6之間，更優(yōu)選為大約1.5。該系數(shù)的值可以計算或從查找表中獲取。
在可選的第五方法步驟S60中，可以對于懸掛的軸載荷的影響補償
第一值和第二值，使得生成第一質(zhì)量和速度補償值Vl。，m+v和第二質(zhì)量和速度補償值V2e。m,m+v。該第一和第二質(zhì)量和速度補償值優(yōu)選通過將第一和第二速度補償值Vle。m,v、 V2e。m,v與取決于測量窗口期間的所懸掛的軸載荷的系數(shù)C1相乘來形成。驅(qū)動軸壓力可以用作與所懸掛的軸載荷有關的輸入信號。系數(shù)C1隨質(zhì)量增加，但增加率遠慢于依賴所述速度的系數(shù)C。對于每個特定類型的車輛，系數(shù)C1是單獨的。系數(shù)值可以計算或從查找表中獲取，所述查找表通過在其路面具有己知狀況的道路上的測量、通過改變所懸掛的軸載荷來生成。對于所述第一和第二值，用于質(zhì)量補償?shù)南禂?shù)可以分別不同。當然，可以優(yōu)選地計算對于質(zhì)量和速度補償?shù)闹礦l，，m+v、 V2c。ra，m+V，以確定車輛在其上行駛的道路的狀況。對于特定的車輛，車 輛重量未充分改變到使得希望包括補償重量的函數(shù)，尤其是因為系數(shù)
C1隨質(zhì)量增加但增加率遠低于依賴所述速度的系數(shù)C。
在第六方法步驟S70中，將取決于實施哪個實施例而作為速度補償 值(Vl讓,v， V2,,v)或作為質(zhì)量和速度補償值(Vl—+V， V2com,m+v) 的第一補償值和第二補償值(Vle。m， V2e。m)與所存儲的數(shù)據(jù)進行比較， 所存儲的數(shù)據(jù)用于對車輛在其上行駛的道路的狀況進行分類。補償值
(Vle。m， V2e。m)因此可以是速度補償值或速度和質(zhì)量補償值。第六方 法步驟可以優(yōu)選地包括在二維圖上定位第一和第二補償值(Vlc。m，
V2c。m)的步驟，且通過適合于第一和第二補償值在二維圖中的位置的 參考值來對道路狀況進行分類。在圖3中給出了適于確定路面狀況的圖
的例子。作為在圖中定位第一值和第二值的替代，可將取決于第一和
第二補償值(Vlc。m， V2e。m)的函數(shù)F與閾值進行比較，該函數(shù)即F二F (Vle。m， V2c。m)，其中F是以實驗確定的函數(shù)。
當?shù)缆窢顩r已確定時，該信息可以用于生成車輛使用日志的方法， 其中將道路狀況分類為多個損壞嚴重度等級(維護良好、維護不好、 維護差、維護非常差和越野狀況)，并將車輛速度分為速度子集，使
得獲得二維矩陣.。將以特定速度并在通過根據(jù)權利要求1至16的任一
項所述的方法確定的特定道路狀況下行駛的距離記錄在二維矩陣內(nèi)。
在圖4中示出了這種圖的例子。關于車輛損耗，特別關心的是在維護
非常差的道路上行駛的距離，和在越野狀況下行駛的距離。由于這種 突起對車輛的損耗很關鍵，所以保留一單獨的列用于大突起的數(shù)量也 是合適的，所述大突起生成超過一定水平的能量輸入。可以添加構成 所懸掛的軸載荷的另外的維度，由此將所懸掛的軸載荷分為一組合適
的范圍，從而獲得三維矩陣；可以將以特定速度、以特定的懸掛軸載
荷并在特定的道路狀況下行駛的距離記錄在三維矩陣內(nèi)。
1權利要求
1.一種用于確定車輛在其上行駛的路面的狀況的方法，包括如下步驟a)獲取表示輪軸(12)和車輛的車身(14)之間的距離(D)的信號(S)；b)從所述獲取的信號(S)中提供經(jīng)過濾波的第一分量(S1)；c)計算表示所述第一分量(S1)的激勵程度的第一值(V1)；d)獲取表示車輛速度 id="icf0001" file="A2007800451830002C1.tif" wi="7" he="4" top= "77" left = "85" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的信號；e)對于所述速度的影響補償所述第一值(V1)，使得生成第一速度補償值(V1com，v)；f)將所述第一速度補償值(V1com，v)與所存儲的數(shù)據(jù)進行比較，所存儲的數(shù)據(jù)用于對車輛在其上行駛的道路的狀況進行分類。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一分量(SI) 表示車輛輪軸的軸共振。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟b)包 括使所述信號(S)經(jīng)第一帶通濾波器(21)濾波以獲得所述第一分量(SI)的步驟，所述第一帶通濾波器(21)具有在輪軸的所述軸共振 附近的第一頻帶。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一頻帶在5 和15Hz之間，優(yōu)選在9至12Hz之間。
5. 根據(jù)權利要求1至4的任一項所述的方法，其特征在于，所述 步驟c)包括在測量窗口 (30)期間形成所述第一分量(Sl)的均方根 值以生成所述第一值(VI)的步驟。
6. 根據(jù)權利要求1至5的任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟e)包括將所述第一值(VI)與取決于車輛速度的系數(shù)(C)相乘 的步驟。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述系數(shù)(C)隨 著速度v以v"增加。
8. 根據(jù)權利要求1至7的任一項所述的方法，其特征在于，所述 步驟e)還包括通過將所述第一速度補償值(Vle。m,v)與取決于所懸掛 的軸載荷(m)的第一因數(shù)(Cl(m))相乘來對于所懸掛的軸載荷進行補 償以獲得第一速度和質(zhì)量補償值(Vle。m，m+V)的步驟。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟f)被將所 述第一速度和質(zhì)量補償值(Vle。m,m+V)與所存儲的數(shù)據(jù)(D)進行比較 的步驟替代，所存儲的數(shù)據(jù)(D)用于對車輛在其上行駛的道路的狀況 進行分類。
10. 根據(jù)權利要求1至9的任一項所述的方法，其特征在于，所述 步驟b)包括從所述獲取的信號(S)中提供經(jīng)過濾波的第二分量(S2) 的步驟b2)，且執(zhí)行如下的進一步的方法步驟c2)計算表示第二分量(S2)的激勵程度的第二值(V2);e2)對于速度的影響補償所述第二值(V2)，使得生成第二速度 補償值(V2e。m,v);G)將所述第二速度補償值(V2c。m,v)與所存儲的數(shù)據(jù)進行比較， 所存儲的數(shù)據(jù)用于對車輛在其上行駛的道路的狀況進行分類。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二分量(S2) 表示沿車輛豎直方向的簧載質(zhì)量的運動。
12. 根據(jù)權利要求10至11所述的方法，其特征在于，所述步驟b2) 包括使所述信號(S)經(jīng)第二帶通濾波器(22)濾波以獲得所述第二分量(S2)的步驟，所述第二帶通濾波器(22)具有在沿車輛豎直方向 的所述簧載質(zhì)量的運動附近的第二頻帶。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二頻帶在 0，5至5Hz之間，優(yōu)選在l至2Hz之間。
14. 根據(jù)權利要求10至13的任一項所述的方法，其特征在于，所 述步驟c)還包括在測量窗口 (30)期間形成所述第二分量(S2)的均 方根值以生成第二值(V2)的步驟。
15. 根據(jù)權利要求10至14的任一項所述的方法，其特征在于，所 述步驟e)還包括將第二值(V2)與取決于車輛速度的系數(shù)(C)相乘 的步驟。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，所述系數(shù)(C)隨 著速度v以v"增加。
17. 根據(jù)權利要求10至16的任一項所述的方法，其特征在于，所 述步驟e)還包括通過將第二速度補償值(V2c。m，v)與取決于所懸掛的 軸載荷的第二因數(shù)(C2(m))相乘來對于所懸掛的軸載荷進行補償以獲 得第二速度和質(zhì)量補償值(V2e。m,m+V)的步驟。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，所述步驟f)被將 所述第一速度和質(zhì)量補償值(Vle。m,m+V)與所存儲的數(shù)據(jù)(D)進行比 較的步驟替代，且所述步驟f2)被將所述第二速度和質(zhì)量補償值(V2e。m,m+V)與所存儲的數(shù)據(jù)(D)進行比較的步驟替代，所存儲的數(shù) 據(jù)(D)用于對車輛在其上行駛的道路的狀況進行分類。
19. 根據(jù)權利要求10至18的任一項所述的方法，其特征在于，所 述步驟f)包括在二維圖(40)上定位所述第一和第二補償值(Vle。m，V2c。m)的步驟，并通過適合于所述第一和第二補償值在二維圖中的位 置的參考值來對道路狀況進行分類。
20. 根據(jù)權利要求1至19的任一項所述的方法，其特征在于，將車 架(16)和輪軸(12)之間的距離(D)選作所述信號(S)。
21. 根據(jù)權利要求1至20的任一項所述的方法，其特征在于，通過 用于空氣懸架(20)的水平傳感器(18)來生成表示距離(D)的所述 信號(S)。
22. 生成車輛使用日志的方法，其中將道路狀況分類為多個損壞 嚴重度等級，并將車輛的速度分為速度子集，從而獲得二維矩陣；其 中將以特定速度并在通過根據(jù)權利要求1至19的任一項所述的方法確 定的特定道路狀況下行駛的距離記錄在所述二維矩陣內(nèi)。
23. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中增加構成所懸掛的軸載荷 的另外的維度，由此將所懸掛的軸載荷分為一組合適的范圍，從而獲 得三維矩陣；其中將以特定速度、以特定的懸掛軸載荷并在通過根據(jù) 權利要求1至18的任一項所述的方法確定的特定道路狀況下行駛的距 離記錄在所述三維矩陣內(nèi)。
全文摘要
一種用于確定車輛在其上行駛的路面的狀況的方法，包括如下步驟a)獲取表示輪軸(12)和車輛的車身(14)之間的距離(D)的信號(S)；b)從所述獲取的信號(S)中提供經(jīng)過帶通濾波的第一分量(S1)；c)計算表示該第一分量(S1)的激勵程度的第一值(V1)。
文檔編號G01M99/00GK101583507SQ200780045183
公開日2009年11月18日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權日2006年12月5日
發(fā)明者佩爾-奧洛夫·弗呂克, 弗雷德里克·奧耶爾 申請人:沃爾沃拉斯特瓦格納公司