基于编码的电磁的行驶高度感测的制作方法

本公开总体上涉及用于车辆的基于编码的电磁的行驶高度感测系统。更具体地，本公开的行驶高度感测系统包括编码的电磁源和一个或多个磁力计(例如基于霍尔效应的传感器)，以确定车身的行驶高度的变化。

背景技术：

驾驶员在驾驶他们的车辆时通常遇到障碍物，例如坑洼、岩石、落下的树枝和其他碎屑。这种障碍物使得车身相对于车辆的车轮移动，从而产生通常称为行驶高度的车辆底盘与地面之间的距离的变化。车辆包括行驶高度感测系统，以检测行驶高度的这种变化，并响应于接收的数据而调节车辆悬架。

行驶高度感测系统测量车辆的底盘、悬架或车身上的指定点与地面之间的距离。当车辆装载和卸载时，行驶高度感测系统检测车辆的行驶高度的变化，并且向车辆悬架系统提供输入以改变悬架对变化的道路状况或负载作出反应的方式。通过利用车辆的悬挂系统，车辆可以在崎岖的道路上提供更平稳的行驶、在较高的速度下提供较低的行驶以获得更好的空气动力学、或者提供增加越野离地间隙的提升行驶。

现有的行驶高度感测系统包括物理联动系统，该物理联动系统受到撞击损坏并且需要移动部件和杠杆，从而妨碍准确的读取。其它现有的非联动行驶高度系统包括利用超声波激光器的系统。这些系统的一个缺点是它们需要在反射器和发射器之间的视线，并且传输介质必须是恒定的以保持精度。这种系统在不受控制的环境中是不准确的。

第三种类型的现有行驶高度感测系统是用于行驶高度感测的基于磁的系统。这些系统是有益的，因为它们免受污物和水的干扰。然而，现有的磁性行驶高度感测系统易受干扰的环境源影响，并且对于某些应用，提供非常慢的响应时间。

因此，持续需要用于行驶高度感测的新的和改进的系统，该系统不易受到撞击损坏的影响、不受视线干扰和介质变化的影响，并且可以提供快速和准确的测量结果。

技术实现要素：

所附权利要求限定了本申请。说明书总结了实施例的方面，并且不应当用于限制权利要求。对于本领域的普通技术人员来说，在检查以下附图和详细描述的情况下根据在此描述的技术预期其它实施方式将是显而易见的，并且这些实施方式旨在在本申请的范围内。

示例性实施例提供一种行驶高度感测系统，该系统包括用作霍尔效应传感器的输入单元的编码的电磁源，并且来自电磁体(e-磁体)的信号被编码以便将编码的磁场与环境磁场区分开。在本公开的各种实施例中，带通滤波器(bp)用于编码的电磁数据的信号处理。另外，多个霍尔效应传感器可以与单个电磁源一起使用以提供多轴感测，并且因此在确定行驶高度变化时提供鲁棒性，或者在非独立悬架(实心轴)的情况下，可以使用单个电磁源以确定车轴上多个位置处的行驶高度。

现有的磁行驶高度感测系统包括发射恒定磁场的高强度永磁体或电磁体，恒定磁场需要磁体和传感器之间的有限分离。来自这种系统的反馈较慢，并且可能需要几秒钟的平均，以便滤除周围的干扰磁场。为了克服这些问题，本公开的行驶高度感测系统利用能够进行高带宽切换的电磁场源来替换永磁体或恒定电磁源。高带宽电磁源利用特定频率编码以保持抵抗干扰磁场的环境鲁棒性。更具体地，本公开的行驶高度感测系统的高带宽电磁源能够具有高转换速率并且以期望的频率输出磁信号。使用频率带通滤波器从总磁场的测量结果中提取编码的信号。这样的结构消除了用于行驶高度感测的机械联动装置，不受视线干扰的影响并且响应快速和准确。

附图说明

为了更好地理解本发明，可以参考以下附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件以强调和清楚地示出本文所描述的新颖特征。此外，如本领域中已知的，系统部件可以不同地布置。在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记在不同附图中可以指示相同的部件。

图1示出了现有磁行驶高度感测系统的示例；

图2是包括本公开的行驶高度感测系统的一个实施例的部件的框图；

图3示出了根据一个实施例的操作本公开的行驶高度感测系统的示例过程的流程图；

图4示出了包括多轴感测的本公开的行驶高度感测系统的示例实施例；

图5示出了包括多轴感测的本公开的行驶高度感测系统的图4的示例性实施例；

图6是示出了操作中的本公开的行驶高度感测系统的一个实施例的示例过程的曲线图。

具体实施方式

虽然本公开的编码的基于电磁的行驶高度感测系统(在本说明书中被称为行驶高度感测系统)可以以各种形式实施，但是附图示出以及本说明书描述了行驶高度感测系统的一些示例性和非限制性实施例。本公开是行驶高度感测系统的示例，并且不将行驶高度感测系统限制到具体示出和描述的实施例。可能不需要所有描绘或描述的部件，并且一些实施例可包括附加的、不同的或更少的部件。在不背离本文所阐述的权利要求的精神或范围的情况下，部件的布置和类型可以改变。

本公开的各种实施例提供了一种用于车辆的改进的行驶高度感测系统，该系统克服了现有行驶高度感测系统的许多挑战。行驶高度感测系统测量车辆的底盘、悬架或车身上的指定点与地面之间的距离。更具体地，车辆行驶高度感测系统包括多个传感器，该传感器恒定地测量车轴和车身之间的距离，并将测量的数据发送到车辆的电子控制单元。当车辆装载和卸载时，来自行驶高度传感器的数据将改变。这些改变通过控制器或车辆电子控制单元记录并且向车辆悬架系统提供输入以改变悬架对变化的道路状况或负载作出反应的方式。悬架修改可以在崎岖的道路上提供更平稳的行驶、在较高的速度下提供较低的行驶以获得更好的空气动力学、或者提供增加越野离地间隙的提升驾驶。

例如，第一类型的行驶高度感测系统包括物理连接或链接的系统。更具体地，这种类型的现有行驶高度感测系统包括基于电位计的系统，该系统包括在簧下质量和簧上质量之间的物理连接，以及可变电阻器以提供对两个质量之间的距离的直接测量。这些系统包括许多移动部件和杠杆，并且还涉及用于非独立悬架(例如实心轴)的复杂联动装置。由于具有这么多移动部件，并且特别地，由于两个质量之间的物理连接，这些系统易受撞击损坏，这将妨碍准确的读取。

另一种现有的非接触式行驶高度测量系统利用超声波或光学距离测量结果。这些系统的一个缺点是它们需要在反射器和发射器之间具有清晰的视线，并且传输介质必须是恒定的以保持精度。使用这些距离感测技术的系统也可能由于大的悬架关节(suspensionarticulation)或诸如泥浆的碎片而失去视线而不起作用。这些系统通常用于受控环境中，例如用于赛车。在这种情况下，车辆行驶高度系统不可能遇到可能阻碍视线的外部碎片或介质(即泥或水)的变化。然而，这种系统在不受控制的环境中是不准确的。

第三类型的现有行驶高度感测系统是用于行驶高度感测的基于磁的系统。这种系统包括输出恒定磁信号的高强度永磁体或电磁体磁体，以及基于霍尔效应的传感器，该传感器检测磁场的变化以确定车辆的行驶高度的变化。这些系统是有益的，因为它们不受污物和水的干扰。然而，现有的磁行驶高度感测系统需要磁源和霍尔效应传感器紧密地安装在一起以合理地消除环境磁干扰。

图1示出了基于现有技术永磁体的行驶高度感测系统的示例实施例。如图1所示，现有的基于磁的行驶高度感测系统包括基于霍尔效应的传感器20a、20b和磁源18(例如永磁体)，磁源18发射由箭头18a表示的恒定磁信号。在该实施例中，磁源18在两个后轮16之间安装到车轴14。图1示出了距离后车轴14第一距离处的车身12a，以及距离后车轴14第二较大距离处的车身12b。基于霍尔效应的传感器20a、20b安装到车身12a、12b。

在这种系统中，传感器和磁体之间的间隔必须最小。这是因为磁场的强度与距离的立方成反比地变化。回到图1，车身12a表示距离车轴14第一距离处的车身，以及车身12b表示距离车轴14第二较大距离处的车身。箭头22a的长度表示当车辆车身12a处于距离车轴14第一距离时从基于霍尔效应的传感器20a感测到的磁场的强度。箭头22b的长度表示当车辆车身12b处于距离车轴14第二距离时从基于霍尔效应的传感器20b感测到的磁场的强度。如图1所示，箭头22a比箭头22b长，这表示即使由永磁体18发射的磁场18a的强度相同，当车身12a更接近车轴14时，霍尔效应传感器检测到比当车身12b具有更大距离时更大的磁场强度。换句话说，在较短的距离处，霍尔效应传感器20a检测到比在较远的距离处更强的磁场22a。因此，永久磁铁离传感器越远，用于检测任何磁场的传感器的功率越大。对于这样的系统，传感器和磁场源之间的间隔大约为一英寸，并且任何更大的间隔将需要更强大的磁力。

此外，在这些系统中，行驶高度的变化由霍尔效应传感器感测的磁场的变化确定。然而，应当理解的是，存在干扰来自永久磁源的磁场信号的其它环境磁场。例如，从地球发射的磁场或其他局部干扰可以由基于霍尔效应的传感器检测。因此，除了由永久磁源发射的磁场信号之外，基于霍尔效应的传感器检测周围环境磁场。因此，在这种系统中使用的永磁体必须是高强度磁体，以便成为主导的局部磁场，此外，可能需要几秒钟的信号平均来滤除干扰磁场。这对于诸如卡车车厢高度调平的应用尤其如此，其中行驶高度水平控制被来自基于磁场的感测的慢反馈包围。对于本文中描述的系统，具体地，通过选择磁源的编码频率来配置反馈控制的速度。通过选择更高的频率实现更快的控制。编码频率越高，带通滤波器将越快解码来自总磁场测量结果的编码信号。以这种方式，可以使控制速率任意快或慢。

本公开的各种实施例提供一种行驶高度感测系统，该系统通过使用以指定频率输出磁场信号的频率编码的电磁源替换永久磁源来克服这些问题。本公开的行驶高度感测系统还包括多个基于霍尔效应的传感器，该传感器检测磁场强度的变化以确定车辆的行驶高度的变化。更具体地，基于信号频率对电磁源进行编码，以保持抵抗干扰的周围磁场的环境鲁棒性并且能够抑制干扰环境磁场。对从基于霍尔效应的传感器接收的数据进行滤波以从总测量的磁场信号中提取编码的信号，以提供对应于行驶高度变化的编码的磁场中的任何变化的精确测量结果。

因此，如下面将更详细地描述的，本公开的行驶高度感测系统不需要机械联动装置。更具体地，本公开的行驶高度感测系统抵抗撞击损坏并且不受视线干扰和介质变化(即，水)的影响。因此，行驶高度感测系统能够在水下和用泥浆覆盖时提供精确的测量结果。另外，本公开的行驶高度感测系统提供快速测量响应。也就是说，行驶高度感测系统能够实现诸如在前轮处的异常检测之后的后阻尼调整的特征。此外，为了缓解确定实心后车轴的行驶高度的困难，行驶高度感测系统对于极端关节也是精确的。也就是说，后车轴在多个方向上移动，并且本公开的行驶高度感测系统应对多个方向上的移动，以确定行驶高度的准确读数。因此，本公开的行驶高度感测系统容易支持非独立悬架(实心轴)应用。

图2示出了本公开的行驶高度感测系统100的一个示例实施例。行驶高度感测系统的其他实施例可以包括与下面描述和图2所示的部件不同的、更少的或附加的部件。

行驶高度感测系统100包括编码的电磁源118和与控制器110通信的一个或多个传感器120。如上所述，行驶高度感测系统收集关于车身的行驶高度的数据，并且将测量的数据发送到车辆的电子控制单元。当车辆负载变化并且车辆的行驶高度变化时，来自行驶高度传感器的数据将改变。这些变化由控制器110记录并且向车辆悬架系统(例如图2中所示的主动悬架系统130)提供输入。每个主动悬架与车辆的不同车轮相关联。在某些实施例中，每个车轮与主动悬架相关联；而在其它实施例中，少于所有车轮的车轮中的每一个都与主动悬架相关联。主动悬架130与控制器110通信，并且控制器利用由行驶高度传感器收集的数据来改变悬架对变化的道路状况或负载作出反应的方式。

具体地，本公开的编码的电磁源118能够具有高转换速率；可以以指定的频率创建和瓦解磁场。然后对从基于霍尔效应的传感器120接收的数据进行滤波以确定在电磁源的指定频率下的磁场的幅度，并且磁场的幅度的任何变化是由于行驶高度的变化。因此，该源118能够抑制环境磁场，并且对于给定的磁场强度允许更大范围的感测距离。

行驶高度感测系统100包括多个传感器120。如上所述，这些传感器120包括基于霍尔效应的传感器，用于感测磁场的变化以确定行驶高度的变化。基于霍尔效应的传感器是响应于磁场而改变其输出电压的传感器(transducer)。利用已知的磁场，可以确定距霍尔板的距离。除了基于霍尔效应的传感器之外，在某些实施例中，行驶高度感测系统还包括其他类型的传感器，以获得关于车辆周围的环境以及关于车辆本身的部件的数据。传感器120将数据传送到控制器110以用于进一步处理。这样的传感器120可以包括但不限于：红外传感器、摄像机或其他视觉传感器、超声传感器、雷达、激光雷达、激光扫描传感器、惯性传感器(例如，合适的惯性测量单元)、轮速传感器、道路状况传感器(以直接测量某些道路状况)、雨水传感器、悬架高度传感器、方向盘转角传感器、转向扭矩传感器、制动压力传感器、轮胎压力传感器和/或全球定位系统或其它车辆位置或导航传感器。

行驶高度感测系统100包括控制器110，控制器110包括与存储指令集116的主存储器114通信的至少一个处理器112。处理器112配置为与主存储器114通信、访问指令集116并且执行指令集116以使行驶高度感测系统100执行在此所述的任何方法、过程和特征。

处理器112可以是任何合适的处理设备或处理设备集，例如但不限于：微处理器、基于微控制器的平台、适当的集成电路或者一个或多个专用集成电路(asic)。主存储器114可以是任何合适的存储器设备，例如但不限于：易失性存储器(例如，随机存储器(ram)，其可以包括非易失性ram、磁性ram、铁电ram和任何其他合适的形式)；非易失性存储器(例如，磁盘存储器、闪存(flash)存储器、eprom(可擦除可编程只读存储器)、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、基于忆阻器的非易失性固态存储器等)；不可变存储器(例如，eprom)；或只读存储器。

转到图3，示出了本公开的示例实施例。更具体地，图4示出了在两个车轮16和车身12之间的车轴14。编码的电磁源30固定到车轴14，并且基于霍尔效应的传感器31固定到车身12。箭头32表示来自编码的电磁源30的磁信号。应当理解的是，箭头32被描绘为虚线箭头。这是因为从编码的电磁源发射的磁场信号是以指定频率继续接通和断开的振荡信号。如图4所示，除了来自编码的电磁源的磁信号之外，还存在来自局部干扰40、42、44的环境磁信号。与现有技术类似，在本公开的系统和方法中，如果源30不靠近传感器31，周围磁场40、42、44将引起测量误差。这是因为由车身12上的霍尔效应传感器31感测的磁场是局部干扰40、42、44和编码的磁场信号32的和。

然而，由于本公开的行驶高度感测系统包括频率编码的电磁源，因此从霍尔效应传感器接收的数据可以被滤波以从电磁源30获得磁场信号。更具体地，随着源磁场32以特定已知频率编码，从基于霍尔效应的传感器31接收的数据可以被带通滤波，以仅提取编码的电磁源30的频率下的数据，从而消除由周围部件或环境产生的伪磁性内容。

应用带通滤波器是使特定范围内的频率通过并且拒绝(衰减)该范围之外的频率以便减少来自由基于霍尔效应的传感器收集的数据的环境噪声的过程。如图4所示，感测的磁场是局部干扰和编码的磁信号的和。由此编码期望的信号；它可以从总感测的磁场中滤出。

应当理解的是，如图3所示，车身成一定角度，使得车身的一侧高于车身的另一侧。因此，行驶高度已经在多个方向上改变。与可以包括多个传感器以确定在不同方向上的行驶高度的变化的现有系统不同，本公开的行驶高度系统是多轴系统。多轴感测产生可以分解为距离以及在非独立悬架(实心轴)的情况下的绝对距离和旋转的磁性部件。多轴感测的含义是需要用于实心轴应用的单个传感器组。

应当理解的是，如图4和图5所示，车身12是成角度的，并且霍尔效应传感器31感测由编码信号32发射的磁场和在所有方向上的局部干扰40、42、44。更具体地，如图3所示，如由箭头34a、34b所指示的感测的磁场是局部干扰和编码的磁信号32的和。期望的信号被编码并且可以从总感测的磁场中滤出，如图4中的箭头32a和32b所示。本公开的行驶高度感测系统是多轴系统，并且还可以对由霍尔效应传感器接收的磁场数据进行滤波，以沿着相关轴提取磁场的强度。多轴感测可以从距离变化明显地解析旋转。这通过允许用于实心轴应用的单个传感器组来降低复杂性。

此外，多轴感测可用于测量水平方向(其中行驶高度将被视为垂直方向)的距离变化，水平距离变化将是不期望的车辆行为(例如车轮跳动或对悬架部件的损坏)的指示。因此，可以使用多轴行驶高度系统来诊断这些状况。

图3示出了操作本公开的行驶高度感测系统的示例过程或方法200的流程图。在各种实施例中，过程200通过存储在一个或多个存储器中并由一个或多个处理器(诸如上面结合图2所述的那些)执行的一组指令表示。虽然参考图3所示的流程图描述了过程200，但是可以采用执行与过程200相关联的动作的许多其他过程。例如，可以改变所示框中的某些框的顺序，所示框中的某些可以是可选的，或者可以不使用所示框中的某些框。

在该实施例的操作中，行驶高度感测系统确定电磁源的频率加密，如框202所示。更具体地，为了应对来自车辆周围环境的干扰磁场的环境噪声，加密本公开的编码的电磁源以基于期望频率输出磁信号，该磁信号为基于霍尔效应的传感器提供基线磁信号以进行读取。可以对来自基于霍尔效应的传感器的感测的磁场数据进行滤波以提取编码的磁场信号，并在期望的磁信号和来自周围环境的环境噪声之间进行区分。应当理解的是，所确定的加密频率可以根据期望的测量速度而变化。此外，以特定频率加密磁源允许在单个车辆上使用多个电磁源，其中每个电磁源用唯一的频率加密，以消除系统之间的交叉干扰的可能性。最后，单个磁源可以用多个频率编码，增加的复杂性使得恶意/外部感测系统(例如，配备有该系统的两辆车辆行驶或紧靠停放在一起)难以在没有明确知道加密频率的情况下解析行驶高度。

利用所选择的加密频率，行驶高度感测系统配置电磁源以输出以期望的加密频率振荡的磁场信号，如框204所示。如上所述，本公开的行驶高度感测系统包括一个或多个基于霍尔效应的传感器以测量传感器周围的任何磁场。在本说明书中描述的实施例中，电磁源固定到车轴，并且一个或多个基于霍尔效应的传感器固定到车身的下侧。应当理解的是，在某些替代实施例中，霍尔效应传感器可以固定到车轴，并且电磁源可以固定到车身。

在以指定频率输出磁场之后，过程200包括从基于霍尔效应的传感器接收关于磁场强度读数的数据，如框206所示。如上所述，来自基于霍尔效应的传感器包括总的感测的磁场，该磁场是编码的磁信号和任何环境磁场(例如来自其它局部干扰)的总和。为了获得精确的行驶高度测量结果，来自基于霍尔效应的传感器的数据必须被滤波以仅从编码的电磁源中提取编码的磁信号。

本公开的行驶高度感测系统利用带通滤波来提取编码的磁信号的幅度，如208所示。也就是说，本公开的系统对传感器数据使用带通滤波器，以允许从总的感测的磁场中实时提取由电磁体产生的磁场的幅度，该总的感测的磁场可以包括由于其他车辆部件或环境信号产生的其它磁场引起的干扰。带通滤波器通常在带通频率内输出一个或多个信号，因此必须完成附加的处理步骤以确定带通频率处的信号的幅度。在一个实施例中，可以使带通滤波器直接输出带通频率处的信号的振幅，而不需要额外的信号处理步骤。在某些实施例中，在从各个距离点获得编码的磁信号之后，本公开的系统确定用于期望行驶高度测量结果的物理距离单位，如框210所示。更具体地，本公开的系统利用场源与传感器之间的若干已知距离点以使场强和物理距离相关。然后可以使用所得到的模型来直接地从经滤波的基于霍尔效应的传感器获得距离测量结果。

利用这些物理距离单位，本公开的系统可以配置为直接从基于霍尔效应的传感器数据获得期望的行驶高度距离测量结果，如框212所示。

图6描绘了示例实施例的来自基于霍尔效应的传感器的感测的原始磁力计数据随时间的曲线图和来自基于霍尔效应的传感器的带通滤波的数据随时间的曲线图。在该示例实施例中，电磁源产生以3.5hz的频率振荡开和关的磁场。在该示例实施例中，电磁源远离基于霍尔效应的传感器移动若干距离点，如图的顶部所示。

首先，在电磁体关闭的地方测量基线。如图6所示，当电磁铁关闭时，原始磁力计读数为515ut。滤波后的信号表示在3.5hz处的信号的幅度为0ut。这表示当电磁体关闭时，滤波后的读数也为0。

第二，将源移动远离传感器25cm的第二距离。当电磁体与基于霍尔效应的传感器相距25cm的距离时，原始磁力计读数在515ut和约517ut之间振荡。滤波后的信号表示在3.5hz下振荡的磁场的振幅为2ut。如上所述，振幅读数可以转换为物理距离单位以确定行驶高度。

第三，将源移动远离传感器5cm的第三距离。当电磁体距离基于霍尔效应的传感器5cm的距离时，原始磁力计读数在大约515ut和560ut之间振荡。滤波的信号表明在3.53hz下的磁场的幅度约为60ut。如上所述，在指定频率(在这种情况下为3.5hz)下的滤波后的信号幅度可以转换为物理距离单位以确定行驶高度。应当理解的是，如上所述，在5cm的距离处的磁场的强度大于在15cm的距离处的磁场的强度。

在曲线图的结束处的最后的矩形框中，电磁源和基于霍尔效应的传感器之间的距离保持恒定，并且引入各种干扰。这些干扰表示来自本地源的环境噪声。当霍尔效应传感器和电磁源彼此相距10cm时，引入干扰。如图6所示，原始磁力计数据包括尖峰和伪振幅变化，该伪振幅变化指示基于霍尔效应的传感器感测在该时间段期间增加的磁场强度。然而，滤波的数据不包括对应的尖峰。滤波的数据在3.5hz时保持不变，这表明电磁源是静止的。因此，只要干扰不以编码频率振荡，滤波后的信号就不应该记录场强的变化。如果电磁源未被编码，则原始霍尔效应传感器数据中的伪跳跃将被错误地感知为行驶高度的变化。

任何过程描述或附图中的框应当被理解为表示包括用于实现过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令的代码的模块、段或部分，并且替代实施方式被包括在本文所描述的实施例的范围内，其中功能可以不按照所示或所讨论的顺序(包括基本上同时地或以相反的顺序)执行，如本领域普通技术人员将理解的，这取决于所涉及的功能。

上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅是为了清楚理解本发明的原理而提出的。在实质上不背离本文所描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例进行许多变化和修改。所有修改旨在包括在本公开的范围内并由所附权利要求保护。