地面車輛的垂直軌跡設計的製作方法

2023-05-26 08:40:56

專利名稱：地面車輛的垂直軌跡設計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種主動式汽車懸架裝置，具體而言，本發明涉及一 種安裝有垂直軌跡設計(trajectory planning )系統的主動式汽車懸架系統。發明內容本發明的一個重要目的在於提供一種改進的主動式汽車懸架裝置。根據本發明的 一 個方面， 一 種用於地面車輛上的汽車懸架系統， 其中地面車輛設置有一個有效載重艙室和一個地面貼合部件，這種汽 車懸架系統包括 一個用於將力作用於有效載重艙室和地面貼合部件 之間的可控制懸架部件和一個用於存儲多個道路輪廓的輪廓存儲部 件。上述輪廓包括垂直偏移數據。該系統還包括一個輪廓提取微型處 理器，該處理器與可控制懸架部件及輪廓存儲部件連接在一起並用於 從輪廓存儲裝置中提取一個輪廓，該輪廓與汽車正在行駛的路段相對 應。根據本發明的另一方面，在用於在道路上操作的車輛中，該車輛 包括有一個有效載重搶室和一個地面貼合部件，一種主動式車輛懸架裝置包括 一個與有效載重艙室和地面貼合部件連接在一起的施力部 件，該部件用於將力作用於有效載重搶室和地面貼合部件之間，以相 對地面接合部件改變有效載重艙室的垂直位置； 一個用於存儲道路的 垂直輪廓的輪廓存儲部件； 一個軌跡設計開發子系統，該系統與加力部件和輪廓存儲部件以可相互通訊的方式連接在一起，該系統用於才艮 據所存的輪廓開發出軌跡設計並向力施加部件發出命令，這些命令與 該軌跡設計相對應。在本發明的又一方面中， 一種用於對主動式車輛懸架系統進行操 作的方法，其中該主動式車輛懸架系統安裝在一個設置有數據存儲部件的地面車輛中，該方法包括下述步驟確定地面車輛的位置；判斷 出在存儲於地面車輛中的數據中是否存在一個與該位置相對應的軌 跡設計；對在車輛懸架系統中存儲有垂直軌跡設計的判斷作出反應並 提取該設計；執行該軌跡設計。在本發明的再 一 方面中， 一 種用於對主動式車輛懸架系統進行操 作的方法，該主動式車輛懸架系統安裝在一個設置有一能夠檢測道路 的垂直輪廓的檢測部件和一個數據存^f諸部件的地面車輛內，該方法包 括下述步驟對道3各的垂直4合廓進行4企測；將該輪廓記錄下來；將記 錄下來的輪廓與存儲在資料庫中的輪廓進行對比，以判斷出檢測到的 輪廓是否與已存輪廓中的一個相匹配。在本發明的另 一方面中， 一種用於可在道路上操作的地面車輛上 的主動式懸架系統，該系統包括 一個主動式懸架部件； 一個用於對 道路的輪廓進行測定的輪廓傳感器； 一個用於存儲道路輪廓資料庫的 道路輪廓存儲部件； 一個道路輪廓微處理器，該處理器與存儲部件及 輪廓傳感器連接在一起並用於將檢測到的輪廓與輪廓的資料庫進行 對比。在本發明的又一方面中， 一種用於地面車輛上的主動式懸架系統 包括 一個主動式懸架部件； 一個用於確定地面車輛所在位置的定位 系統； 一個軌跡設計存儲部件，該部件用於存儲與上述位置相對應的 軌跡設計資料庫； 一個軌跡設計微處理器，該處理器用於確定該數據 庫中是否包含有一個與已確定下來的位置相對應的軌跡設計，而且其 還用於糹是耳又相應的專九跡i殳計並糹艮據該對應的4九跡"i殳計向主動式懸架 部件發送指令。在本發明的再一方面中， 一種用於確定地面車輛的位置的方法包括下述步驟將多個道路輪廓存儲起來，這些道路輪廓與多個位置相關並僅包含有以遞增方式測得的道路垂直偏移量；對車輛正在行駛的 路段的垂直偏移量進行測定；將測得的垂直偏移量與多個道路輪廓進 行對比。在本發明的另 一 方面中， 一 種用於開發車輛的軌跡設計的方法， 其中車輛上包括有一個車輛懸架系統，該車輛懸架系統又包括一個用 於開發軌跡設計的軌跡設計系統和一個用於促4吏車輛上的 一個點沿 軌跡設計移動的可控懸架部件，該方法包括將一個包括有多個數據 點的輪廓記錄下來，這些數據點表示行駛路段的正負垂直偏移量；對 該輪廓數據進行平滑處理，這種平滑處理產生了多個正值和負值；將 這些經平滑處理後的數據作為軌跡設計記錄下來。在本發明的又一方面中， 一種用於開發主動式車輛懸架裝置所用 軌跡設計的方法，該方法包括下述步驟使車輛在一個路段上行駛； 將表示該路段輪廓的多個數據點記錄下來；對這些數據進行平滑化處 理，從而形成軌跡設計。這種平滑化處理保存數據點的正負值。在本發明的再一方面中， 一種用於對車輛進行操作的方法，該車 輛包括 一個可控制懸架部件； 一個微處理器；多個用於對下述至少 一個參數進行測定的傳感器垂直偏移量、由可控制懸架部件施加的 力、垂直速度和垂直加速度，該方法包括下述步驟將多個輪廓的數 據庫存儲起來；使車輛在一個路段上行駛並將由傳感器測得的數據記 錄下來，以提供測定數據；將測得的數據與多個輪廓進行對比，以判 斷出匹配程度。在本發明的另一方面中， 一種用於開發包括有一個可控制懸架部 件的車輛的最佳軌跡設計的方法，該方法包括首次通過一個微處理 器利用第 一特徵值開發出與 一個輪廓相對應的第 一軌跡設計；首次執 行第一軌跡設計，該首次執行包括將與第一軌跡設計相對應的性能數 據記錄下來；對第一特徵值進行首次修改，從而提供一個第二特徵值； 利用第二特徵值通過微處理器第二次開發對上述輪廓相對應的第二 軌跡設計；第二次執行第二軌跡設計，該第二次執行包括將與第二軌跡設計相對應的性能數據的測量結果記錄下來；首次對與執行第 一軌 跡設計相對應的性能數據和與執行第二軌跡設計相對應的性能數據進行比較，以確定出較好的性能數據；首次將第一特徵值和第二特徵值中與較佳性能數據相對應的那個特徵值作為當前特徵值記錄下來。 在本發明的又一方面中， 一種車輛軌跡設計的開發方法，其中該 車輛包括有一個有效載重艙室、 一個車輪、多個用於測定車輛的對應 狀態的傳感器和一個用於在車輛和有效載重艙室之間施加作用力的可控制懸架部件，該方法包括下述步驟將一個包括有多個由傳感器 測得的數據點的輪廓記錄下來，這些數據點代表多個正值和負值；將 多個輪廓存為一系列能夠使可控制懸架部件施加作用力的命令並將 一系列由至少一個傳感器測得的車輛狀態保存下來。在本發明的再一方面中， 一種用於地面車輛上的主動式車輛懸架 裝置，其中該地面車輛包括有一個有效載重搶室和一個地面接合部 件，用來沿道路行駛的車輛包括 一個可控制懸架部件，該部件用於 根據道路的垂直位移量修正有效載重搶室和地面接合部件之間的位 移量； 一個軌跡開發系統，該系統用於向可控制懸架部件發出命令， 以使該可控制懸架部件施加 一 個力，從而能夠在地面接合部件進行垂 直移動之前修正有效載重搶室和地面接合部件之間的位移量。在本發明的另一方面中， 一種用於對車輛進行操作的方法，該車 輛包括有一個有效載重艙室、 一個前部地面接合部件和一個後部地面 接合部件，該車輛還包括一個懸架系統，該懸架系統包括 一個可控 制的前部懸架部件，該部件用於將 一 個力作用於前部地面接合部件和 有效載重艙室之間，以修正前部地面接合部件與有效載重艙室之間的 距離，該可控制的前部懸架部件設置有一個對心位置，該可控制的前 部懸架部件包括一個將可控制的前部懸架部件推向對心位置的對心 子系統，該懸架系統還包括一個可控制的後部懸架部件，該部件用於 將一個力作用於後部地面接合部件和有效載重艙室之間，以修正後部 地面接合部件與有效載重艙室之間的距離，該可控制的後部懸架部件 設置有一個對心位置，該可控制的後部懸架部件包括一個可控制的對'"、子系統，該對心子系統用於將後部可控懸架部件推向對'"、位置(centered position )上；該方法包括使車輛在一個存在障礙物的路 段上行駛，以使前部地面接合部件在後部地面接合部件之前碰到障礙 物並使前部可控懸架部件根據這種波動施加一個力；判斷出道路波動 部分之一的幅度是否小於第一閾值，據此判斷出該波動部分的幅度， 使後部懸架部件對心子系統停止工作。在本發明的又一方面中， 一種地面車輛包括 一個有效載重艙室； 一個前部地面4妻合部件； 一個後部地面4妻合部件；和一個懸架系統， 該系統包4舌一個前部可控懸架部件，該部件用於將一個力作用於前部 地面接合部件和有效載重艙室之間，以修正前部地面接合部件與有效 載重艙室之間的距離，該前部可控懸架部件具有一個對心位置，該前 部可控懸架部件包括一個用於將前部可控懸架部件推向對心位置的 對心子系統，該前部可控懸架部件還包括一個4企測系統，該糹企測系統 能夠對前部地面接合部件所遇到的^各面幹擾的幅度進行測定； 一個後 部可控懸架部件，其用於將一個力作用於後部地面接合部件和有效載 重搶室之間，以修正後部地面接合部件與有效載重搶室之間的距離， 該後部可控懸架部件具有一個對心位置，該後部可控懸架部件包括一 個用於將後部可控懸架部件推向對心位置上的可控型對心子系統；及 對檢測系統作出反應的控制電路，該控制道路用於使後部懸架部件的 對心子系統停止工作。在本發明的再一方面中， 一種用於對車輛進行操作的方法，該車 輛包括有一有效載重搶室、第一地面接合部件和第二地面接合部件， 該車輛還包括一個懸架系統，該懸架系統包括一個第 一可控懸架部 件，該部件用於將一個力作用於第一地面接合部件和有效載重艙室之 間，以修正第一地面接合部件與有效載重艙室之間的距離，該懸架系 統還包括一個第二可控懸架部件，該部件用於將一個力施加於第二地 面接合部件與有效載重艙室之間，以修正第二地面接合部件與有效載 重艙室之間的距離，第一可控懸架部件和第二可控懸架部件分別包括 能夠測定下述至少一個參數的相關傳感器垂直加速度、垂直速度、道路的垂直偏移量、懸架部件的位移量和由可控懸架部件所施加的 力，該方法包括下述步驟使車輛在一個具有多個障礙物的路段上操 作，從而使第一地面接合部件在第二地面接合部件之前遇到這些障礙物部分；利用與第一可控懸架部件相連接的多個傳感器對這些障礙物 部分進行測定；根據測定結果，在第二地面接合部件遇到障礙物部分 之前，使第二可控懸架部件施加一個與障礙物有關的力。在本發明的另一方面中， 一種用於對車輛進行操作的方法，該車 輛包括有一有效載重艙室、第一地面接合部件和第二地面接合部件， 該車輛還包括一個懸架系統，該懸架系統包括一個第 一可控懸架部 件，該部件用於將一個力作用於第一地面接合部件和有效載重艙室之 間，以修正第一地面接合部件與有效載重艙室之間的距離，該懸架系 統還包括一個第二可控懸架部件，該部件用於將一個力施加於第二地 面接合部件與有效載重艙室之間，以修正第二地面接合部件與有效載 重艙室之間的距離，第一可控懸架部件和第二可控懸架部件分別包括 能夠測定下述至少一個參數的相關傳感器垂直加速度、垂直速度、 道路的垂直偏移量、懸架部件的位移量和由可控懸架部件所施加的 力，該方法包括下述步驟使車輛在一個具有多個障礙物的路段上操 作，從而使第一地面接合部件在第二地面接合部件之前碰到這些障礙 物；利用與第 一可控懸架部件相連接的多個傳感器對這些障礙物進行 測定；根據測定結果，在第二地面接合部件遇到障礙物之前，使第二 可控懸架部件針對上述護C動施加 一 個力。在本發明的又一方面中， 一種用於使車輛操作的方法，該車輛包 括有一個有效載重搶室、 一個地面接合部件，該車輛還包括一個懸架 系統，該懸架系統包括一個可控懸架部件，該部件用於將一個力作用 於地面接合部件和有效載重搶室之間，以修正該地面接合部件與有效 載重艙室之間的距離，該可控制的地面懸架系統具有一個對心位置， 該可控制懸架部件包括一種反應操作模式和一種軌跡設計操作模式， 該方法包括使車輛在具有垂直障礙物的路段上行駛；確定這些障礙物 的幅度；如果判斷出有一個障礙物的幅度小於一個第一閾值後，使可控制懸架部件在反應模式(reactionary mode )下工作；如果判斷出有 一個波動部分的幅度大於第一閾值且小於第二閾值，那麼使對心子系 統停止工作；如果判斷出有一個波動部分的幅度大於第二閾值，那麼 在地面接合部件碰到該障礙物之前，使可控制懸架部件針對該障礙物 施力口一個力。


參照附圖，通過閱讀下面的詳細說明，將會清楚本發明的其它特 徵、目的和優點，其中圖1為設置有可控懸架裝置的車輛的示意圖；圖2為根據本發明的可控懸架裝置的部分方框圖和部分示意圖；圖3為現有技術中的主動式懸架裝置的操作示意圖；圖4a_4c為根據本發明的主動式懸架裝置的操作示意圖；圖5為根據本發明的主動式懸架裝置的操作示意圖；圖6a， 6b和6c為根據本發明的懸架系統的操作流程圖；圖7為軌跡"i殳計開發方法的示意圖；圖8為根據本發明的數據採集方法的示意圖；圖9為用於優化軌跡設計的方法的方框圖；圖lOa-lOc為根據本發明的、正在路面上行駛的車輛的示意圖；圖11a-lie為根據本發明的、正在路面上行駛的車輛的示意圖。
具體實施方式
現參照附圖，尤其是參照附圖1，圖中示出了根據本發明的車輛 的示意圖。 一個懸架系統包括多個表面接合部件，例如車輪14,車輪 14通過一個可控制懸架部件18與有效載重艙室16(在附圖中被示意 性地表示成一個平面)相連接。此外，該懸架系統還可包括傳統的懸 架部件(未示出)，例如螺旋彈簧或頁簧或減震器。由於本發明的一 個實施例為汽車，這樣地面接合部件就是多個車輪，而且有效載荷也 包括乘客，但是本發明還可在其它類型的車輛上進行實施，例如貨車。有效載重搶室16可包括多個軌道(tracks)或轉輪(runners)。本發明 還可在一些通過某種懸浮結構與地面相貼合的車輛上，例如磁懸浮或 氣懸浮結構，這樣，地面接合部件就包括無需與地面物理接觸的多種 部件，而且地面也可包括軌道或開放地帶。為便於說明，本發明僅對 應用於汽車上的實例進行說明。可控制懸架部件18可以是能夠接收或適合於接收來自微處理器 的控制信號並對這些信號作出反應的多種懸架部件中的 一種。可控制懸架部件18可以是傳統的主動式懸架系統中的某些部件， 在該主動懸架系統中，可控制懸架部件能夠以下述方式對控制信號作 出反應通過施加一個力來改變搶室16和車輪14之間的距離。 一些 合適的主動式懸架系統已在美國專利4960290和4981309中公開，其 內容在本文中作為參考引用。該力可通過一 些部件例如線性或旋轉致 動器、滾珠絲槓、氣動系統或液壓系統被傳遞出去，而且還可包括多 個設置在車輪和發力部件之間的中間部件。該可控制的主動式懸架部 件還可包括一個自適應的主動式汽車懸架部件，如美國專利5432700 所述，在這種懸架部件中，信號可用於修正自適應參數和自適應增量。 可控制懸架部件18還可以是傳統懸架系統中能夠對因車輪14從不平 坦地面通過而產生的垂直力作出反應並將力反應性地作用於有效載 重艙室16和車輪14之間的某些部件。在傳統的懸架系統中，可控制 懸架部件可通過對彈簧進行拉長或壓縮、通過改變減震速度或以其它 方式對控制信號作出反應。下面，將通過實例以可控懸架部件為一種 主動式懸架部件的實施例對本發明加以說明。現參照圖2a，圖中示出 了根據本發明的懸架裝置的方框圖。可控制懸架部件18與一個微型 處理器20相連接，而該微型處理器20又與輪廓存儲部件22和可選 的定位系統24相連接。該懸架系統還包括多個分別與有效載重艙室 16、可控懸架部件18和車輪14相連接的傳感器11、 13和15。傳感 器ll、 13和15與微處理器20連接在一起。定位系統24可接收來自 外部信號源(例如定位衛星23)的信號。為方便起見，圖中僅示出了 一個可控制懸架部件18。其餘的車輪14、可控制懸架部件18和各個傳感器11、 13和15基本以圖2a所示的方式與微處理器20連接在一起。微處理器20可以是一個如圖所示的單個微處理器。或者，由微 處理器20完成的多項功能也可由多個微處理器或等同的部件來完成， 一些微處理器可設置在遠離車輛10的位置上，而且還可以與設置在 車輛IO上的懸架系統的某些部件進行無線通信。輪廓存儲部件22可以是多種可寫存儲器(例如RAM)或大容量 存儲器(例如磁碟或可讀寫光碟)中的一種。輪廓存儲部件22可以 包括在圖示的汽車內，或者也可以設置在某個遠方位置上，同時還設 置有 一個用來使道路輪廓數據與車輛進行無線通信的廣播系統。定位 系統24可以是多種可用於提供經度和煒度位置的系統中的一種，例 如整體定位系統(GPS)或慣性導航系統(INS)。定位系統24可包 括多個用於向用戶輸入端指示位置的系統，而且還可包括多個輪廓匹 配系統，這些輪廓匹配系統可將有車輛行駛的道路之輪廓與存儲在存 儲器內的輪廓進行對比。在一個實施例中，行駛有汽車的道路是一條公路。但是，本發明和在軌道上行駛的車輛。道路一般可由一個位置和一個方向來限定。 下面將以 一 個用於在公路上行駛的汽車作實施例對本發明進行示例性說明。安裝有本發明的懸架系統還可包括一個軌跡設計系統，該軌跡設 計系統可包括(參照圖2a)微處理器20、輪廓存儲部件22和定位系 統24。定位系統24探測車輛的位置，如果可能，微處理器20從存儲在 輪廓存儲部件22內的多個輪廓中提取道路輪廓的副本。微處理器20 根據道路的輪廓來計算或提取軌跡設計並向可控制懸架部件18發出 控制信號，以執行該軌跡設計。輪廓的提取、軌跡的計算和懸架部件 的控制可由如圖所示的單個微處理器來完成，或者，如果需要，也可 以由多個獨立的微處理器來完成。下面將參照圖6a和6b,對軌跡的設計開發方法加以詳細說明。如果可控制懸架部件18是一個能夠對 道路的作用力作出反應性動作的主動式懸架裝置，微處理器20可局部根據道路的輪廓向可控懸架部件18發出一個經過調整的控制信號。在 一 種常規的結構形式中， 一 個道路輪廓包括 一 系列相對基準位置的垂直偏移量(Z-軸)。該z軸偏移量的測量結果一般是從確定行駛方向的位置在多個相等的距離內測定的。 一 個道路輪廓還可以包含其它數據，例如x軸和y軸的偏移量；羅盤航向；轉向角；或其它可 包括在導航系統中的信息，而導航系統例如可以是市場上能夠買亞)J的 車輛導航產品。其它數據可以涉及到具有更大處理能力的微處理器20 和輪廓存儲部件22，但是在採用下述的"航位推測法"(dead reckoning ) 或模式匹配技術時，這些附加的數據就有利於更加精確地為車輛定位 或有利於使一個位置與一個道路輪廓唯一地相關。此外，這些附加數 據在確定牽引力的大小方面也非常有用，在設計軌跡的過程中應該對 牽引力的大小加以考慮。軌跡設計就是有效載重艙室上的一個點或一組點在空間上的預 定路線。為控制汽車的顛簸，該軌跡可表示為至少兩個點，即有效載 重搶室內的前點和後點。為控制車輛的擺動，該軌跡設計可表示為位 於汽車兩側的至少兩個點。在一個設置有四個車輪的汽車上，可以在 有效載重艙室上方便地採用四個點來開發軌跡設計。對這些成對的點 取平均值(例如通過對位於汽車兩側的兩個點進行取平均值來考慮在 軌跡設計的繪製過程中的擺動，或者通過對位於汽車前部和後部的兩 個點取平均值來考慮在軌跡設計的繪製過程中的顛簸情況)。為便於 說明，本發明僅對一個點進行說明。微處理器向可控制懸架部件18 發出命令，以使汽車沿軌跡設計移動。軌跡設計的細節和軌跡設計的 執行情況具體如下面的實例所述。軌跡設計應考慮許多因素，例如使汽車的顛簸或擺動與乘客所期 望的顛簸或擺動程度相匹配；減小有效載重艙室的垂直加速度；使懸 架裝置吸收路面上的顛簸或下沉(在下文中稱之為"波動")的行程 變大；減小不良頻率的加速度的幅度或其發生，例如約為0.1赫茲的頻率，這種頻率將導致噁心；增大輪胎的牽引力；或其它因素。軌跡設計還可包括在遇到障礙物前對道路上的障礙物進行"預測"並對道路上的障礙物作出反應，下面將接合圖5對此加以說明。此外，如果懸架系統包括一個能夠支承汽車重量的傳統型彈簧，而且主動式懸架 部件的操作將拉長或壓縮該傳統型彈簧，那麼軌跡設計就應該將動力 損耗納入考慮範圍內。現參照圖2b,圖中示出了本發明的另一實施例，其安裝有一個軌跡設計存4諸部件25。除了圖2a中的輪廓部件22 ^皮一個軌跡設計存儲部件25所替代外，圖2b中的其它部件與圖2a中的部件基本相同。軌跡設計存儲部件25可以是多種可寫存儲器中的一種，例如RAM,或例如磁碟或可讀寫光碟這樣的大容量存儲器部件。軌跡設計的存儲部件25可包括在圖示的汽車內，或者也可通過一個能夠將道路的輪 廓數據與汽車進行無線通訊的廣播系統設置在某個遠方位置上。圖2b所示實施例的操作與圖2a所示實施例的操作相似，除了微 處理器20提取並計算與位置有關的軌跡設計，而不是提取並計算與 輪廓有關的軌跡設計外。本發明的另 一 實施例既包括圖2a所示的輪廓存儲部件，也包括圖 2b所示的軌跡設計存儲部件。在一個包括有4侖廓存儲部件22和軌跡 設計存儲部件25的實施例中，這些存儲部件可以是獨立的部件，或 者也可以是一個存儲器部件的不同部分。下面將參照圖6c對包括有 軌跡設計存儲部件25的這些實施例的操作加以說明。圖3示出了不具有軌跡設計子系統的傳統主動式懸架裝置的操作 實例。在圖3中，當前輪14f遇到傾斜路段41時，可控制懸架部件 18f將施加一個力，以縮短有效載重搶室16，和前4侖14f之間的距 離。當由於斜面而產生的高度差r接近懸架部件的最大向下位移量時， 懸架部件14f就會向斜坡41 "傾斜"，而且在極端的情況下，懸架 部件14f可能到達或接近"降至最低點"的狀態，這樣就使懸架部 件僅剩下很少的行程或沒有留出允許在上升表面上發生碰撞所需的 行程。許多懸架系統都設置有能夠保持所需的懸架行程並可防止懸架 部件到達最高點或最低點的對心子系統。如果懸架系統接近最低或最 高位置，那麼這些對心子系統可將懸架系統推向一個對心位置。彈簧 系統本身就具有一個對心子系統，因為由彈簧施加的力與彈簧的伸長 量或壓縮量成比例。 一個"對心"位置一般就是指除了車輛的重量外， 在懸架裝置上再沒有向上或向下的力作用時的狀態。該對心位置未必 就是一 個對向上和向下的波動具有相同懸浮作用的位置。現參照圖4a-4c，圖中示出了根據本發明的主動式懸架裝置的操 作實例。圖2a所示的微處理器20提供了 一個經過計算的軌跡設計47, 該軌跡設計與包括斜i^路l殳41在內的路面非常匹配，而且該樣i處理 器20還向可控制懸架部件18f和18r發出合適的控制信號，從而使懸 架部件18f和18r沿軌跡設計47移動。在該實例中，可通過下述方式 使懸架部件沿軌跡設計移動不要施加能夠縮短或延長車輛14f、 14r 與有效載重艙室16之間距離的力；或者，如果懸架系統包括一個傳 統的彈簧，那麼可通過下述方式使懸架部件沿軌跡設計移動施加一個足夠的力來抵消由彈簧施加作用力而產生的加速度。在圖4b中， 當汽車到達與圖3相同的路段位置上時，有效載重艙室16就會略微 傾斜。在圖4c中，有效載重艙室以角度cp傾斜，該角度與道路的傾 角e相一致。有效載重艙室為了能夠與道路的傾角相一致而逐漸傾斜， 這與駕駛員的期望相一致。另一優點在於如果存在波動，例如道路上的凸起49或凹坑51，那麼懸架裝置就能夠以全部行程來吸收這種 波動。圖4a-4c所示的實例示出了軌跡設計完成後在可控制懸架部件18 施加一個很小的淨力或沒有施加淨力時可能發生的情況原理和軌跡設計子系統的執行可能影響主動式懸架裝置的正常操作。在圖4b和 4c中，車輛正沿向上的方向加速，而主動式懸架裝置的正常的反應性 操作將縮短車輪14f和有效載重艙室16之間的距離，如圖3所示。 對於設置有根據本發明的懸架裝置而言，當根據軌跡設計進行操作 時，主動式懸架裝置將保持在一個對心位置上，這樣就能夠使汽車的有效載重搶室沿軌跡設計47移動。或者，將圖4b-4c所示的實例與下 述圖5所示的操作實例接合起來，這樣車輛的有效載重艙室就會沿軌 跡設計47a移動。圖5示出了設置有軌跡設計子系統的主動式懸架裝置的另一操作 實例。道路輪廓50包括一個很大的凸起52。(圖2a或2b所示的)微 處理器20提供了一個適用於道路輪廓50的計算軌跡設計54。在點 56處，在車輪14碰到該凸起52之前，可控制懸架部件18將施加一 個作用力，以逐漸拉長車輪14於有效載重艙室16之間的距離。當車 輪14從凸起52上駛過時，可控懸架部件18的正常操作將使可控制 懸架部件18施加一個力，該力將縮短有效載重艙室於車輪14之間的 距離。當車輪14到達凸起52的頂部57時，可控制懸架部件18開始 施加一個力，該力將拉長有效載重艙室16與車輪14之間的距離。在 車輪14移過凸起52的末端後，可控制懸架部件18將施加一個力， 該力將縮短有效載重艙室16與車輪14之間的距離。圖5的實例示出 了即使在一個水平路段上，軌跡設計子系統也能夠使可控制懸架部件 18施加一個拉長或縮短車輪14與有效載重艙室16之間距離的力的原 理，而且還示出了軌跡設計方案使可控制懸架部件在遇到擾動之前對 道路上的擾動作出反應的原理。圖5所示的實例示出了根據本發明的懸架系統的幾個優點。與當 輪胎碰到凸起52時懸架系統才對凸起52作出反應的情況相比，通過 在遇到凸起52之前對該凸起52作出反應開始並通過在經過凸起後繼 續對該凸起作出反應，就使有效載重艙室的垂直位移分布在一個更大 的距離範圍內和在一個更長的時間段內。這樣，有效載重艙室16的 垂直位移、垂直速度和垂直加速度就較低，這樣，與沒有軌跡設計系 統的懸架系統相比，就可以減小乘客的不舒服感。這種軌跡設計子系 統可以有效地應用到存在較大凸起52的情況下，而且可控懸架部件 的正常操作仍然能夠處理沒有在道路輪廓中表示出來的那些擾動。如 果道路輪廓具有足以識別出較大擾動的分辨力，例如較大的凸起52 或者較長或較大的斜坡，或者如果道路輪廓略微有些不精確，那麼處於反應性操作模式下的主動式懸架部件僅對該輪廓與實際路面之間 的差別作出反應。例如，如果較大凸起52的設計輪廓與作為軌跡設計依據的保存輪廓略有不同，那麼該主動式懸架系統僅需要對凸起52的實際輪廓和存儲輪廓之間的差別作出反應。因此，即使輪廓不很精 確，乘客的乘車感覺一般也會比懸架裝置缺少軌跡設計系統的情況好一些。該軌跡設計可將乘客的感覺閾值納入考慮範圍之內。例如，在圖5中，如果軌跡設計在點56之前就開始升高，而且在點58之後使汽 車恢復到平衡位置，那麼汽車的駕駛者將感受到非常小的垂直加速 度。但是，垂直加速度的差別可能沒有大到可被車輛乘坐者感覺到的 程度，這樣，主動式懸架裝置就不必在點56之前作出反應，或者在 經過點58後繼續作出反應。此外，如果該車輛包括有一個傳統的懸 架彈簧，那麼由主動式懸架裝置作用於點56和47之間的力除了將汽 車提升起來的力外可能還需要施加一個能夠使彈簧拉長的力，這樣就 不會使軌跡設計開始上升，這樣與較早開始上升的情況相比，其消耗的動力4交少。現參照圖6a，圖中示出了一種用於利用一個沒有安裝可選定位裝 置24的系統來開發、執行和修改軌跡設計的方法。在步驟55，傳感 器11 、 13和15收集道路的輪廓信息並將這些信息傳送給微處理器20 ， 該微處理器20又將這些道路的輪廓記錄在輪廓存儲部件22內。在步 驟58，輪廓微處理器將道路的輪廓信息與已經預先存儲在輪廓存儲部 件22中的道路輪廓進行比較。這種比較可利用一種如下所述的模式 匹配系統來完成。如果道路的輪廓信息與預存的道路輪廓相一致，那 麼在步驟62a,該輪廓被提取出來，而且微處理器20將計算出適合該 輪廓的軌跡設計。同時，在步驟62b，傳感器11、 13和15提供表示 道路輪廓的信號，如果需要，這些信號可用於修正存儲在輪廓存儲部 件22內的輪廓。如果在步驟58判斷出預存的所有道路輪廓均不能與在步驟56 收集到的道路輪廓信息相匹配，那麼在步驟64,可控制懸架部件18將在反應模式下動作。現參照圖6b,該圖示出了一種用於通過一個包括有可選定位系統24的系統來開發、修改和執行軌跡設計工作的方法。在步驟70,定 位系統24判斷出車輛的位置和方向。在步驟72，軌跡設計微處理器 20對存儲在輪廓存儲部件22內的輪廓進行審查，以判斷出是否存在 一個與該位置有關的輪廓。如果有一個輪廓與該位置相關，那麼微處 理器20就會在步驟74a將該輪廓提取出來並計算或提取軌跡設計。 根據數據的存儲和處理方式的不同，在確定是否存在相關輪廓時，除 了位置之外，還可在步驟72中考慮行駛方向。同時，在步驟74b,傳 感器ll、 13和15提供多個表示道路輪廓的信號，如果需要，這些信 號可用於修改存儲在輪廓存儲部件22內的輪廓。如果在步驟72判斷出所有預存道路輪廓均與上述位置和方向無 關，那麼在步驟76a，可控制懸架部件18將以一個反應性的主動式懸 架部件的方式進行動作。同時，在步驟76b,傳感器ll、 13和15提 供多個表示存儲在輪廓存儲部件22內的該道路輪廓的信息。現參照圖6c,該圖示出了用於在圖2b所示的本發明之實施例中 開發、修改和執行軌跡設計的方法，而且還設置有某種能夠為車輛定 位的部件，例如定位系統24或圖2a所示的輪廓存儲部件22。在步驟 70,定位系統24確定出車輛的位置和方向。在步驟172,軌跡設計微 處理器20對軌跡設計存儲部件25內的軌跡設計進行審查，以查看是 否存在一個與該位置相關的軌跡設計。如果存在一個與該位置相關的 軌跡設計，那麼在步驟174a,微處理器20將軌跡設計提取出來並將 信息傳送給可控制懸架部件18,由懸架部件18來執行該軌跡設計。 在確定是否存在一個相關的輪廓時，除了位置外，還可在步驟172中 根據數據的存儲和處理方式的不同對行駛方向加以考慮。同時，在步 驟174b，可將由傳感器ll、 13和15發出的表示實際輪廓的信號記錄 下來，這樣就可以隨後修改與該位置有關的軌跡設計，以使駕駛更加 平穩或更加舒適。如果在步驟172判斷出所有預存的道路輪廓均與上述位置及方向不相關，那麼在步驟176a，可控制懸架部件18就以一個反應式的主 動懸架裝置的方式進行動作。同時，在步驟176b,由可控懸架部件 18的反應性操作而形成的軌跡由多個信號來表示，這些信號又被記錄 為軌跡設計，這樣，就能夠對已存的軌跡設計進行修改，以提供更為 平穩或更為舒適的駕駛感覺。該軌跡設計可以多種形式被存儲起來，下面將參照圖8對此加以 說明。此外，如果軌跡設計是利用特性參數計算出來的(例如濾波器 的擊穿點或窗口寬度，具體如下所述)，那麼可將這些參數保存下來， 而且可以"在空中"(on the fly)計算軌跡設計。該方法能夠使該系 統以更少的存儲量進行操作，但需要更大的計算能力。圖6a、 6b和6c的方法示出了本發明的一個學習特徵。每當在一 個路段上駕駛車輛時，可對輪廓或軌跡設計、或者輪廓和軌跡設計進 行修改，這樣由微處理器20所提供的軌跡設計可用於為車輛的所有 者以後在相同路段的行駛過程中提供更加平穩的駕駛感覺。此外，這 種車輛懸架系統還可採用圖9所示的優化程序。雖然設置有 一個精確度較低的定位系統的主動式懸架裝置能夠 以優於傳統主動式懸架裝置的方式操作，但是最好能夠精確地確定車 輛的位置，理想的情況是將精確度限定在1米的範圍內。獲得高精確 度的一種方法就在於在圖2a所示的定位系統24中安裝高精度GPS 系統，例如精確度為釐米的差動式系統。另一種方法就在於在圖2a 所示的定位系統24中安裝一個精確度較低的GPS系統(例如精確度 為50米的非差動系統或其它不帶GPS的定位系統)和一個輔助的模 式匹配系統。一種模式匹配系統包括在一個目標數據串中查找一個已知的數 據序列。 一種尤其適用於對由 一 個基準點分別進行增減的數據進行模 式匹配的方法包括用一個已知序列的n個數乘以多個與目標數據串具 有相同長度的數據串。然後，對n個乘積進行累加，當總和達到最大 時，就說明存在高度的一致性(匹配性)。當然，也可以採用其它的 模式匹配方法(利用其它方法確定高度匹配性)。這種模式匹配方式可通過將Z軸相對一基準點的偏移模式記錄下 來並將該Z軸偏移量的模式用作檢索數據串而應用到軌跡設計型的主 動式懸架裝置上。接著，就可以採用至少兩種方式進行模式匹配。在一種應用方式下，GPS系統用來獲取車輛的大體位置(30米內)，接 著通過將目標串應用到存儲在圖2a所示的輪廓存儲部件22內的預存 z軸偏移量利用模式匹配方法更加精確地為車輛定位。在第二種應用 方式下，模式匹配用於將由圖2a所示的傳感器11、 13和15測得的z 軸偏移模式與存儲在輪廓存儲部件22內的z軸偏移進行比較，從而 確定出是否有一個存儲在存儲器內的輪廓。為對GPS和模式匹配系統進行補充，還可以採用一種"航位推測 法"系統。在一種航位推測法系統中，汽車的位置變化是通過對車輛 的行駛距離與車輛的行駛方向保持監控而估算出來的。當精確找到車 輛的位置時，車輛的行駛距離可通過計算車輪的轉數來跟蹤(確定)， 而車輪的行駛方向則可以通過記錄車輪的角度或轉向角來確定。如果 GPS的讀數非常困難(例如如果附近有高大的建築物)，那麼航位推 測法就非常有用，而且還可減少必須讀取GPS讀數的次數。現參照圖7,該圖為一輛汽車和一個路面的示意圖，圖中示出了 軌跡設計的開發過程。線條80表示被存儲在圖2a所示之輪廓部件22 內的道路輪廓。線條82表示已被介於1Hz範圍內的中斷頻率以雙向 低通的方式過濾後的道路輪廓80，而且被用作軌跡設計；雙向過濾消 除了相位滯後的不精確性，這種不精確性可由單個定向濾波來表示。 當汽車84從由線條80表示的路面上經過時，圖2a所示的可控制懸 架部件18促使汽車84的有效載重艙室沿著線條82所示的軌跡設計 移動。主動式懸架裝置的常規操作能夠容易地處理道路上的高頻率、 低幅度的擾動。通過低通過濾而形成的軌跡設計對於處理圖3和4a-4c 所示的情況非常有用。當車輛的速度恆定不變時，在開發軌跡設計的時間域內對道^各輪 廓數據進行處理非常有利；即車輛在整個路段的每段行程內都以相同 的速度行駛。在某些情況下，在空間域內處理數據比在時間域內處理數據更加 有用。因為這樣可以更方便地以空間形式存儲數據，而且在空間域內 處理數據不需要將數據轉換成時間形式。此外，在空間域內處理數 據還可以將速度作為一個變量對軌跡設計進行計算；就是說，軌跡設 計可隨速度的不同而變化。如果數據是在空間域內被處理的，那麼就 適合於對一定量的時間域進行轉換，例如目的在於減小在有害頻率下 的加速度，而有害頻率例如可以是0.1HZ的"暈船"頻率。除了空間域或時間域的過濾道路4侖廓外，軌跡設計的開發還應考 慮許多因素。例如，軌跡設計可將道路上的較大擾動納入考慮範圍內，如圖5所示，具體如本文的相應部分所述。現參照圖8，圖中示出了一種收集數據點的方法，這些數據點有 利於對數據在時間域或空間域方面進行處理。圖8還示出了一種將數 據由時間域轉換成空間域的方法。來自傳感器ll、 13和15的數據在 時間間隔At內被收集起來。At的一般數值範圍為O.lms(等於10kHz 的採樣速率)至lms (等於lkHz的採用速率)。將在區間94內取得 的數據點組合起來並取平均值，其中區間94就是車輛行駛的距離Ax。 接著，將平均處理後的數據用作確定道路輪廓的數據和用於計算軌跡 設計的數據。Ax的常規值為4至8英寸(10.2至20.3釐米)；Ax的 區間可由設置在車輛傳動系統中的傳感器來測定，這些傳感器還能夠 提供車輛速度計和裡程表的讀數。在車輛行駛距離Ax的區間內取得 的時間間隔At92的數量n隨車輛速度的變化而改變。在本發明的一個實施例中，對平均後的數據點進行處理，以確定 出一個輪廓，該4侖廓由相對時間的z軸偏移量(即，該4侖廓在時間域 內的表示)構成。由於來自傳感器ll、 13和15的數據可表示懸架部 件的位移、速度或加速度；因此，處理方法可包括對某些數據進行數 學變換，從而得到z軸的偏移量。在本發明的另 一 實施例中，表示輪廓的時間域^皮轉換成由相對空 間測量結果的z軸偏移量構成的空間域或通過用相對基準位置的行駛 距離或速度對時間域數據進行處理而被轉換成一個空間位置。由z軸相對行駛距離的偏移量構成的輪廓還可通過直接收集在空間間隔Ax，96(如果需要，還可包括在較大空間間隔Ax94內獲取的平均數據 點，而該空間間隔又包括m個距離間隔Ax，)內以空間域形式存在的 數據而被開發出來。以空間域表示出來的道路輪廓不受車輛速度的支 配。在下述情況下，最好用空間域表示輪廓如果輪廓是通過由GPS 系統、慣性導航系統、模式匹配方法或航位推測法、或採用空間形式 的其它方法確定的位置信息加以補充的；如果存在一個與位置相對應 的輪廓數據，而且如果這些對應的輪廓被表示成空間形式；或者如果 以 一 個變化很大的速度駛過該路段。在本發明的又一實施例中，輪廓可被記錄為一系列表示車輛狀態 的數據點，這些數據點是由傳感器11、 13和15測得的。在該實施例 中，來自某個或全部傳感器11、 13和15的數據以其自然維數(即， 力、加速度和速度被分別保存為力、加速度和速度，而沒有被轉換成 其它計量單位，例如垂直偏轉量)被存儲起來。這些數據可在上述的 時間和距離上取平均值。該實施例尤其可用於上述的模式匹配系統 中。對於在該實施例中被記錄下來的道路輪廓而言，可通過將通過傳 感器ll、 13和15測得的車輛狀態與已記錄的輪廓相對比，從而確定 一致程度的方式來完成模式匹配工作。除了由傳感器ll、 13和15測 得的車輛狀態外，將輪廓記錄為 一 系列數據點還有助於將其它數據包 括在輪廓數據中。其它數據可包括橫向加速度、速度或懸架裝置的位 移、羅盤方向、轉向角或其它可被包括在能夠在市場上買到的導航系 統中的數據。這些附加的數據可用於使更模式匹配更加精確。開發軌跡設計的 一種方法就在於以正負值的方式對代表輪廓的 數據進行平滑處理。平滑處理的 一種方法就是對輪廓數據進行低通過 濾處理，最好進行雙向低通過濾處理。如果輪廓以空間的形式被表示 出來，那麼過濾器就是空間過濾器；在一個實施例中，該空間過濾器 是具有固定中斷點的真正的低通過濾器，其固定中斷點約為15至30 英尺(4.6至9.1米)。如果輪廓以時間數據的形式被表示出來，那麼 就可以以時間或頻率域的形式完成過濾操作(可通過傅立葉變換將時間數據轉換成頻率域)。在其它實施例中，這些過濾器可以是具有不 同尺寸或等級的真正的或複雜的過濾器。可通過在過濾器的每個方向 上進行多程操作的方式開發出軌跡設計。儘管對時間或空間數據進行 低通過濾處理是一種開發軌跡設計的方法，但是也可以採用其它對輪 廓數據進行平滑處理的方法來開發軌跡設計。對數據進行平滑處理的 其它方法包括反因果關係的非線性過濾、平均法、窗口平均法(windowed averaging )等。如上所述，數據可以正負值的形式^皮表示出來，例如，可將凸起 處理為正值，將凹坑(或"坑窪")處理為負值。數據的平滑處理仍 然保留正值和負值。保留數據中的正值和負值令軌跡設計能夠促使可 控制懸架部件沿任一方向施加一個力，例如在有凸起的情況下，該力 能夠縮短車輪和乘客艙之間的距離，在出現凹坑的情況下，該力能夠 拉大車輪與乘客艙之間的距離。保留正值和負值不要求主動式懸架系 統修改控制器的參數，例如增量；因此將數據始終表示成正值例如均 方根就足夠了 。控制著增量的主動式懸架系統控制著僅當遇到擾動時 懸架裝置才根據道路擾動情況施加 一 個縮短或延長車輪與乘客艙之 間距離的力；和當遇到擾動時，能夠確定這種擾動是正值還是負值。 根據本發明的主動式懸架系統在遇到擾動之前就施加 一 個能夠延長 或縮短車輪與乘客艙之間距離的力；因此，用於本發明之懸架系統中的數據最好保留正值和負值。用於開發軌跡設計的過濾器可具有一個固定的中斷點或一個可 變的中斷點。例如，與起伏路段相比，可以有利地將一個具有較大長 度的過濾器(以空間域或時間域中具有較大長度，或在頻域中具有低 頻)用於長而平坦的路段上。圖9示出了一種用於對軌跡設計進行優化的方法。在步驟100, 通過在道路上行駛或通過從資料庫中提取出 一個輪廓的方式確定一 個輪廓。在步驟106，開發出一個軌跡設計。在步驟108,模擬執行 或實際執行新的軌跡設計並將在執行新軌跡設計的過程中測定的某 些性能(例如懸架位移、動力損耗、牽引力、有效載重艙室的垂直速度或垂直加速度)的測量結果(或測量結果的組合)記錄下來。在步 驟109，將這些性能結果與通過對該輪廓進行計算而得出的所有在先 軌跡設計的測量結果進行比較，根據這些性能參數的測量結果，將與 較佳性能相對應的特性保留下來。當然，根據性能指標的不同，"較 佳的性能"可以是一個具有較大數值或較小數值的性能測量結果。為 方便起見，在本說明書中，假設性能指標就是指"較佳性能"為數值 較小的測量結果(例如動力損耗、垂直速度、垂直加速度)。在可選 的步驟110中，判斷出是否存在一個適當的優化條件。如果存在一個 合適的優化條件，那麼優化程序就被激活。如果不存在一個合適的優化條件，那麼就在步驟104對用於開發軌跡設計的一個或多個特性參 數進行修正。接著，可重複執行步驟106、 108、 109和110,直到存 在優化條件，或直到發生某些情況(例如在整個數值範圍內或在一個 預定的數值範圍內改變特性值)。可被修改的特定軌跡設計特性值取決於開發軌跡設計所用的方 法。例如，如果通過對輪廓數據進行低通過濾處理開發出軌跡設計， 那麼該過濾器的中斷點就可以是已被修改的特性值；如果軌跡設計是 通過窗口平均法開發出來的，那麼窗口的尺寸就可以是已被修改的特 性值。在本發明的 一 個實施例中，可利用低通過濾器通過對輪廓數據進 行平滑化處理而開發出軌跡設計。第一軌跡設計是利用低通過濾器的 中斷頻率的初始種子值(initial seed value )開發出來的。該初始種子 值可根據道路的平滑度來選取如果路面平坦，那麼就採用較長(或 低頻)中斷點，如果道路起伏不平，那麼就採用較短(或高頻)中斷 點。後面的軌跡設計可利用具有不同(空間域或時間域)中斷點的過 濾器來完成。如果不論增加或減小過濾器的中斷點均會產生較好的性 能指標，或者達到某些預定的性能極限，那麼就存在一個可被適當優 化的條件。上述的方法與在系統性能中找到局部最大值的構思是一致的。可 以採用已知的多種優化技術，這些技術能夠使系統找到整體最佳的性能。例如，如果僅改變一個特性，那麼就可在該特性的整個可能數值 範圍內改變該特性並針對每個數值計算其性能。或者，更加完善的基 於梯度的搜索方法可用於提高找到最佳條件的速度。當能夠一次改變 一個以上的特性參數時，這些基於梯度的方法還可用於找到最佳性能 (地方或整體的)。圖9所示的程序可以多種方式進行修改。而且，採用圖9所示程 序的路段的長度也可以變化。圖9所示的程序可由遠離車輛的電腦來 執行並可下載到車輛內。圖9所示的程序可由一個安裝在汽車上的微 處理器來執行。單個特性可在一個有限的數值範圍內進行變化，而且 與最佳性能指標相對應的特性則保持不變。當車輛的計算能力沒有被 佔用時，例如當車輛處於停放狀態下時，就可以執行該程序。該軌跡 設計可在車輛實際通過該路段時被執行，或者也可在方便時模擬執 行，例如當汽車在停放或沒有行駛時，可以模擬執行該軌跡設計。如上所述，軌跡設計就是有效載重艙室上的一個點或一組點在一 定空間內的預定移動路線。軌跡設計可以空間的形式存儲起來，或者以由可控懸架部件18作用於有效載重艙室16和車輪14之間的一連 串力的形式被存儲起來，這一連串力能夠使一個點，例如乘客艙內的 一個點沿著由軌跡設計所指定的軌跡移動。如果該軌跡設計已經被執 行，那麼該軌跡設計還可以一連串由傳感器11、 13和15測得的車輛 狀態的形式被存儲起來，或者以 一組向可控制懸架部件發出的命令之 形式被存儲起來。以作用力的形式或以車輛狀態的形式對軌跡設計進行計算和存 儲簡化了軌跡設計的計算過程，因為這樣可以省去為獲得合適的計量 單位而對數據進行數學換算的麻煩。例如，如果軌跡設計以可控懸架 部件所施加的力的形式被表示出來，那麼就可以對輪廓數據進行低通 過濾，從而得到一個也以由可控懸架部件施加的力的形式表示出來的 軌跡設計。這樣，就省去了將數據從力轉換為加速度、加速度再轉換 為速度、速度轉換成位移的運算。圖3、 4a-4c和5及本文的相應部分示出了軌跡設計子系鄉i的運行可能影響主動式懸架部件的正常反應性操作的情況。在圖3中，懸架部件的正常的反應性操作使車輛朝向斜坡"傾斜"。在圖4a-4c中，採用軌跡設計系統的可控懸架部件使汽車在 一 定範圍內以 一 定的斜度 沿一條預定的線路移動，而不是朝向斜坡"傾斜"。即使在道路上存 在擾動，該軌跡設計也不會使可控制懸架部件施加作用力。該軌跡設 計還可使可控制懸架部件在碰到擾動之前施加一個與道路波動有關 的力。即使已經越過該障礙物，該軌跡設計仍然可能使可控制懸架部 件繼續施加一個與道路波動有關的力。圖10a-10c分別為汽車和路面的示意圖，圖中示出了本發明應用 於前後車輪上的情況。"從前到後，，的特徵尤其適用於車輛首次經過 一個路段，而且沒有可用道路輪廓的情況下。圖10a和10b使用了由 傳感器發出的與前輪有關的信息，目的是為後輪開發一個軌跡設計。 本發明的這一特徵可通過一個位於前輪14上方並位於乘客艙內的點 114的軌跡和一個位於後輪14r上方並位於乘客搶內的點116的軌跡 表示出來。前輪14f和後輪14r分別通過可控制懸架部件18f和18r 與有效載重艙室16機械地連接在一起。該汽車在一個存在障礙物112a 的道路上行駛，該障礙物的高度為hl,該高度大於處於對心位置上的 懸架裝置的可用懸浮行程，而且小於總的組合懸浮行程(即，處於對 心位置上的懸架裝置的可用上下行程之和)。當前輪14f碰到障礙物 112a時，懸架系統作出反應，以使點114的軌跡保持平直。當懸架系 統降至最低點或接近最低點時，例如位於點118時，由道路障礙物產 生的向上的力將會傳遞給點114,這樣，點114就會沿路線120移動。 如上所述，許多懸架系統都設置有對心子系統，這些對心子系統可用 於防止懸架裝置降至最低點並保持留有 一定的懸浮行程；這些系統的 動作還將使點114產生一個向上的加速度，而且還將形成一個與路線 120相似的路線。當前輪在路段s上行駛時，微處理器將道路輪廓記錄下來並對輪 廓數據進行平滑處理，從而提供一個由後輪可控懸架部件18r來執行 的軌跡設計。當後l侖接近路段s的起始點122時，在與障礙物112a接合之前，可控制懸架部件18r將施加一個力，以4吏車輛14r與乘客 艙16之間的距離拉長，從而促使點116逐漸向上移動。當車輪14f 碰到障礙物112a時，可控懸架部件18r的正常反應性動作就是施加一 個力，該力使點116沿軌跡設計124移動。由於可控制懸架部件已經 拉長了車輪和乘客艙之間的距離，因此就可以獲得更大的懸浮行程， 而且可控制懸架部件也能夠在沒有達到或接近最低位置的前提下將 波動112a吸收掉。像軌跡124這樣的軌跡對於車內的乘客而言會感 覺更加舒適，因為該軌跡避免了垂直加速度和速度過大的問題。本發明的另一特徵已在圖10b中被示出。與圖10a所示車輛相似 的汽車設置有一個對心子系統，該系統用於保持可用的懸架行程並方 式懸架部件到達最低點。如果懸架部件接近最低點或最高點，那麼該 對心子系統就會促使懸架部件系統朝對心位置移動，這樣就能夠將懸 架行程保留下來並允許乘客艙有一定的垂直加速度。道路障礙物112a 的高度為h2,該高度略小於懸架部件處於對心位置上時的可用懸架行 程。當前輪14f接觸到障礙物112b時，可控制懸架部件18f就會動作， 使乘客艙保持水平並防止乘客艙產生垂直加速度。當懸架部件接近最 低點時，例如接近點126時，對心子系統就會動作，從而通過使乘客 艙產生一定的垂直加速度的方式來防止懸架部件到達最低點，如路線 128中的點126所示。當前輪移過障礙物112b時，傳感器將該障礙物 的高度h2記錄下來。由於障礙物112b的高度小於可用的懸架行程， 因此可控制懸架部件不能使後輪的對心子系統工作。當後輪14r越過 該障礙物112b時，該乘客艙沒有垂直移動，如路線130所示。圖10b所示實例的一種變形結構如圖10c所示。在圖10c的實例 中，當乘客艙開始沿垂直方向移動時，而且當前輪位於點126,後輪 位於點126，時，後部可控制懸架部件將施加一個力，以^使後點116 的路線130沿著與前點114相同的軌跡移動。這樣就減少了乘客所經 歷的傾斜程度。當後輪碰到障礙物112b時，後部懸架部件可安裝圖 10b所示的方式操作。現參照圖lla和lib,圖中示出了本發明的另一特徵。在圖lla中，當前輪14f碰到道路上的長上坡138的起始點136，而且可控制 懸架部件沒有該路段的輪廓時，前部可控制懸架部件18f就會動作， 以使乘客艙保持水平。前部可控制懸架部件使乘客艙保持水平的動作 會一直繼續下去，直到到達點132,前部可控制懸架部件18f朝向該 點132傾斜，而且該點接近參照圖3所述的最低點。當前部可控制懸 架部件到達或接近最低點時， 一個對心子系統會促使該前部可控制懸 架部件18f朝對心位置移動，例如朝點134移動。在介於點132和134 之間的區間內，車輛的乘客，尤其是前排的乘客會經歷一種"傾斜" 的感覺，而且在車輛碰到該斜坡後會經歷向上的加速度，這是出乎其 意料之外的。這樣就會使駕駛者驚惶失措。此外，如果前部懸架部件 保持在對心位置上，而且沒有使汽車保持水平，那麼乘客還將經歷一 個垂直加速過程，該過程是乘客以前沒有經歷過的。這種垂直加速度、 懸架位移和其它測量結果都將被微處理器記錄下來，這樣就可以使後部懸架部件作出反應。在圖llb中，當後輪14r碰到長上坡138的起始點136時，微處 理器會向後部懸架部件發出一個令其保持在對心位置上並且不對上 坡作出反應的命令。結果，後點116就會沿著一條與道路的上坡相似 的路線移動，這樣，與前輪碰到上坡時的情況相比，在後輪遇到上坡 時，車輛的駕駛者，尤其是後排上的乘客，就會經歷較小的加速度。 此外，乘客所經歷的向上的加速度的大小在其意料之中，而且其經歷 的向上的加速度也在其意料之中。圖lla和lib所示的實例示出了根據本發明的一種可控懸架部件 對某些道路障礙物作出的反應少於傳統的反應式懸架裝置。在一個實 際的實施例中，圖llb的操作實施例可與圖10a所示的操作實例接合 起來，以降低在圖lla-llb的點136處的向上加速度，從而使實際軌 跡將向上的加速度分配在一個較長的垂直距離內，例如圖llc所示的 軌跡130a。不利用來自前部懸架部件的信息來影響後輪懸架部件之r操作的 汽車懸架系統不能實現圖10a、 10b和lib所示的提高駕駛舒適性的作用。利用來自前部懸架部件的信息來改變後部懸架部件的控制系統 的特性的汽車懸架系統不能令後部懸架部件在碰到障礙物之前施加 一個力。上面已經對用於設計垂直軌跡的新型裝置和技術作出了說明。很 顯然，本領域的技術人員可對本發明作出多種修改，而且還可以多種 方式使用本發明，但都沒有脫離已公開的特定裝置和技術的範圍內。 因此，本發明可被解釋為包括所有在上述裝置和技術中已經公開的新 穎特徵和這些特徵的組合，而且本發明的範圍僅由所附權利要求書來 限定。
權利要求
1、一種包括有懸架系統的車輛的使用方法，所述車輛懸架系統包括一個用於開發軌跡設計的軌跡設計系統；一個可控制懸架部件，該懸架部件用於促使所述車輛上的一個點沿所述軌跡設計移動；和一種用於開發所述軌跡設計的方法，其包括將包括有多個數據點的輪廓記錄下來，所述數據點表示一條車行道的正負垂直偏移量；對所述輪廓的數據進行平滑處理，所述平滑處理提供了多個正負值；將所述平滑處理過的數據記錄為所述的軌跡設計。
2、 一種用於開發軌跡設計的方法，該軌跡設計可用於主動式車 輛懸架系統上，該方法包括下述步驟使所述車輛在 一 個路段上行駛；將表示所述路段的 一個輪廓的多個數據點記錄下來；以及 對所述數據進行平滑處理，以產生所述軌跡設計，所述平滑處理 保持所述數據點的正負值不變。
3、 根據權利要求2的用於開發軌跡設計的方法，其特徵在於 所述平滑處理包括對所述數據點進行低通過濾處理。
4、 根據權利要求3的用於開發軌跡設計的方法，其特徵在於 所述低通過濾處理包括對所述數據點進行雙向低通過濾處理。
5、 根據權利要求4的用於開發軌跡設計的方法，還包括對所 述數據進行第二次雙向低通過濾處理。
6、 根據權利要求2的用於開發軌跡設計的方法，其特徵在於 所述數據點表示相對時間測得的垂直偏移量。
7、 根據權利要求2的用於開發軌跡設計的方法，其特徵在於 所述輪廓數據點表示相對行駛距離測得的垂直偏移量。
8、 一種用於開發車輛用軌跡設計的方法，該車輛包括 一個有. 效載重艙室、車輪、多個用於測定所述車輛的相應多種狀態的傳感器和一個可控制懸架部件，該懸架部件用於將力作用於所述車輪和所述有效載重搶室之間，該方法包括下述步驟將所述軌跡設計保存為 一 系列能夠使所述可控懸架部件施加作 用力的命令，或將所述軌跡設計保存為通過至少一個所述傳感器測定的所述 車輛的一系列狀態。
9、 一種用於開發車輛用軌跡設計的方法，該車輛包括 一個有 效載重艙室、車輪、多個用於測定所述車輛的相應多種狀態的傳感器 和一個可控制懸架部件，該懸架部件用於將力作用於所述車輪和所述有效載重艙室之間，該方法包括下述步驟將包括有通過所述傳感器測定的數據點的輪廓記錄下來，所述數 據點表示垂直的正負值；將所述輪廓保存為一系列能夠使所述可控懸架部件施加作用力 的命令，或將所述軌跡設計保存為通過至少一個所述傳感器測定的所述 車輛的一系列狀態。
全文摘要
本發明公開一種用於車輛上的主動式懸架系統，其包括多個用於根據行駛有車輛的道路開發並執行一個軌跡設計的部件。該系統可包括一個用於為車輛定位的定位系統和一個用於將與車輛位置相對應的道路輪廓提取出來的系統。
文檔編號G01C21/26GK101239572SQ20081008117
公開日2008年8月13日 申請日期2004年2月18日 優先權日2003年2月18日
發明者勞倫斯·D·諾克斯, 威廉·R·肖特, 尼爾·M·拉克裡茨, 詹姆斯·A·帕裡森 申請人:伯斯有限公司