CN103318180A - 一种车辆路面不平度自动识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆路面不平度自动识别系统及方法，包括垂直振动加速度传感器、信号处理模块、硬件系统模块、电源模块、BDM模块、CAN收发模块及汽车CAN总线；所述的垂直振动加速度传感器通过信号处理模块连于硬件系统模块上，该硬件系统模块通过CAN收发模块与汽车CAN总线进行通信；所述的BDM模块把系统调试与软件程序烧录于硬件系统模块上，所述的电源模块为硬件系统模块供电。本发明的有益效果为：利用垂向振动加速度传感器采集路面信号通过相关的数据处理得到路面不平度等级；为控制策略提供逻辑判断依据，选择适合控制算法程序，使汽车在行驶中自动调整车辆模式，有利于改善车辆平顺性，操控性与舒适性。

Description

一种车辆路面不平度自动识别系统及方法

技术领域

本发明涉及一种车辆道路不平度自动识别技术领域，尤其涉及一种包括硬件系统、信号采集与处理、软件算法，还特别适用于半主动/主动车辆当前行驶路面不平度探测的车辆路面不平度自动识别系统及方法。

背景技术

随着时代进步和科技的发展，人们对车辆的行驶安全性和舒适性要求越来越高，路面不平度通常是用来描述路面的起伏程度，是汽车路面行驶中主要的输入激励，直接影响到车辆行驶的平顺性，舒适性，安全性等各个方面。路面不平度的研究也进行了数十年之久，其测量方法与测量设备也很繁多。但受到对半主动/主动悬架数学模型的精确建立和测量技术的限制，很多方法存在过于繁琐、实施困难、成本高等一系列问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种设计简单测量精度高，实时好，成本低廉，操作简单的车辆路面不平度自动识别系统及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括垂直振动加速度传感器、信号处理模块、硬件系统模块、电源模块、BDM模块、CAN收发模块及汽车CAN总线；所述的垂直振动加速度传感器通过信号处理模块连于硬件系统模块上，该硬件系统模块通过CAN收发模块与汽车CAN总线进行通信；所述的BDM模块把系统调试与软件程序烧录于硬件系统模块上，所述的电源模块为硬件系统模块供电，且把车载12V电转化为5V电。

本发明所采用的车辆路面不平度自动识别系统的识别方法，包括如下步骤：

1）、通过垂直振动加速度传感器采集轮胎振动加速信号；

2）、将所采集的轮胎振动加速信号在信号处理模块内进行滤波和信号放大；

3）、将滤波和放大过的轮胎振动加速信号输入于硬件系统模块内并进行数据处理与数据计算，最终得到路面高度曲线；

4）、对路面高度曲线进行离散傅里叶变换得到路面高度幅值谱并对幅值谱进行均方根值计算；

5）、将双边的路面高度幅值谱变换为单边路面高度幅值谱，并除以频率分辨率；

6）、根据空间频率功率谱密度和时间频率功率谱密度数学关系与汽车CAN总线上获取的车速得到路面不平度和功率谱，藉此得到路面不平度等级。

作为优选，所述的硬件系统模块内进行数据处理与数据计算，其步骤为：去均值——数值积分——去趋势项——数值积分。

本发明的有益效果为：利用垂向振动加速度传感器采集路面信号通过相关的数据处理得到路面不平度等级；为控制策略提供逻辑判断依据，选择适合控制算法程序，使汽车在行驶中自动调整车辆模式，有利于改善车辆平顺性，操控性与舒适性。

附图说明

图1为本发明的系统功能流程图。

图2为本发明的硬件设计方框图。

图3为本发明的路面不平度等级识别系统的流程图。

图4为GB7031路面不平度8级分类标准。

附图中的标号分别为：1、垂直振动加速度传感器；2、信号处理模块；3、硬件系统模块；4、电源模块；5、BDM模块；6、CAN收发模块；7、汽车CAN总线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图2所示，本发明包括垂直振动加速度传感器1、信号处理模块2、硬件系统模块3、电源模块4、BDM模块5、CAN收发模块6及汽车CAN总线7；所述的垂直振动加速度传感器1通过信号处理模块2连于硬件系统模块3上，该硬件系统模块3通过CAN收发模块6与汽车CAN总线7进行通信；所述的BDM模块5把系统调试与软件程序烧录于硬件系统模块3上，所述的电源模块4为硬件系统模块3供电，且把车载12V电转化为5V电。

本发明所采用的车辆路面不平度自动识别系统的识别方法，包括如下步骤（如附图1、3所示）：

1）、通过垂直振动加速度传感器1采集轮胎振动加速信号；

2）、将所采集的轮胎振动加速信号在信号处理模块2内进行滤波和信号放大；

3）、将滤波和放大过的轮胎振动加速信号输入于硬件系统模块3内并进行数据处理与数据计算，最终得到路面高度曲线；

4）、对路面高度曲线进行离散傅里叶变换得到路面高度幅值谱并对幅值谱进行均方根值计算；

5）、将双边的路面高度幅值谱变换为单边路面高度幅值谱，并除以频率分辨率；

6）、根据空间频率功率谱密度和时间频率功率谱密度数学关系与汽车CAN总线7上获取的车速得到路面不平度和功率谱，藉此得到路面不平度等级。

根据GB7031标准中的路面不平度8级分类标准如附图4可得到所测路面不平度等级。由路面不平度等级为控制算法提供逻辑判断依据并选择针对路面不同等级下的控制模式，由硬件系统对执行器进行调节，改变车辆在行驶中的车辆参数，最终达到改善车辆平顺性，舒适性与操控性兼顾的效果。

所述的硬件系统模块3内进行数据处理与数据计算，其步骤为：去均值——数值积分——去趋势项——数值积分。

本发明实施例是一种磁流变半主动悬架路面不平度等级识别方法，具体步骤如下：

1：依据图2硬件方框图设计出相应的硬件并完成硬件的功能与通信接口调试。

2：将轮胎等效成刚性体，根据振动加速度信号的特点确定测量频率带宽和采样点数并选择适合的垂向振动加速度传感器，测量轮胎垂向振动加速度。对轮胎垂向振动加速度曲线进行数据处理与数值计算得到相应的位移曲线。

3：对步骤2中的位移曲线进行离散傅里叶变换处理，再位移曲线幅值谱的均方根值。根据控制芯片的时钟频率和内存大小，垂向加速度传感器的采样频率和采样点数得到路面功率谱密度函数。

4：从汽车CAN总线上获取车速，根据步骤3中的路面功率谱密度函数，由空间频率功率谱密度和时间频率功率谱密度关系式如式1所示与路面不平度功率谱拟合表达式如式2。得到路面不平度系数。

$\mathrm{Gq}\left(f\right)=\frac{1}{\mathrm{uGq}\left(n\right)}=\mathrm{Gq}\left(n0\right)\left(\frac{f}{n0}\right)-u_{w-1}^w.$ ---式1

Gq(n)=Gq(n0)(n/n0)^-w    ——式2

5：根据GB7031中路面不平度8级分类标准见图4，有步骤4中得到的路面不平度系数，对应可得到路面不平度的等级。

6：根据不同等级的路面控制程序自动选择不同的控制程序。

7：有不同路面等级的控制程序输出不同大小的电流值改变磁流变悬架的软硬程度，适时改善车辆的舒适性，平顺性与操控性。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种车辆路面不平度自动识别系统，其特征在于：包括垂直振动加速度传感器（1）、信号处理模块（2）、硬件系统模块（3）、电源模块（4）、BDM模块（5）、CAN收发模块（6）及汽车CAN总线（7）；所述的垂直振动加速度传感器（1）通过信号处理模块（2）连于硬件系统模块（3）上，该硬件系统模块（3）通过CAN收发模块（6）与汽车CAN总线（7）进行通信；所述的BDM模块（5）把系统调试与软件程序烧录于硬件系统模块（3）上，所述的电源模块（4）为硬件系统模块（3）供电，且把车载12V电转化为5V电。

2.一种采用如权利要求1所述的车辆路面不平度自动识别系统的识别方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）、通过垂直振动加速度传感器（1）采集轮胎振动加速信号；

2）、将所采集的轮胎振动加速信号在信号处理模块（2）内进行滤波和信号放大；

3）、将滤波和放大过的轮胎振动加速信号输入于硬件系统模块（3）内并进行数据处理与数据计算，最终得到路面高度曲线；

4）、对路面高度曲线进行离散傅里叶变换得到路面高度幅值谱并对幅值谱进行均方根值计算；

5）、将双边的路面高度幅值谱变换为单边路面高度幅值谱，并除以频率分辨率；

6）、根据空间频率功率谱密度和时间频率功率谱密度数学关系与汽车CAN总线（7）上获取的车速得到路面不平度和功率谱，藉此得到路面不平度等级。

3.根据权利要求2所述的车辆路面不平度自动识别方法，其特征在于：所述的硬件系统模块（3）内进行数据处理与数据计算，其步骤为：去均值——数值积分——去趋势项——数值积分。

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