一種多功能獨立懸架控制系統及其控制方法與流程
2023-04-23 02:13:21
本發明涉及汽車智能控制領域，尤其涉及一種通過改變懸架下擺臂長度進而改變汽車底盤高度的多功能獨立懸架控制系統及其控制方法。
背景技術：
汽車懸架是指車橋(或車輪)與車架(或承載式車身)之間一切的傳力連接裝置總稱。其作用在於傳遞作用於車輪和車架之間的力和扭矩，緩衝並吸收由於不平路面傳給車架或車身的衝擊及振動，來保證汽車平順行駛。在眾多獨立懸架中，雙縱臂式獨立懸架既可以使用在前懸架中也可以用於後懸架。車輪上下跳動時，兩縱臂同時繞縱臂軸擺動，而縱臂軸的扭轉變形也使扭杆產生扭轉變形，於是扭杆彈簧緩和了從車輪傳過來的衝擊載荷。
目前對懸架的研究多是保證汽車行駛的平順性和操縱穩定性，除了主動懸架和空氣懸架外，一般的被動懸架及半主動懸架基本上不具有抬升汽車底盤高度來提高汽車通過性的能力和適當降低底盤高度以提高操控穩定性的能力，更加少見的是通過抬高汽車底盤高度來減少碰撞過程中對車內人員傷害的懸架。
技術實現要素：
本發明的目的是針對上述問題提供一種多功能獨立懸架控制系統及其控制方法，通過抬升或降低汽車底盤高度，改善汽車在惡劣路況下的行駛通過性，在平直良好路面上操控穩定性，以及在汽車發生碰撞過程中減少車內人員傷害。
本發明的技術方案是：一種多功能獨立懸架控制系統，包括運行模式單元、信息採集單元、控制單元和執行單元；
所述運行模塊單元包括碰撞安全模式、主動巡航模式和手動輸入模式；
所述信息採集單元包括車載攝像機、紅外傳感器、超聲波雷達、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器和車身前傾傳感器；
所述控制單元包括碰撞模塊ecu、巡航模塊ecu和優先級仲裁模塊ecu；
所述執行單元與抬升汽車底盤的液壓缸連接；
所述信息採集單元將信號發送到控制單元的碰撞模塊ecu、巡航模塊ecu，碰撞模塊ecu、巡航模塊ecu運算後發送到優先級仲裁模塊ecu，優先級仲裁模塊ecu依據信號的優先級將執行信號發送到執行單元，控制底盤抬升或降低高度；
所述碰撞安全模式為完全開啟模式，所述信息採集單元的信息傳送到碰撞模塊ecu，碰撞模塊ecu對信息進行處理並發送到優先級仲裁模塊ecu，優先級仲裁模塊ecu給執行單元發出控制指令，控制底盤抬升或降低，碰撞安全模式的抬升指令優先級為最高，
所述主動巡航模式為選擇性模式，可選擇關閉或開啟，所述信息採集單元的信息傳送到巡航模塊ecu，巡航模塊ecu對信息進行處理並判斷當前車輛行駛路況，將路況信息發送到優先級仲裁模塊ecu，優先級仲裁模塊ecu給執行單元發出控制指令，控制底盤抬升或降低，主動巡航模式的抬升指令優先級低於碰撞安全模式；
所述手動輸入模式只有在主動巡航模式關閉時才生效，在手動輸入模式下手動選擇抬升或降低汽車底盤高度，該模式的執行優先級最低。
上述方案中，所述執行單元為執行液壓缸。
一種根據所述多功能獨立懸架控制系統的控制方法，包括以下步驟：
所述碰撞安全模式通過車載攝像機、超聲波雷達、車速傳感器和紅外傳感器採集汽車周圍環境信息給碰撞模塊ecu，碰撞模塊ecu對收集到的數據進行處理並給出發生碰撞的概率，若碰撞概率大於預設的危險閾值時，優先級仲裁模塊ecu向執行液壓缸發出底盤抬升至最高的指令，當危險解除後延遲一段時間汽車底盤恢復至抬升前設定的高度，碰撞安全模式的優先級為最高。
上述方案中，還包括以下步驟：
當所述主動巡航模式為開啟時，通過車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集行駛路況信息給巡航模塊ecu，巡航模塊ecu對採集的數據進行處理並判斷當前車輛行駛路況，並將路況信息發送到優先級仲裁模塊ecu，優先級仲裁模塊ecu給執行單元發出控制指令，控制底盤抬升或降低。
上述方案中，所述車輛行駛路況包括路況一；
所述路況一為車輛低速行駛在顛簸路面甚至是無路的地面時，巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據對顛簸程度進行分級，並將當前顛簸等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu依據顛簸等級相應的地抬升汽車底盤高度提高通過性，當車輛越過該路況時恢復至抬升前設定的高度；所述路況一底盤抬升指令優先級低於碰撞安全模式的優先級。
上述方案中，所述車輛行駛路況還包括路況二；
所述路況二為巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據判定車輛正行駛在平直良好路面上時，對當前行駛車速進行等級劃分，並將劃分後的速度等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu僅對高速適當地降低汽車底盤高度提高操控穩定性，當車輛不滿足所述路況二條件時底盤恢復至抬升前設定的高度；所述路況二底盤抬升指令優先級低於路況一的優先級。
上述方案中，所述車輛行駛路況還包括路況三；
所述路況三為巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據判定車輛正在過彎道，對當前過彎車速進行等級劃分，並將劃分後的過彎速度等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu僅對高速過彎等級適當地降低內側汽車底盤高度以提高過彎穩定性，當車輛不滿足該路況三條件時底盤恢復至抬升前設定的高度；所述路況三底盤抬升指令優先級低於路況二的優先級。
上述方案中，所述車輛行駛路況還包括路況四；
所述路況四為巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據判定車輛正行駛在上坡路面時，對車速劃分等級，並將劃分後的速度等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu對低速等級適當地抬升汽車底盤高度以保持車身水平，對高速等級適當地降低汽車底盤高度提高操控穩定性，當車輛不滿足路況四條件時底盤恢復至抬升前設定的高度；所述路況四底盤抬升指令優先級低於路況三的優先級。
上述方案中，所述車輛行駛路況還包括路況五；
所述路況五為巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據判定車輛正行駛在下坡路面時對坡度劃分等級，並將劃分後的坡度等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu僅對陡坡等級適當地降低汽車底盤高度保持車身水平的同時提高操控穩定性，當車輛不滿足路況五條件時底盤恢復至抬升前設定的高度，路況五的底盤抬升指令優先級低於路況四的優先級。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
1、本發明具有簡單的結構設計，在汽車上布置容易，可移植性優良。
2、在雙橫臂獨立懸架上安裝本發明的下擺臂，可以不改變原來懸架的任何參數，保證了懸架原有的操控穩定性。
3、本控制方法可以在事故發生之前抬升汽車底盤高度，減輕車內人員的傷害程度。
4、本發明不需要額外增加舉伸機構及設備，而是利用減震器總成將汽車底盤抬高。
5、本發明利用下擺臂的槓桿放大原理能夠實現大幅度抬高汽車底盤。
附圖說明
圖1是本發明一實施方式的控制流程圖；
圖2是本發明一實施方式的懸架抬升示意圖。
圖中：1、車輪固結杆；2、上擺臂；3、車輪；4、減震器總成；5、下擺臂；6、車架。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護範圍並不限於此。
圖1所示為本發明控制流程圖，所述多功能獨立懸架控制系統包括運行模式單元、信息採集單元、控制單元、執行單元和抬升機構。
所述運行模塊單元包括碰撞安全模式、主動巡航模式和手動輸入模式。
所述信息採集單元包括車載攝像機、紅外傳感器、超聲波雷達、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器和車身前傾傳感器。
所述車載攝像機用於圖像識別；
所述紅外傳感器用於探測近距離障礙物，彌補超聲波傳感器在近距離時候探測面狹窄的缺點；
所述超聲波雷達用於探測遠處障礙物，並探測障礙物的距離及障礙物與本車的相對速度，彌補紅外傳感器探測距離近的缺點；
所述車速傳感器用於探測自身汽車的車速；
所述車速振動傳感器用於探測本車身的顛簸信號；
所述車身側傾傳感器用於探測本車身的側傾角；
所述車身前傾傳感器用於探測本車身的前傾角。
所述控制單元包括碰撞模塊ecu、巡航模塊ecu和優先級仲裁模塊ecu。
所述執行單元與汽車底盤抬升機構的執行液壓缸連接。
所述信息採集單元的車載攝像機、紅外傳感器、超聲波雷達、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器和車身前傾傳感器採集車輛行駛及周圍環境信息，並發送到控制單元的碰撞模塊ecu、巡航模塊ecu，碰撞模塊ecu、巡航模塊ecu運算後發送到優先級仲裁模塊ecu，優先級仲裁模塊ecu依據信號的優先級將執行信號發送到執行單元，控制底盤抬升或降低高度。
所述碰撞安全模式不可關閉為完全開啟模式，所述信息採集單元的信息傳送到碰撞模塊ecu，碰撞模塊ecu對信息進行處理並發送到優先級仲裁模塊ecu，優先級仲裁模塊ecu給執行單元發出控制指令，控制底盤抬升或降低，碰撞安全模式的抬升指令優先級為最高。
所述主動巡航模式為選擇性模式，可以按照駕駛員的喜好來選擇關閉或開啟該模式，所述信息採集單元的信息傳送到巡航模塊ecu，巡航模塊ecu對信息進行處理並判斷當前車輛行駛路況(本實施例中該模式提供5種典型路況的控制策略)，將路況信息發送到優先級仲裁模塊ecu，優先級仲裁模塊ecu給執行單元發出控制指令，控制底盤抬升或降低，主動巡航模式的抬升指令優先級低於碰撞安全模式。
所述手動輸入模式只有在主動巡航模式關閉時才生效，在手動輸入模式下手動選擇抬升或降低汽車底盤高度，手動輸入模式下設有一鍵恢復原廠預設底盤高度的功能，該模式的執行優先級為6級最低。
所述執行單元為執行液壓缸。執行液壓缸的動力來源於蓄能器，蓄能器的動力來源於發動機。當蓄能器內液壓能達到下限值時發動機向蓄能器供能，當蓄能器內液壓能達到上限值時發動機停止向蓄能器供能。
所述碰撞模塊ecu的優先級為0，大於巡航模塊ecu優先級為1,2,3,4,5，大於手動輸入信號優先級為6。
一種根據所述多功能獨立懸架控制系統的控制方法，表1所示為運行模式的分類，所述方法包括以下步驟：
所述碰撞安全模式通過車載攝像機、超聲波雷達、車速傳感器和紅外傳感器採集汽車周圍環境信息給碰撞模塊ecu，碰撞模塊ecu對收集到的數據進行處理並給出發生碰撞的概率，若碰撞概率大於預設的危險閾值，優先級仲裁模塊ecu向執行液壓缸發出底盤抬升至最高的指令，當危險解除後延遲一段時間，汽車底盤恢復至抬升前設定的高度，碰撞安全模式的優先級為最高級0級。
當所述主動巡航模式為開啟時，通過車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集行駛路況信息給巡航模塊ecu，巡航模塊ecu對採集的數據進行處理並判斷當前車輛行駛路況，並將路況信息發送到優先級仲裁模塊ecu，優先級仲裁模塊ecu給執行單元發出控制指令，控制底盤抬升或降低。
所述車輛行駛路況包括路況一；所述路況一為車輛低速行駛在國家四級以下甚至是無路的地面時，巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據對顛簸程度進行分級1.1級顛簸、1.2級顛簸和1.3級顛簸，並將當前顛簸等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu依據顛簸等級相應地抬升汽車底盤高度提高通過性，當車輛越過該路況時恢復至抬升前設定的高度。路況一的底盤抬升指令優先級為1級。
所述車輛行駛路況還包括路況二；所述路況二為巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據判定車輛正行駛在國家三級以上路面時，對當前行駛車速進行劃分低速等級2.1和高速等級2.2，其中小於或等於90km/h為低速等級2.1，大於90km/h為高速等級2.2，並將劃分後的速度等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu僅對高速等級2.2適當地降低汽車底盤高度提高操控穩定性，當車輛不滿足所述路況二條件時底盤恢復至抬升前設定的高度。路況二的底盤抬升指令優先級為2級。
所述車輛行駛路況還包括路況三；所述路況三為巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據判定車輛正在過彎道，對當前過彎車速進行劃分低速等級3.1和高速等級3.2，其中小於或等於60km/h為低速等級3.1，大於60km/h為高速等級3.2，並將劃分後的過彎速度等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu僅對高速過彎等級3.2適當地降低內側汽車底盤高度以提高過彎穩定性，當車輛不滿足該路況三條件時底盤恢復至抬升前設定的高度，路況三的底盤抬升指令優先級低於碰撞安全模式抬升指令。路況三的底盤抬升指令優先級為3級。
所述車輛行駛路況還包括路況四；所述路況四為巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據判定車輛正行駛在50m以上的上坡路面時，所述上坡路面的坡度大於4°，對車速劃分低速等級4.1和高速等級4.2，其中小於或等於80km/h為低速等級4.1，大於80km/h為高速等級4.2，並將劃分後的速度等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu對低速等級4.1適當地抬升汽車底盤高度以保持車身水平，對高速等級4.2適當地降低汽車底盤高度提高操控穩定性，當車輛不滿足路況四條件時底盤恢復至抬升前設定的高度，路況四的底盤抬升指令優先級為4級。
所述車輛行駛路況還包括路況五；所述路況五為巡航模塊ecu依據所述車載攝像機、車速傳感器、車身振動傳感器、車身側傾傳感器及車身前傾傳感器採集的數據判定車輛正行駛在50m以上的下坡路面時對坡度劃分低坡等級5.1和陡坡等級5.2，其中小於或等於4°為低坡等級5.1，大於4°為陡坡等級5.2，並將劃分後的坡度等級發送給優先級仲裁模塊ecu；優先級仲裁模塊ecu僅對陡坡等級5.2適當地降低汽車底盤高度保持車身水平的同時提高操控穩定性，當車輛不滿足路況五條件時底盤恢復至抬升前設定的高度，路況五的底盤抬升指令優先級為5級。
表1：運行模式分類
本發明的多功能獨立懸架系統及控制方法不僅僅局限於通過改變雙橫臂式獨立懸架的下擺臂來抬升汽車底盤高度的控制策略，還包括凡有上、下擺臂構成四連杆機構的懸架，通過改變四連杆系的某一根杆或多根杆來實現汽車底盤改變的控制方法。本實施例中以雙縱臂式獨立懸架為例，如圖2所示，所述抬升機構包括可伸縮下擺臂5、減震器總成4、車輪3、上擺臂2、車輪固結杆1和車架6；所述車6、可伸縮下擺臂5、車輪固結杆1和上擺臂2形成四連杆機構，可伸縮下擺臂5、車架和減震器總成4形成三角形結構，通過控制執行液壓缸收縮或伸張可以抬升或降低汽車底盤高度，改善汽車在惡劣路況下的行駛通過性，在平直良好路面上操控穩定性，以及在汽車發生碰撞過程中減少車內人員傷害。其中，執行液壓缸是可伸縮下擺臂的一部分，是其可動原件；圖2中虛線為各部件的原始位置，實現為各部件抬升後的位置狀態。
應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但並非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施例的具體說明，它們並非用以限制本發明的保護範圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施例或變更均應包含在本發明的保護範圍之內。