一种车辆路面识别系统以及悬架模式切换方法与流程

本发明属于汽车安全性和舒适性领域，具体涉及一种基于混动汽车的路面识别系统以及悬架模式切换方法。

背景技术：

随着汽车技术的不断发展，消费者对汽车安全性和舒适性的要求也越来越高。汽车在使用过程中，载荷、车速、路况等行驶状态会有较大变化，不同的工况对平顺性和操纵稳定性要求的侧重点不同，悬架特性也要相应变化。例如，平顺性一般要求悬架较软，而在急转弯、紧急制动和加速、高速驾驶操纵时，行驶安全性又要求悬架较硬，以保持车身姿态和轮胎的接地性。被动悬架则难以满足各种行驶状态下对悬架性能的较高要求。在这样的要求下，许多汽车节能技术应运而生，例如液压互联技术、半主动控制技术、制动能量回收技术等，这些技术在一定程度上提高了汽车的安全性和舒适性。如果车辆控制部分能根据车辆的动态性能参数预测当前路况，并选择相应的工作模式，无论是在汽车平顺性、操纵稳定性还是车辆经济性上都会有很大改善。

国内外学者针对路面识别和模式切换都做了大量的研究，取得了一定的成果。但绝大多数都只是通过对车辆动态参数的监测划分了路面等级，而并没有根据具体的路况采取相应的控制方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种车辆路面识别系统以及悬架模式切换方法，能快速准确根据车辆实时动态参数确定当前车辆行驶路况的路面等级，并根据不同的路况采用不同的工作模式，进行有针对性的控制。同时，也考虑到车辆的转向、刹车、加速等工况，对车辆平顺性和操纵稳定性进行改善。

本发明的技术方案是：一种车辆路面识别系统，包括簧载质量、弹性元件、减振器、直线电机、簧下质量、传感器和ecu；

所述传感器包括加速传感器a、加速传感器b、位移传感器a、位移传感器b；所述弹性元件两端分别固连在簧载质量与簧下质量上，减振器固连在簧载质量与簧下质量之间，直线电机套于弹性元件内部；加速度传感器a安装在簧下质量上，用于采集簧下质量上的加速度信号；加速度传感器b安装在簧载质量上，用于采集簧载质量上的加速度信号；位移传感器a安装在簧下质量上，用于采集簧下质量上的位移信号；位移传感器b安装在簧载质量上，用于采集簧载质量上的位移信号；

所述ecu包括信号处理模块、分析模块、判断模块和控制模块；所述信号处理模块的一端分别与传感器电连接，所述信号处理模块，用于接收加速度信号和位移信号，并传送到分析模块；所述分析模块对信号处理模块传来的信号进行分析计算，并整合获取的悬架动行程、车速、减振器阻尼系数计算出当前时刻的路面等级；所述判断模块根据车辆的行驶工况和一定时间段内计算出的不同路面等级比重进行判断，并确定当前路面等级；所述控制模块根据判断模块所确定的路面等级以及当前的车辆的行驶状态确定悬架工作模式；所述控制模块与直线电机电连接，控制直线电机的动力输出。

上述方案中，还包括电流放大器、d/a转换器、信号储存单元、功率放大器和a/d转换器；

所述电流放大器的一端分别与传感器电连接，另一端依次与d/a转换器和信号储存单元电连接，所述信号储存单元与所述ecu的信号处理模块电连接，所述ecu的控制模块依次通过功率放大器和a/d转换器与直线电机电连接。

3.一种根据所述车辆路面识别系统的悬架模式切换方法，包括以下步骤：

s1、由加速传感器a、加速传感器b、位移传感器a和位移传感器b分别采集悬架簧载质量与簧下质量的车身加速度与车身位移，实时将车辆垂向动态参数经过电流放大器、d/a转换器、信号储存单元传递到传输到ecu的信号处理模块；

s2、所述的信号处理模块对信号储存单元传输过来的信号进行滤波去除无效的数据，并将处理过的信号传送到分析模块；

s3、分析模块对信号处理模块传来的信号进行分析计算，并整合获取的悬架动行程、车速、减振器阻尼系数计算出当前时刻的路面等级；

s4、分析模块得出的实时路面等级传输到ecu判断模块，判断模块根据一定时间范围内的数据，以先设定的判断标准为依据确定当前路面等级；

s5、判断模块确定的路面等级传输到控制模块，控制模块结合此时的车辆行驶工况选择相应的控制方法，并控制直线电机的作动力输出。

上述方案中，所述步骤s3中通过下面公式计算得出的r即为实时路面等级：

其中(zs-zu)为悬架动行程，m为簧载质量，m为簧下质量，v汽车车速，c为减振器阻尼系数；

再对r取对数，令q＝lg(r)，根据q的结果把路面分为高速路面、城市路面、砂石路面、崎岖路面四种路况。

上述方案中，所述步骤s3中，车速可以从仪表盘上获得，所述悬架动行程为zs-zu，即簧载质量位移与簧下质量位移之差，减振器阻尼系数可由减振器规格参数获取。

上述方案中，所述四种路况根据flag的取值判断：

当flag＝1时识别为高速路面；

当flag＝2时识别为城市路面；

当flag＝3时识别为砂石路面；

当flag＝4时识别为崎岖路面。

上述方案中，所述步骤s4中判断模块的判断标准是：

a)如果车辆处于转向、刹车、加速工况，为保证车辆以及驾驶员的安全性，车辆工作模式调整到安全性模式，控制车辆车轮动载荷；

b)当不满足a)时，将ecu判断模块确定的路面等级信息通过can总线传输到控制模块，并结合此时的车辆行驶工况选择相应的控制方法。

上述方案中，所述步骤b)中具体为：

b1)当在任意一个时间段t＝3s内，若有0.8t时间段得到路面实时等级非于当前系统路面等级，则切换为此刻的路面实时等级，并进行相应的模式切换；

b2)当在任意一个时间段t＝5s内，若有0.6t时间段得到路面实时等级非于当前系统路面等级，则切换为此刻的路面实时等级，并进行相应的模式切换；

b3)若不满足上述b1)和b2)，则保持当前的工作模式。

上述方案中，所述步骤s5中控制模块具体的控制方法包括：

1)当判断模块判别当前路面为高速路面时，控制模块相应地选择馈能模式，可以在路面相对平稳的状态下回收一部分悬架振动能量；

2)当判断模块判别当前路面为城市路面时，控制模块相应地选择综合模式，此路面下车辆不需要主动控制；

3)当判断模块判别当前路面为砂石路面时，控制模块相应地选择舒适模式，采用主动控制对车身加速度进行调节，改善汽车平顺性；

4)当判断模块判别当前路面为崎岖路面时，控制模块相应地选择安全模式，采用主动控制，对轮胎动载荷进行调节，改善汽车操纵稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明根据车辆的静态参数和行驶动态参数对汽车行驶路况进行分级，对于不同路面采取相匹配的工作模式，对于改善车辆行驶过程中的乘坐舒适性、行驶安全性以及燃油经济性有着重要意义。

2.本发明针对工况处于转向、制动、加速时，采取安全模式进行控制，着重控制车轮动载荷，改善车辆极限状态下的行驶安全性，保障行驶安全。

3.本发明在路况较好时，采取馈能模式，此工作模式下能回收部分悬架振动能量，改善汽车经济性。

4.本发明当车辆驶于粗糙路面时，由于路面不平度引起的车辆振动会比较剧烈，此时采用舒适模式，控制车身加速度，改善汽车平顺性，进一步改善乘客的乘车感受。

5.本发明中建立的模式切换评价体系能够迅速准确的根据车辆动态参数进行辨识，采取相匹配的工作模式改善车辆性能。

附图说明

图1为本发明一实施方式的可模式切换悬架结构图。

图2为本发明一实施方式的电控单元ecu的内部工作模块。

图3为本发明一实施方式的为路面识别方法以及悬架模式切换方法提供的实施过程流程图。

图4为本发明一实施方式的ecu判断模块流程图。

图中，1-簧载质量；2-弹性元件；3-减振器；4-直线电机；5-簧下质量；6-轮胎；7-加速度传感器a；8-加速度传感器b；9-位移传感器a；10-位移传感器b；11-电流放大器；12-d/a转换器；13-信号储存单元；14-ecu；15-功率放大器；16-a/d转换器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1是本发明中一种可模式切换悬架的结构图，所述悬架主要包括簧载质量1、弹性元件2、减振器3、直线电机4、簧下质量5、传感器、电流放大器11、a/d转换器12、信号储存单元13、ecu14、功率放大器15和d/a转换器16。

所述传感器包括加速传感器a7、加速传感器b8、位移传感器a9、位移传感器b10；所述弹性元件2两端分别固连在簧载质量1与簧下质量5上，减振器3固连在簧载质量1与簧下质量5之间，直线电机4套于弹性元件2内部；加速度传感器a7安装在簧下质量5上，用于采集簧下质量5上的加速度信号；加速度传感器b8安装在簧载质量1上，用于采集簧载质量1上的加速度信号；位移传感器a9安装在簧下质量5上，用于采集簧下质量5上的位移信号；位移传感器b10安装在簧载质量1上，用于采集簧载质量1上的位移信号。

所述电流放大器11的一端分别与传感器电连接，另一端依次与d/a转换器12和信号储存单元13电连接，所述信号储存单元13与所述ecu14的信号处理模块电连接，所述ecu14的控制模块依次通过功率放大器15和a/d转换器16与直线电机4电连接。所述电流放大器11，将信号电流放大，使其具有负载能力并传给a/d转换器12，把模拟信号转换成电流信号，再传到信号存储单元13，把数据信息进行储存并传给ecu14信号处理模块。

如图2所示，所述电控单元ecu14包括信号处理模块、分析模块、判断模块和控制模块，信号处理模块、分析模块、判断模块和控制模块之间通过can总线进行数据传输。

所述的信号处理模块，主要功能是对信号储存单元13传输过来的信号进行滤波去除无效的数据，避免信号污染。同时为分析模块做预处理。

所述的分析模块，主要功能是对处理模块传来的信号进行分析计算，并整合获取的悬架动行程、车速、减振器3阻尼系数计算出当前时刻的路面等级。

所述判断模块根据车辆的行驶工况和一定时间段内计算出的不同路面等级比重进行判断，并根据相应规则确定当前路面等级。

所述控制模块根据判断模块所确定的路面等级以及当前的车辆的行驶状态确定悬架工作模式。

图3是本发明为路面识别方法以及悬架模式切换方法提供的一种实施过程流程图。

所述ecu14先识别系统是否处于转向、刹车、加速工况，若存在其中一种，为保证车辆以及驾驶员的安全性，车辆工作模式直接调整到安全性模式，控制车辆车轮动载荷，改善汽车操纵稳定性，保证汽车安全。

若不处于转向、刹车、加速工况其中的一种，则根据悬架动行程、车速、减振器阻尼系数通过ecu14的分析模块和判断模块来辨识当前路面等级。再根据不同路面等级采取相对应的悬架工作模式。分析模块和判断模块的具体工作过程如下：

ecu14的分析模块接收信号处理模块经过滤波之后的加速度信号和位移信号，并整合当前车辆的车速、阻尼系数，悬架动行程计算出实时的路面等级。车速可以从仪表盘上获得，悬架动行程为(zs-zu)，即簧载质量1位移与簧下质量5位移之差，可由位移传感器测得并在分析模块进行计算得出，减振器阻尼系数可由减振器3规格参数获取。

计算公式如下：

其中(zs-zu)为悬架动行程，zs为簧载质量1位移，zu为簧下质量5位移，m为簧载质量1，m为簧下质量5，v汽车车速，c为减振器阻尼系数。计算得出r，再对r取对数，令q＝lg(r)。根据q的结果把路面分为四级。

这里根据flag的取值把路面分为高速路面、城市路面、砂石路面、崎岖路面四种路况。

分别是当flag＝1时识别为高速路面；

分别是当flag＝2时识别为城市路面；

分别是当flag＝3时识别为砂石路面；

分别是当flag＝4时识别为崎岖路面。

将ecu14的分析模块得出的实时路面等级通过can总线传输到ecu14的判断模块，判断模块根据一定时间范围内的数据，以判断标准为依据确定当前路面等级；具体的判断标准为：

a)如果车辆处于转向、刹车、加速工况，为保证车辆以及驾驶员的安全性，车辆工作模式调整到安全性模式，控制车辆车轮动载荷，改善汽车操纵稳定性。

b)当不满足a)时，将ecu判断模块确定的路面等级信息通过can总线传输到控制模块，并结合此时的车辆行驶工况选择相应的控制方法。具体的控制方法如下：

1)当判断模块判别当前路面为高速路面时，控制模块相应地选择馈能模式，可以在路面相对平稳的状态下回收一部分悬架振动能量。

2)当判断模块判别当前路面为城市路面时，控制模块相应地选择综合模式，此路面下车辆不需要主动控制。

3)当判断模块判别当前路面为砂石路面时，控制模块相应地选择舒适模式，采用主动控制对车身加速度进行调节，改善汽车平顺性。

4)当判断模块判别当前路面为崎岖路面时，控制模块相应地选择安全模式，采用主动控制，对轮胎动载荷进行调节，改善汽车操纵稳定性。

图4为本发明ecu判断模块流程图，包括以下步骤：

b1)当在任意一个时间段t＝3s内，若有0.8t，即80％的时间段得到路面实时等级非于当前系统路面等级，则切换为此刻的路面实时等级，并进行相应的模式切换；

b2)当在任意一个时间段t＝5s内，若有0.6t，即60％的时间段得到路面实时等级非于当前系统路面等级，则切换为此刻的路面实时等级，并进行相应的模式切换；

b3)若不满足上述b1)和b2)，则保持当前的工作模式。

本发明根据车辆的行驶工况和车辆动态参数对路面进行评级，并以此为依据实时切换悬架工作模式，改善车辆在行驶过程中的乘坐舒适性、行驶安全性和燃油经济性。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。