一种高度可调的减震器、悬架系统及车身高度控制方法与流程

本发明涉及车辆技术领域，更具体地说，涉及一种高度可调的减震器、悬架系统及车身高度控制方法。

背景技术：

悬架系统是汽车的车架与车轮之间所有传动装置的总称，其功能是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车平顺行驶，并决定着汽车的稳定性、舒适性和安全性，是现代汽车十分关键的部件之一。

根据不同道路条件和车辆行驶条件改变减震器高度的悬架系统，能更大限度地满足汽车行驶对安全性和舒适性的要求，是汽车悬架设计的主要趋势。为了在一定范围内达到悬架高度可调节的目的，目前常用的高度可调的空气悬架减震装置；该类装置主要是以橡胶气囊弹簧为弹性元件，利用气体的可压缩性实现其弹性作用的，并调节气囊内空气压力实现悬架高度的调节。

公告号为cn102294945b的中国专利，公开了一种车辆空气悬架减震装置，该装置主要由活塞悬架减震装置、增压承载活塞装置和供气装置三部分构成，该装置抬升方式采用活塞结构的空气悬架，通过二级增压和承载活塞增压，并采用液气压力转换，使得空气悬架减震体积大幅缩小，并且可调节悬架高度。但是该悬架具有尺寸大、结构复杂的问题，并且无法应用于安装尺寸小的车辆。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种高度可调的减震器、悬架系统及车身高度控制方法，欲实现减小尺寸、简化结构、便于安装和适用于尺寸小的车辆的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种高度可调的减震器，包括：电机模块1、齿轮2、齿条3、滑动装置4、支撑架5、减振装置6和关节轴承7；

所述电机模块1固定安装在所述支撑架5的第一侧面，所述电机模块1的电机输出轴与所述齿轮2过盈配合连接在一起；

所述滑动装置4固定安装在所述支撑架5的第二侧面，所述齿条3与所述齿轮2啮合，所述齿条3还与所述滑动装置4连接，所述齿条3在所述齿轮2的旋转带动以及所述滑动装置4的滑动作用下作直线运动；

所述减振装置6安装在所述支撑架5的底面，所述减振装置的竖直中心线的延长线经过所述齿轮2和所述齿轮3的啮合中心；

所述关节轴承7固定在所述齿条3的上端。

可选的，所述滑动装置4具体包括：

滑轨41和滑块42，所述滑块42固定在所述支撑架5的第一侧面，所述滑轨41与所述齿条2的非齿面固定连接，所述齿条2在所述滑轨41与所述滑块42的滑动作用下沿滑轨方向作直线运动。

可选的，所述滑轨41与所述齿条2的非齿面通过螺栓固定连接。

可选的，所述电机模块1具体为舵机。

可选的，所述电机模块1、所述滑动装置4以及所述减振装置均通过螺栓与所述支撑架5固定连接。

一种悬架系统，包括左侧车身高度调节装置12、右侧车身高度调节装置13、左侧车身高度传感器14、右侧车身高度传感器15、车身左侧障碍物位置传感器16、车身右侧障碍物位置传感器17和车载控制器18；

所述左侧车身高度调节装置12和所述右侧车身高度调节装置13均为上述的减震器，所述减振装置6的下端固定双叉臂式悬架框架11的下叉臂底端，所述关节轴承7与车架固定连接。

所述左侧车身高度传感器14，用于检测车辆左侧底盘距离地面的高度；

所述右侧车身高度传感器15，用于检测车辆右侧底盘距离地面的高度；

所述车身左侧障碍物位置传感器16，用于检测车辆左侧障碍物距离车辆的距离；

所述车身右侧障碍物位置传感器17，用于检测车辆右侧障碍物距离车辆的距离；

所述车载控制器18，用于根据车速、方向盘转角，结合所述左侧车身高度传感器14、所述右侧车身高度传感器15、所述车身左侧障碍物位置传感器16和所述车身右侧障碍物位置传感器17采集的数据，控制所述左侧车身高度调节装置12和所述右侧车身高度调节装置13以调节左右侧车身高度。

一种车身高度控制方法，应用于上述悬架系统，所述方法包括：

获取车辆的当前车速以及预设的n个速度范围，每个所述速度范围对应一个高度值，所述速度范围的速度越高则其对应的高度值越小，所述n为大于1的整数；

确定所述当前车速所在的速度范围；

发送第一调节信号至所述左侧车身高度调节装置12以及所述右侧车身高度调节装置13，所述第一调节信号用以调整所述车辆的左侧车身高度以及右侧车身高度均为所述当前车速所在的车速范围对应的高度值。

一种车身高度控制方法，应用于上述悬架系统，所述方法包括：

获取所述左侧车身高度传感器14和所述右侧车身高度传感器15的检测数据；

判断所述左侧车身高度传感器14的检测数据在预设的时间阈值内的最大变化值是否大于预设的高度阈值，以及判断所述右侧车身高度传感器15的检测数据在所述时间阈值内的最大变化值是否大于所述高度阈值；

当所述左侧车身高度传感器14和/或所述右侧车身高度传感器15的检测数据在所述时间阈值内的最大变化值大于所述高度阈值，则发送第二调节信号至所述左侧车身高度调节装置12以及所述右侧车身高度调节装置13，所述第二调节信号用以调整所述车辆的左侧车身高度以及右侧车身高度均升高第一高度值。

一种车身高度控制方法，应用于上述悬架系统，所述方法包括：

获取车辆的方向盘当前转角以及预设的m个转角范围，每个所述转角范围对应两个高度值，所述转角范围的转角越大则其对应的两个高度值的绝对值越大，所述m为大于2的整数，所述两个高度值为第二高度值和第三高度值；

确定所述当前转角所在的转角范围；

发送第三调节信号至所述左侧车身高度调节装置12，并发送第四调节信号至所述右侧车身高度调节装置13，所述第三调节信号用以调整所述车辆的左侧车身高度变化所述第二高度值，所述第四调节信号用意调整所述右侧车身高度变化所述第三高度值，使得所述车辆的内侧车身高度降低以及所述车辆的外侧车身高度抬升。

一种车身高度控制方法，应用于上述悬架系统，所述方法包括：

获取车辆的当前车速、方向盘当前转角，以及所述车身左侧障碍物位置传感器16和所述车身右侧障碍物位置传感器17的检测数据；

根据所述车身左侧障碍物位置传感器16和所述车身右侧障碍物位置传感器17的检测数据，计算得到左侧障碍物向车辆的移动速度、以及右侧障碍物向车辆的移动速度；

根据所述当前车速和所述方向盘当前转角，计算得到车辆的左移速度或右移速度；

若左侧障碍物向车辆的移动速度大于车辆的右移速度，或者，右侧障碍物向车辆的移动速度大于车辆的左移速度，则发送第五调节信号至所述左侧车身高度调节装置12以及所述右侧车身高度调节装置13，所述第五调节信号用以调整所述车辆的左侧车身高度以及右侧车身高度均升高第四高度值。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的高度可调的减震器中高度调节部分和减振装置采用串联安装的结构，尺寸较小、结构简洁、制造成本低、便于安装以及适用于任何尺寸的车辆，并且此结构具有在悬架高度调节过程中不影响车辆的减震性能的特点，可提高车辆行驶过程中的稳定性和舒适性。高度可调的减震器固定于车身的两个支撑点，即关节轴承和减震装置的下端均在减震器的中心线上，此结构消除了高度调节部分和减振装置间的内部弯矩，提高了高度可调的减震器的可靠性。通过对电机模块1的控制，以实现悬架高度的调节，调节速度快并且调节精度高。

悬架系统的车载控制器18通过左侧车身高度传感器14、右侧车身高度传感器15的检测数据，确定左侧车身以及右侧车身的实际高度，进而实现两侧车身高度的闭环控制，控制精度较高，提高了车辆高速行驶的稳定性、低速行驶的舒适性、弯道行驶和发生侧面碰撞时的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种高度可调的减震器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高度可调的减震器的局部剖视图；

图3为本发明实施例提供的一种支撑架的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的高度可调的减震器置应用在车辆后悬架的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种悬架系统的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种车身高度控制方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的一种适用于车辆在颠簸路面行驶时的车身高度控制方法的流程图；

图8为本发明实施例提供的一种适用于车辆在弯道行驶时的车身高度控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，示出了一种高度可调的减震器。该减震器包括：电机模块1、齿轮2、齿条3、滑动装置4、支撑架5、减振装置6和关节轴承7；

电机模块1固定安装在支撑架5的第一侧面，电机模块1的电机输出轴与齿轮2过盈配合连接在一起。支撑架5可以是由多块矩形板焊接而成的箱体类结构零件，是整个减震器的支撑结构。具体的，电机模块1通过螺栓固定在支撑架的第一侧面a，参见图3，示出了用于安装螺栓的螺栓孔51，以及供电机模块1的电机输出轴穿过的轴孔52。电机模块1具体的可以为舵机。在一个具体实施例中，齿轮2和电机输出轴分别取h7/k6公差带；舵机灵敏度可选为0.1-0.2s/60°，转动角度可选为180-300°，为了保证足够的抬升力，齿轮的分度圆半径r与舵机额定扭矩m的关系，应满足：m/r>s*f，其中s为抬升力的安全系数，其值大于等于1，f为抬升力，其值为车辆1/4簧上质量。

滑动装置4固定安装在支撑架5的第二侧面。齿条3与齿轮2啮合，齿条3还与滑动装置4连接，齿条3在齿轮2的旋转带动以及滑动装置4的滑动作用下作直线运动。电机模块1输出的动力通过齿轮2和齿条3啮合的方式由旋转动力转化为齿条3的往复直线运动，通过齿条3的往复直线运动，带动车身上下运动，达到调节车身高度的目的。需要说明的是，图中示出的第二侧面是与第一侧面垂直的面，这仅是本发明实现的一种具体方案，设计人员可以根据需要确定第二侧面就是第一侧面，即滑动装置4与电机模块1安装在支撑架5的同一侧面，或者确定第二侧面是与第一侧面平行的侧面，即与第一侧面相对的侧面。

减振装置6安装在支撑架5的底面b。减振装置的竖直中心线的延长线c经过齿轮2和齿轮3的啮合中心，避免减震装置6因安装位置与齿轮2齿条3啮合位置不在同一直线上产生弯矩，造成零件弯曲变形。滑动装置4和减振装置6也可以通过螺栓固定在支撑架5上。齿条3与滑动装置4也可以通过螺栓连接。

关节轴承7固定在齿条3的上端。

本实施例提供的高度可调的减震器，可以通过关节轴承7固定在车架上，以及减振装置6的下端通过螺栓固定在下叉臂底端，这样的布置关系可以正大安装控件。

可选的，所述滑动装置4具体包括：

滑轨41和滑块42，滑块42固定在支撑架5的第二侧面，滑轨41与齿条2的非齿面通过螺栓固定连接，齿条2在滑轨41与滑块42的滑动作用下沿滑轨方向l作直线运动。

参见图4和图5，示出了一种悬架系统，该悬架系统应用在双叉臂式悬架框架11，该悬架系统包括左侧车身高度调节装置12、右侧车身高度调节装置13、左侧车身高度传感器14、右侧车身高度传感器15、车身左侧障碍物位置传感器16、车身右侧障碍物位置传感器17和车载控制器18。

左侧车身高度传感器14和右侧车身高度传感器15可以是超声波位移传感器，分别安装在左右侧车身底部，超声波位移传感器最大量程可选为2-3m，测距精度可选为3-5mm，探测频率可选为10-30hz。

车身左侧障碍物位置传感器16和车身右侧障碍物位置传感器17也可以是超声波位移传感器，分别安装在左右侧车身外部，超声波位移传感器最大量程可选为8-10m，测距精度可选为5-10mm，探测频率可选为10-30hz。

左侧车身高度调节装置12和右侧车身高度调节装置13均为上述的减震器，减振装置6的下端固定在双叉臂式悬架框架11的下叉臂底端，关节轴承7与车架固定连接。

左侧车身高度传感器14，用于检测车辆左侧底盘距离地面的高度；右侧车身高度传感器15，用于检测车辆右侧底盘距离地面的高度；车身左侧障碍物位置传感器16，用于检测车辆左侧障碍物距离车辆的距离；所述车身右侧障碍物位置传感器17，用于检测车辆右侧障碍物距离车辆的距离。

车载控制器18，用于根据车速、方向盘转角，结合左侧车身高度传感器14、右侧车身高度传感器15、车身左侧障碍物位置传感器16和车身右侧障碍物位置传感器17采集的数据，控制左侧车身高度调节装置12和/或右侧车身高度调节装置13以调节左右侧车身高度。车载控制器18可以读取车辆can总线得到车速和方向盘转角数据。

车载控制器18在控制车身高度的过程中，根据左右侧实际车身高度与期望高度差，输出两路pwm信号用于分别控制左侧车身高度调节装置12、右侧车身高度调节装置13中的电机转动，实现闭环控制，精确地调节左右侧车身高度。下面详细介绍各种路况下车载控制器18控制车身高度的过程。

本实施例提供了一种车身高度控制方法，应用于上述悬架系统，参见图6，该方法包括步骤：

s11：获取车辆的当前车速以及预设的n个速度范围。

每个速度范围对应一个高度值，速度范围的速度越高则其对应的高度值越小，n为大于1的整数。

s12：确定当前车速所在的速度范围；

s13：发送第一调节信号至左侧车身高度调节装置12以及右侧车身高度调节装置13。

第一调节指令用以调整车辆的左侧车身高度以及右侧车身高度均为当前车速所在的车速范围对应的高度值。例如，n为2，两个速度范围分别为大于等于60km/h和小于60km/h，大于等于60km/h的速度范围对应的高度值为30cm，小于60km/h的速度范围对应的高度值为35cm，当前车速为70km/h，则发送第一调节信号至左侧车身高度调节装置12以及右侧车身高度调节装置13；通过左侧车身高度调节装置12将左侧车身高度调成为30cm；通过右侧车身高度调节装置13将右侧车身高度调成为30cm。即调节整个车身高度为30cm时停止调节，以提高车辆高速行驶时的稳定性以及低速行驶时的舒适性和通过性。

本实施例提供了一种适用于车辆在颠簸路面行驶时的车身高度控制方法，应用于上述悬架系统，参见图7，该方法包括步骤：

s21：获取左侧车身高度传感器14和右侧车身高度传感器15的检测数据。

s22：判断左侧车身高度传感器14的检测数据在预设的时间阈值内的最大变化值是否大于预设的高度阈值，以及判断右侧车身高度传感器15的检测数据在时间阈值内的最大变化值是否大于高度阈值。

s23：当左侧车身高度传感器14和/或右侧车身高度传感器15的检测数据在时间阈值内的最大变化值大于高度阈值时，则发送第二调节信号至左侧车身高度调节装置12以及右侧车身高度调节装置13。

第二调节信号用以调整车辆的左侧车身高度以及右侧车身高度均升高第一高度值，在升高第一高度值后停止调节。例如，时间阈值为1s，高度阈值为20mm，第一高度值为5cm，车辆某侧的车身高度在1s内变化最大值超过了20mm，则通过左侧车身高度调节装置12以及右侧车身高度调节装置13的调节，控制整个车身高度升高提高5cm，以提高车辆行驶的舒适性和通过性。

本实施例提供了一种适用于车辆在弯道行驶时的车身高度控制方法，应用于上述悬架系统，参见8，该方法包括步骤：

s31：获取车辆的方向盘当前转角以及预设的m个转角范围。

每个所述转角范围对应两个高度值，转角范围的转角越大则其对应的两个高度值的绝对值越大，m为大于2的整数，两个高度值为第二高度值和第三高度值。

s32：确定当前转角所在的转角范围。

s33：发送第三调节信号至所述左侧车身高度调节装置12，并发送第四调节信号至所述右侧车身高度调节装置13。

第三调节信号用以调整车辆的左侧车身高度变化第二高度值；第四调节信号用以调节车辆的右侧车身高度变化第三高度值，使得车辆的内侧车身高度降低以及车辆的外侧车身高度抬升。

例如，m为3，三个转角范围分别转角小于10°的范围、向右的转角大于等于10°的范围和向左的转角大于等于10°的范围；转角小于10°的范围对应的第二高度值和第三高度值均为零；向右的转角大于等于10°的范围对应的第二高度值为+2cm，第三高度值为-2cm；向左的转角大于等于10°的范围对应的第二高度值为-2cm，第三高度值为+2cm，方向盘当前转角为向右转动11°，则通过右侧车身高度调节装置13将右侧车身高度降低2cm，并通过左侧车身高度调节装置12将左侧车身高度升高2cm，以提高车辆在弯道行驶时的稳定性、安全性和舒适性。

本实施例提供了一种适用于车辆在发生侧面碰撞前的车身高度控制方法，应用于上述悬架系统，该方法包括以下步骤：

s41：获取车辆的当前车速、方向盘当前转角，以及车身左侧障碍物位置传感器16和车身右侧障碍物位置传感器17的检测数据。

s42：根据车身左侧障碍物位置传感器16和车身右侧障碍物位置传感器17的检测数据，计算得到左侧障碍物向车辆的移动速度、以及右侧障碍物向车辆的移动速度。

执行步骤s42，根据车身左侧障碍物位置传感器16和车身右侧障碍物位置传感器17的检测数据，利用差分算法，计算得到左侧障碍物向车辆的移动速度、以及右侧障碍物向车辆的移动速度。

s43：根据当前车速和方向盘当前转角，计算得到车辆的左移速度或右移速度；

s44：若左侧障碍物向车辆的移动速度大于车辆的右移速度，或者，右侧障碍物向车辆的移动速度大于车辆的左移速度，则发送第五调节信号至左侧车身高度调节装置12以及右侧车身高度调节装置13。

第五调节信号用以调整车辆的左侧车身高度以及右侧车身高度均升高第四高度值，以提高车辆在发生侧面碰撞时的安全性。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。