CN105818633B - 一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统及其控制方法，包括数据库单元、传感器单元、电子控制单元ECU、车辆工况调节模块及专家系统。通过智能网联技术实现车辆能够预瞄前方路况，并智能的在“舒适”、“标准”、“蓄能”工况之间切换。在“舒适”工况下，悬架能够自动改变参数适应当前路况；在“蓄能”工况下，可回收能量为车载电气设备供电，以达到节能减排、绿色出行的目的。同时，本发明实现信息共享，保证了数据库内数据的精确性与有效性。本发明能够有效减提升车辆的乘坐舒适性与操作稳定性，且对于传感器的探测距离以及精确度和车载计算机的性能要求不高，实用性较强，对于中高端车辆以及智能交通的发展都有着重要的意义。

Description

一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统及其控制方法

技术领域

本发明属于车辆悬架系统控制优化领域，尤其是对于应用惯容器技术的多工况车辆悬架系统的控制。本发明涉及一种悬架工况主动调整的方法，特指一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统及其控制方法。

背景技术

路况探测技术能够对道路的状况进行探测，进而可实现对于路面谱的分析，对于车辆的乘坐舒适性甚至行驶安全性都有着不可忽视的作用。目前的路况探测技术主要有实时采集方法与预瞄分析方法。其中实时采集方法是利用传感器对与车辆前方的道路状况进行探测，并将数据发送到车载计算机中进行处理，通过计算机的实时运算得到车辆所行进道路的状况测评结果。这一方法对于传感器的精度、探测距离，以及计算机的处理速度都有着较为苛刻的要求，并且会不可避免的产生迟滞的问题，进而影响车辆的乘坐舒适性与操控稳定性。而采用预瞄分析的方法，可避免或者显著减小由于传感器探测距离以及计算机运算速度限制而导致的迟滞问题。目前的预瞄技术主要可分为车前预瞄和轴距预瞄两种。车前预瞄是在车辆前方安装路面位移传感器，成本相对较高；而轴距预瞄无须使用路面位移传感器，是一种较为经济的方法。轴距预瞄主要是根据车辆的结构特点，假定后轮的位移输入与前轮处基本相同，仅存在一个时间上的滞后，因而可利用前轮的路面位移输入信号作为后轮未来的路面输入信息，但是此方法仅对后轮的控制较好，对于前轮则没有采取控制措施。总的来说，预瞄对于车辆悬架的主动控制有着不可替代的作用。

智能网联技术是一个目前非常新颖的概念，是以车辆为主体和主要节点，通过现代通信与网络技术，将车辆与外部节点相连接进行信息共享和行为协调，为驾驶员的驾驶行为提供支持，以达到车辆安全、有序、高效行驶的多车辆系统。智能网联核心技术包含车辆整体感知技术、无线通信技术、车载自组织网络技术(VA-NET)、安全辅助驾驶技术、信息融合技术以及数据处理技术等。

剑桥大学学者SIMTH于2003年提出了惯容器的思想，并设计出齿轮齿条式惯容器与滚珠丝杠式惯容器后，实现了机械与电子网络之间严格的对应，在原有弹簧阻尼两元件结构的基础上增加惯容器设备，实现既能够缓冲并衰减高频振动和冲击，也能缓冲并衰减低频振动和冲击的隔振结构。克服了基于传统隔振理论的隔振系统不能解决隔振效果的优异性与设备工作空间、动载荷之间矛盾的问题。

中国专利CN201410560364.5公开了一种多工况车辆悬架，能够使悬架可工作在“被动”、“半主动”、“主动”三种工况，但是缺少相匹配的控制方法与系统，不能实现对于路口的提前预瞄。

发明内容

基于以上原因，本发明提供了一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统及其控制方法，可有效解决现有被动悬架减振效果不理想，主动悬架能耗高、迟滞现象明显的问题，实现车辆对于路况的主动感知与智能决策。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统，包括数据库单元、传感器单元、电子控制单元ECU、车辆工况调节模块及专家系统，所述ECU分别与数据库单元、传感器单元、车辆工况调节模块及专家系统通过数据线相连：

所述数据库单元包括网络数据库和本地数据库，所述网络数据库与本地数据库相连，所述本地数据库与ECU相连；所述本地数据库可从网络数据库中读取、下载数据，还可以修正网络数据库中的数据；

所述传感器单元包括GPS模块、道路信息探测模块及车辆信息采集模块；

所述GPS模块定位车辆位置；所述道路信息探测模块采集车辆通过的实际路况；所述车辆信息采集模块采集车辆的运行信息；上述三个模块均将定位、采集的信息传输至ECU；

所述专家系统存有对路面环境状况数据的分类决策标准和对系统反馈的评价标准。

进一步，所述网络数据库与本地数据库的连接方式可选择DSRC或3G网络或4G网络。

进一步，所述网络数据库包含有卫星采集或用户上传的路面状况数据。

进一步，所述车辆工况调节模块可以使车辆在“标准”、“舒适”或“蓄能”三种工况中自动或手动切换。

进一步，所述“舒适”工况下，车辆工况调节模块能够自动调节悬架的弹簧刚度k，阻尼系数c以及惯质系数b。

进一步，所述“蓄能”工况下，能够通过悬架系统中的电机设备将能量转化为电能，存储于超级电容中。

一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1)，GPS模块对车辆进行定位，确定所在道路位置；

步骤2)，ECU对本地数据库进行搜索，寻找相应的道路数据；

步骤3)，若有本地数据，转至步骤4)，如无本地数据，转至步骤5)；

步骤4)，ECU根据本地数据存放时间长短决定是否需要更新或人工选择更新，若需更新，则转至步骤5)，否则转至步骤6)；

步骤5)，本地数据库连接至网络数据库下载最新数据，并将其存入本地数据库中；

步骤6)，本地数据库中的路面状况信息输入ECU，同时输入的还有传感器单元所探测到的车辆信息；

步骤7)，ECU对数据库单元、传感器单元传输的数据进行计算分析，并将结果导入专家系统进行决策，ECU将决策转换为控制信号，控制车辆工况调节模块在“标准”、“舒适”或“蓄能”工况中选择最佳工况；

步骤8)，传感器单元继续探测车辆行驶状况，ECU根据车辆信息采集模块采集的数据和专家系统中对于系统反馈的评价标准对车辆工况调节模块的控制策略进行评价，若有明显误差现象，转至步骤9)，否则转至步骤10)；

步骤9)，ECU对本地数据库中的原有数据进行修正后上传到网络数据库，将道路信息进行共享，方便其他车辆出行；

步骤10)，若车辆出行完毕，结束本次服务，否则转至步骤6)。

进一步，所述步骤6)中传感器单元所探测到的车辆信息包括车速、横向加速度、纵向加速度、车身俯仰角、方向盘转角。

进一步，所述步骤7)中车辆的工况还可以通过驾驶员手动进行选择。

本发明的有益效果是：本发明基于智能网联的多工况悬架预瞄控制系统，能够实现对于前方路况的预瞄，预先计算出悬架的控制策略，避免了现有主动控制对于实时性的过高要求，能够有效提升车辆的乘坐舒适性与操作稳定性，改善人们的驾驶与乘坐体验和行车安全性；且系统相对简单可行，对于传感器单元的探测距离以及精确度和电子控制单元ECU的性能要求不高。同时，作为一种闭环系统，又保证了数据库内数据的有效性，具有更强的实用性，对于中高端车辆以及智能交通的发展都有着重要的意义。

附图说明

图1为所述一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统框图；

图2为所述一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统运行流程图；

图3为所述一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统在“舒适”模式下的运行流程图。

图中，1-数据库单元；2-传感器单元；3-ECU；4-车辆工况调节模块；5-网络数据库；6-本地数据库；7-GPS模块；8-道路信息探测模块；9-车辆信息采集模块；10-专家系统。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1为所述一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统框图，包括数据库单元1、传感器单元2、电子控制单元ECU3、车辆工况调节模块4及专家系统10，ECU3分别与数据库单元1、传感器单元2、车辆工况调节模块4及专家系统10通过数据线相连。

所述数据库单元1包括网络数据库5和本地数据库6，所述网络数据库5包含有卫星采集或用户上传的路面状况数据；所述网络数据库5与本地数据库6可选择DSRC或3G网络或4G网络连接，本发明优选为3G网络连接，这样可以避免需要布置众多的路测设备，3G网络已经能满足目前数据量的传输速度；所述本地数据库6与ECU3相连；所述本地数据库6可从网络数据库5中读取、下载数据，本地数据库6作为用户的常用路面数据存储设备以及新路段数据下载后的暂存设备；此外，本地数据库6还可以上传最新的路面状况数据到网络数据库5中。

所述传感器单元2包括GPS模块7、道路信息探测模块8及车辆信息采集模块9；

所述GPS模块7定位车辆位置；所述道路信息探测模块8采集车辆通过的实际路况；所述车辆信息采集模块9采集车辆的运行信息；上述三个模块均将定位、采集的信息传输至ECU3。

所述专家系统10存有对路面环境状况数据的分类决策标准，ECU3根据专家系统10和本地数据库6中的数据，控制车辆工况调节模块4对车辆工况进行选择。

所述车辆工况调节模块4可以使车辆在“标准”、“舒适”或“蓄能”三种工况中自动或手动切换；

所述“标准”工况下，悬架为普通的“弹簧-阻尼-惯容器”三元件工作状态，相对于传统“弹簧-阻尼”两元件的机构，车辆在低频振动下具有更好的行驶平顺性；所述“舒适”工况下，车辆工况调节模块4能够自动调节悬架的弹簧刚度k，阻尼系数c以及惯质系数b；所述“蓄能”工况下，能够通过悬架系统中的电机设备将能量转化为电能，存储于超级电容中，给车辆上的电气设备供电，以此实现节能减排、绿色出行。

所述专家系统10还存有对于系统反馈的评价标准，该标准主要指标为车身加速度均方根，悬架动行程均方根和轮胎动载荷均方根。系统在工作的过程中，车辆信息采集模块9采集车辆本身的运行信息，对车辆运行信息进行监测，ECU3根据所记录的上述三个指标及专家系统10中对系统反馈的评价标准评价所采用数据的合理性并对本地数据库6中的数据进行修正，由此形成一套学习机制，使得基于智能网联的多工况悬架预瞄系统能够自我更新，始终保持最新、最科学的控制策略，接近实时控制的效果。

图2为一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统运行流程图，包括步骤：

步骤1)，当车辆在道路上行驶时，首先通过GPS模块7对车辆进行定位，确定所在道路位置；

步骤2)，ECU3开始在本地数据库6搜索相应的道路数据；

步骤3)，若有本地数据，转至步骤4)，如无本地数据，转至步骤5)；

步骤4)，ECU3根据本地数据存放时间长短决定是否需要更新或人工选择更新，若需更新，则转至步骤5)，否则转至步骤6)；

步骤5)，本地数据库6连接至网络数据库5下载最新数据，并将其存入本地数据库6中；

步骤6)，本地数据库6中的路面状况信息输入ECU3中，同时输入的还有传感器单元2所探测到的车辆信息，包括车速、横向加速度、纵向加速度、车身俯仰角、方向盘转角；

步骤7)，ECU3对数据库单元1、传感器单元2传输的数据进行计算分析，并将结果导入专家系统进行决策，ECU3将决策转换为控制信号，控制车辆工况调节模块4在“标准”、“舒适”或“蓄能”工况中选择最佳工况；驾驶员对车辆工况也可以进行手动选择，以便使车辆的乘坐舒适性始终保持在最佳范围内；

步骤8)，传感器单元2继续探测车辆行驶状况，ECU3根据车辆信息采集模块9采集的数据和专家系统10中对于系统反馈的评价标准对车辆工况调节模块4的控制策略进行评价，若有明显误差现象，转至步骤9)，否则转至步骤10)；

步骤9)，ECU3对本地数据库6中的原有数据进行修正后上传到网络数据库5，将道路信息进行共享，方便其他车辆出行；

步骤10)，若车辆出行完毕，结束本次服务，否则转至步骤6)。

图3为一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统在“舒适”模式下的运行流程图，当车辆在道路上行驶时，首先通过GPS模块7对车辆进行定位，确定所在道路之后，开始在本地数据库搜索道路数据，若有本地数据，则根据本地数据存放时间长短或人工选择是否更新，若无本地数据，则系统连接至网络数据库5进行下载，随后路面状况信息输入ECU3中，同时输入的还有传感器单元2所探测到的车辆信息，ECU3对此进行计算分析，并导入专家系统10进行决策，得出一个调节悬架参数的策略，控制车辆工况调节模块4进行参数调整，调节悬架的刚度系数k、阻尼系数c以及惯质系数b。此时传感器单元2继续探测车辆行驶状况，ECU3结合专家系统10中的评价标准对于控制策略进行评价，若有明显误差现象，将对其进行修正后上传到网络数据库5中，将道路信息进行共享，方便其他车辆出行。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统，其特征在于，包括数据库单元(1)、传感器单元(2)、电子控制单元ECU(3)、车辆工况调节模块(4)及专家系统(10)，所述ECU(3)分别与数据库单元(1)、传感器单元(2)、车辆工况调节模块(4)及专家系统(10)通过数据线相连：

所述数据库单元(1)包括网络数据库(5)和本地数据库(6)，所述网络数据库(5)与本地数据库(6)相连，所述本地数据库(6)与ECU(3)相连；所述本地数据库(6)可从网络数据库(5)中读取、下载数据，还可以修正网络数据库(5)中的数据；

所述传感器单元(2)包括GPS模块(7)、道路信息探测模块(8)及车辆信息采集模块(9)；

所述GPS模块(7)定位车辆位置；所述道路信息探测模块(8)采集车辆通过的实际路况；所述车辆信息采集模块(9)采集车辆的运行信息；上述四个模块均将定位、采集的信息传输至ECU(3)；所述专家系统(10)存有对路面环境状况数据的分类决策标准和对系统反馈的评价标准；

所述车辆工况调节模块(4)可以使车辆在“标准”、“舒适”或“蓄能”三种工况中自动或手动切换，所述“舒适”工况下，车辆工况调节模块(4)能够自动调节悬架的弹簧刚度k，阻尼系数c以及惯质系数b。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统，其特征在于，所述网络数据库(5)与本地数据库(6)的连接方式可选择DSRC或3G网络或4G网络。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统，其特征在于，所述网络数据库(5)包含有卫星设备采集或用户上传的路面状况数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统，其特征在于，所述“蓄能”工况下，能够通过悬架系统中的电机设备将能量转化为电能，存储于超级电容中。

5.一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)，GPS模块(7)对车辆进行定位，确定所在道路位置；

步骤2)，ECU(3)对本地数据库(6)进行搜索，寻找相应的道路数据；

步骤3)，若有本地数据，转至步骤4)，如无本地数据，转至步骤5)；

步骤4)，ECU(3)根据本地数据存放时间长短决定是否需要更新或人工选择更新，若需更新，则转至步骤5)，否则转至步骤6)；

步骤5)，本地数据库(6)连接至网络数据库(5)下载最新数据，并将其存入本地数据库(6)中；

步骤6)，本地数据库(6)中的路面状况信息输入ECU(3)，同时输入的还有传感器单元(2)所探测到的车辆信息；

步骤7)，ECU(3)对数据库单元(1)、传感器单元(2)传输的数据进行计算分析，并将结果导入专家系统进行决策，ECU(3)将决策转换为控制信号，控制车辆工况调节模块(4)在“标准”、“舒适”或“蓄能”工况中选择最佳工况；

步骤8)，传感器单元(2)继续探测车辆行驶状况，ECU(3)根据车辆信息采集模块(9)采集的数据和专家系统(10)中对于系统反馈的评价标准对车辆工况调节模块(4)的控制策略进行评价，若有明显误差现象，转至步骤9)，否则转至步骤10)；

步骤9)，ECU(3)对本地数据库(6)中的原有数据进行修正后上传到网络数据库(5)，将道路信息进行共享，方便其他车辆出行；

步骤10)，若车辆出行完毕，结束本次服务，否则转至步骤6)。

6.根据权利要求5所述的一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统的控制方法，其特征在于，所述步骤6)中传感器单元(2)所探测到的车辆信息包括车速、横向加速度、纵向加速度、车身俯仰角、方向盘转角。

7.根据权利要求5所述的一种基于智能网联的多工况悬架预瞄系统的控制方法，其特征在于，所述步骤7)中车辆的工况还可以通过驾驶员手动进行选择。