一种主动悬架的控制方法及装置与流程

本发明涉及汽车控制领域，尤其涉及一种汽车主动悬架的控制方法及装置。

背景技术：

随着汽车行业的发展以及人们生活水平的提高，人们对于乘坐汽车的舒适性要求越来越高，传统的汽车采用的被动悬架由于其不可调性已经无法满足人们对于各种路况下对于舒适性的要求，主动悬架以其阻尼可调性等特点受到了人们的喜爱。但现有主动悬架的阻尼及刚度控制方法大多是在车辆行驶途中根据车轮已经受到的来自于路面的载荷，将路面载荷输入到预先设定好的调节系统中来调节主动悬架阻尼大小。这种调节方法在实际运用中对控制模型的要求较高，需要花费大量成本建立控制模型并且不断调节系统参数来满足要求，并且调节的范围有限，无法应对突变性很大的路面。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种主动悬架控制方法及装置，以解决现有主动悬架控制模型建立的成本高、适应性差的问题。

本发明提出一种主动悬架的控制方法，所述方法包括如下技术方案：

采用二维激光雷达扫描车辆前方路面，获得车辆前方路段扫描区域的路面特征；

采用角度传感器测量车轮的转向角度，根据所述车轮的转向角度以及车体几何特征预测四个车轮的行驶轨迹；

从所述扫描区域中提取所述预测的四个车轮行驶轨迹对应的路面轨迹特征，根据所述路面轨迹特征及预先设计好的匹配模型获取主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数；

将所述最佳阻尼参数及刚度参数输入主动悬架的控制单元，所述控制单元在预定的滞后时间调节主动悬架阻尼参数及刚度参数。

在上述技术方案中，所述二维激光雷达安装在车辆的左右中轴线前端部分，所述路面特征是在预设时间段内的连续路面特征，设二维激光雷达扫描范围的长度为l，车辆匀速且速度为v，经过时间段δt的行驶，则二维激光雷达得到前方路段一个面积为s＝lvδt的扫描区域。

在上述技术方案中，在车辆前轴左右两轮转向部分分别安装角度传感器，测量得到的左前轮及右前轮的转向角度；所述根据所述车轮的转向角度以及车体几何特征预测四个车轮的行驶轨迹的具体方式为：以车辆前轴中点为坐标原点，以车辆前轴为坐标横轴建立转向轨迹坐标系，根据车辆轴距、轮距以及所述左前轮及右前轮的转向角度计算右转左转两种情况下的转向中心坐标以及四个车轮的转弯半径，并计算得到四个车轮的预行驶轨迹。

在上述技术方案中，所述根据所述路面轨迹特征及预先设计好的匹配模型获取主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数的具体方式为：根据所述路面轨迹特征计算出路面功率谱密度以及路面所属等级和位移幅值变化，将所述路面功率谱密度以及路面所属等级和位移幅值变化信息输入到预先设计好的匹配模型中匹配得到主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数。

本发明还提供一种主动悬架的控制装置，所述装置包括：

扫描模块：用于采用二维激光雷达扫描车辆前方路面，获得车辆前方路段扫描区域的路面特征；

预测模块：用于采用角度传感器测量车轮的转向角度，根据所述车轮的转向角度以及车体几何特征预测四个车轮的行驶轨迹；

识别模块：用于从所述扫描区域中提取所述预测的四个车轮行驶轨迹对应的路面轨迹特征，根据所述路面轨迹特征及预先设计好的匹配模型获取主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数；

调节模块：用于将所述最佳阻尼参数及刚度参数输入主动悬架的控制单元，所述控制单元在预定的滞后时间调节主动悬架阻尼参数及刚度参数。

本发明提出一种主动悬架控制方法及装置，采用二维激光雷达预先扫描车辆前方路段，采用角度传感器进行车体轨迹的预测，依据车体所将要行驶的路面特征主动调节主动悬架阻尼及刚度大小。本发明的方法与现有技术相比可以提前应对潜在的突变性较大的路面，减少主动悬架控制模型建立的成本，增加主动悬架的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的主动悬架控制方法流程示意图；

图2为本发明提供的雷达扫描地面示意图；

图3为本发明提供的车辆四轮轨迹预测示意图；

图4为本发明提供的根据扫描轨迹进行主动悬架控制的示意图；

图5为本发明提供的主动悬架控制装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种主动悬架控制方法及装置，依据汽车预计行驶路面状况来调节主动悬架的阻尼及刚度，以实现减少主动悬架控制模型建立的成本，增加主动悬架的适应性。

请参见图1，本发明提出的一种主动悬架的控制方法包括：

s1、采用二维激光雷达扫描车辆前方路面，获得车辆前方路段扫描区域的路面特征。

可选的，所述二维激光雷达安装在车辆的左右中轴线前端部分，所述路面特征是在预设时间段内的连续路面特征，设二维激光雷达扫描范围的长度为l，车速为v，经过时间段δt的行驶，则二维激光雷达得到前方路段一个面积为s＝lvδt的扫描区域。

具体的，请参见图2，图2为本发明提供的雷达扫描地面示意图，其中o1为雷达安装位置，也即该扫描信息的坐标中心，h为雷达安装高度，α为二维激光雷达与水平面的俯角，r为雷达最大扫描有效距离，由几何关系可知，激光雷达距离扫描线距离d＝h/tanα，扫描范围长度经过一个时间段δt的行驶，则二维激光雷达可以得到前方路段一个面积为s＝lvδt的扫描区域。

s2、采用角度传感器测量车轮的转向角度，根据所述车轮的转向角度以及车体几何特征预测四个车轮的行驶轨迹。

可选的，在车辆前轴左右两轮转向部分分别安装角度传感器，测量得到的左前轮及右前轮的转向角度；所述根据所述车轮的转向角度以及车体几何特征预测四个车轮的行驶轨迹的具体方式为：以车辆前轴中点为坐标原点，以车辆前轴为坐标横轴建立转向轨迹坐标系，根据车辆轴距、轮距以及所述左前轮及右前轮的转向角度计算右转左转两种情况下的转向中心坐标以及四个车轮的转弯半径，并计算得到四个车轮的转向轨迹。

具体的，请参见图3，图3为本发明提供的车辆四轮轨迹预测示意图，在图3中以车辆前轴中点o2为坐标原点建立转向轨迹直角坐标系，a,b,c,d为四个车轮的轮心位置，角度传感器测量得到的前轴转向系统的左轮转向角为β以及右轮转向角为θ，汽车轴距为a，轮距为b。在转向轨迹坐标系中，设汽车转向中心为o，依据三角形的边长计算方法，以汽车行驶方向及汽车右侧为正，对于右转左转两种情况下转向中心坐标为(±(atanβ)-b/2,-a)，左前轮转弯半径r1＝a/cosβ，右前轮的转弯半径r2＝a/cosβ，左后轮转弯半径r3＝atanβ，右后轮的转弯半径r4＝atanθ，于是可得四个车轮的转向轨迹s1,s2,s3,s4，四个车轮的转向轨迹即是以转向中心为圆心、以相应车轮的转弯半径为半径的圆弧。

s3、从所述扫描区域中提取所述预测的四个车轮行驶轨迹对应的路面轨迹特征，根据所述路面轨迹特征及预先设计好的匹配模型获取主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数。

可选的，所述根据所述路面轨迹特征及预先设计好的匹配模型获取主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数的具体方式为：根据所述路面轨迹特征计算出路面功率谱密度以及路面所属等级和位移幅值变化，将所述路面功率谱密度以及路面所属等级和位移幅值变化信息输入到预先设计好的匹配模型中匹配得到主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数。

具体的，将计算出的四个轨迹的转向中心及转弯半径转换到激光雷达的坐标系下，在激光雷达扫描出的路面信息中提取出四个车轮的轨迹对应的路面轨迹特征，根据提取的的轨迹特征，计算出路面不平度功率谱密度以及路面所属等级和位移幅值变化。路面等级识别可利用加速度信号提取路面的时频特征，可采用自适应模糊神经系统分类器识别路面所属等级。

预先设计一个匹配模型，所述匹配模型采用智能优化算法求取不同路面等级和不同车速下主动悬架最优参数。比如，先建立典型的四分之一车体主动悬架模型，以路面不平度功率谱密度的时域模型作为路面激励，以阻尼力作为约束，以主动悬架阻尼及刚度作为优化目标，采用智能优化算法比如粒子群算法、布谷优化算法匹配出当前路面等级和车速下的主动悬架阻尼及刚度的合适参数。

s4、将所述最佳阻尼参数及刚度参数输入主动悬架的控制单元，所述控制单元在一定的滞后时间调节主动悬架阻尼参数及刚度参数。

具体的，将匹配出的阻尼和刚度参数输入主动悬架的控制单元，控制单元将在一定的滞后时间后、车辆达到相应的路面位置时改变这些参数，使悬架系统始终处于最佳减振状态来提高汽车的舒适性。

请参见图4，图4为本发明提供的根据雷达扫描轨迹进行主动悬架控制的示意图。图4中，1为车辆左前轮角度传感器，2为车辆左前轮，3为二维激光雷达，4为车辆左后轮，5为车辆右后轮，6为车辆右前轮，7为右前轮角度传感器。安装在车辆的左右中轴线前端部分的二维激光雷达扫描车辆前方的路面状况，雷达l为扫描范围长度，激光雷达距离扫描线距离为d，扫描时间为δt，角度传感器测量到的左前轮、右前轮转向系统转角分别为β、θ，根据β、θ及车体特征预测得到四个车轮的轨迹，从二维激光雷达扫描到的路面区域中提取出四个车轮的轨迹对应的路面特征，s1为左前轮轨迹，s3为左后轮轨迹，s2为右前轮轨迹，s4为右后轮轨迹，转向中心为o。根据四个车轮的轨迹对应的路面特征主动调节悬架阻尼及刚度大小。

请参见图5，本发明提供一种主动悬架的控制装置，所述装置包括：

扫描模块510：用于采用二维激光雷达扫描车辆前方路面，获得车辆前方路段扫描区域的路面特征；

预测模块520：用于采用角度传感器测量车轮的转向角度，根据所述车轮的转向角度以及车体几何特征预测四个车轮的行驶轨迹；

在所述预测模块520中，在车辆前轴左右两轮转向部分分别安装角度传感器，测量得到的左前轮及右前轮的转向角度；所述根据所述车轮的转向角度以及车体几何特征预测四个车轮的行驶轨迹的具体方式为：以车辆前轴中点为坐标原点，以车辆前轴为坐标横轴建立转向轨迹坐标系，根据车辆轴距、轮距以及所述左前轮及右前轮的转向角度计算右转左转两种情况下的转向中心坐标以及四个车轮的转弯半径，并计算得到四个车轮的转向轨迹。

识别模块530：用于从所述扫描区域中提取所述预测的四个车轮行驶轨迹对应的路面轨迹特征，根据所述路面轨迹特征及预先设计好的匹配模型获取主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数；

在所述识别模块530中，所述根据所述路面轨迹特征及预先设计好的匹配模型获取主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数的具体方式为：根据所述路面轨迹特征计算出路面功率谱密度以及路面所属等级和位移幅值变化，将所述路面功率谱密度以及路面所属等级和位移幅值变化信息输入到预先设计好的匹配模型中匹配得到主动悬架的最佳阻尼参数及刚度参数。

调节模块540：用于将所述最佳阻尼参数及刚度参数输入主动悬架的控制单元，所述控制单元在预定的滞后时间调节主动悬架阻尼参数及刚度参数。

本发明提出的一种主动悬架控制方法及装置，通过预先扫描车辆前方路段的路面特征，预测辆行驶轨迹，依据汽车预计行驶路面状况来调节主动悬架的阻尼及刚度，以减少主动悬架控制模型建立的成本，增强主动悬架的适应性，还可以应对突变性较大的路面。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实施例的模块、单元和/或方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。