CN106945479B - 一种多功能独立悬架控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种多功能独立悬架控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多功能独立悬架控制系统及其控制方法，包括运行模式单元、信息采集单元、控制单元和执行单元；所述运行模块单元包括碰撞安全模式、主动巡航模式和手动输入模式；所述控制单元包括碰撞模块ECU、巡航模块ECU和优先级仲裁模块ECU；所述执行单元与抬升汽车底盘的液压缸连接；所述信息采集单元将信号发送到控制单元的碰撞模块ECU、巡航模块ECU，碰撞模块ECU、巡航模块ECU运算后发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU依据信号的优先级将执行信号发送到执行单元，控制底盘抬升或降低高度；改善汽车在恶劣路况下的行驶通过性，在平直良好路面上操控稳定性，以及在汽车发生碰撞过程中减少车内人员伤害。

Description

一种多功能独立悬架控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及汽车智能控制领域，尤其涉及一种通过改变悬架下摆臂长度进而改变汽车底盘高度的多功能独立悬架控制系统及其控制方法。
背景技术
汽车悬架是指车桥(或车轮)与车架(或承载式车身)之间一切的传力连接装置总称。其作用在于传递作用于车轮和车架之间的力和扭矩，缓冲并吸收由于不平路面传给车架或车身的冲击及振动，来保证汽车平顺行驶。在众多独立悬架中，双纵臂式独立悬架既可以使用在前悬架中也可以用于后悬架。车轮上下跳动时，两纵臂同时绕纵臂轴摆动，而纵臂轴的扭转变形也使扭杆产生扭转变形，于是扭杆弹簧缓和了从车轮传过来的冲击载荷。
目前对悬架的研究多是保证汽车行驶的平顺性和操纵稳定性，除了主动悬架和空气悬架外，一般的被动悬架及半主动悬架基本上不具有抬升汽车底盘高度来提高汽车通过性的能力和适当降低底盘高度以提高操控稳定性的能力，更加少见的是通过抬高汽车底盘高度来减少碰撞过程中对车内人员伤害的悬架。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种多功能独立悬架控制系统及其控制方法，通过抬升或降低汽车底盘高度，改善汽车在恶劣路况下的行驶通过性，在平直良好路面上操控稳定性，以及在汽车发生碰撞过程中减少车内人员伤害。
本发明的技术方案是：一种多功能独立悬架控制系统，包括运行模式单元、信息采集单元、控制单元和执行单元；
所述运行模块单元包括碰撞安全模式、主动巡航模式和手动输入模式；
所述信息采集单元包括车载摄像机、红外传感器、超声波雷达、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器和车身前倾传感器；
所述控制单元包括碰撞模块ECU、巡航模块ECU和优先级仲裁模块ECU；
所述执行单元与抬升汽车底盘的液压缸连接；
所述信息采集单元将信号发送到控制单元的碰撞模块ECU、巡航模块ECU，碰撞模块ECU、巡航模块ECU运算后发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU依据信号的优先级将执行信号发送到执行单元，控制底盘抬升或降低高度；
所述碰撞安全模式为完全开启模式，所述信息采集单元的信息传送到碰撞模块ECU，碰撞模块ECU对信息进行处理并发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU给执行单元发出控制指令，控制底盘抬升或降低，碰撞安全模式的抬升指令优先级为最高，
所述主动巡航模式为选择性模式，可选择关闭或开启，所述信息采集单元的信息传送到巡航模块ECU，巡航模块ECU对信息进行处理并判断当前车辆行驶路况，将路况信息发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU给执行单元发出控制指令，控制底盘抬升或降低，主动巡航模式的抬升指令优先级低于碰撞安全模式；
所述手动输入模式只有在主动巡航模式关闭时才生效，在手动输入模式下手动选择抬升或降低汽车底盘高度，该模式的执行优先级最低。
上述方案中，所述执行单元为执行液压缸。
一种根据所述多功能独立悬架控制系统的控制方法，包括以下步骤：
所述碰撞安全模式通过车载摄像机、超声波雷达、车速传感器和红外传感器采集汽车周围环境信息给碰撞模块ECU，碰撞模块ECU对收集到的数据进行处理并给出发生碰撞的概率，若碰撞概率大于预设的危险阈值时，优先级仲裁模块ECU向执行液压缸发出底盘抬升至最高的指令，当危险解除后延迟一段时间汽车底盘恢复至抬升前设定的高度，碰撞安全模式的优先级为最高。
上述方案中，还包括以下步骤：
当所述主动巡航模式为开启时，通过车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集行驶路况信息给巡航模块ECU，巡航模块ECU对采集的数据进行处理并判断当前车辆行驶路况，并将路况信息发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU给执行单元发出控制指令，控制底盘抬升或降低。
上述方案中，所述车辆行驶路况包括路况一；
所述路况一为车辆低速行驶在颠簸路面甚至是无路的地面时，巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据对颠簸程度进行分级，并将当前颠簸等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU依据颠簸等级相应的地抬升汽车底盘高度提高通过性，当车辆越过该路况时恢复至抬升前设定的高度；所述路况一底盘抬升指令优先级低于碰撞安全模式的优先级。
上述方案中，所述车辆行驶路况还包括路况二；
所述路况二为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正行驶在平直良好路面上时，对当前行驶车速进行等级划分，并将划分后的速度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU仅对高速适当地降低汽车底盘高度提高操控稳定性，当车辆不满足所述路况二条件时底盘恢复至抬升前设定的高度；所述路况二底盘抬升指令优先级低于路况一的优先级。
上述方案中，所述车辆行驶路况还包括路况三；
所述路况三为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正在过弯道，对当前过弯车速进行等级划分，并将划分后的过弯速度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU仅对高速过弯等级适当地降低内侧汽车底盘高度以提高过弯稳定性，当车辆不满足该路况三条件时底盘恢复至抬升前设定的高度；所述路况三底盘抬升指令优先级低于路况二的优先级。
上述方案中，所述车辆行驶路况还包括路况四；
所述路况四为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正行驶在上坡路面时，对车速划分等级，并将划分后的速度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU对低速等级适当地抬升汽车底盘高度以保持车身水平，对高速等级适当地降低汽车底盘高度提高操控稳定性，当车辆不满足路况四条件时底盘恢复至抬升前设定的高度；所述路况四底盘抬升指令优先级低于路况三的优先级。
上述方案中，所述车辆行驶路况还包括路况五；
所述路况五为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正行驶在下坡路面时对坡度划分等级，并将划分后的坡度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU仅对陡坡等级适当地降低汽车底盘高度保持车身水平的同时提高操控稳定性，当车辆不满足路况五条件时底盘恢复至抬升前设定的高度，路况五的底盘抬升指令优先级低于路况四的优先级。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明具有简单的结构设计，在汽车上布置容易，可移植性优良。
2、在双横臂独立悬架上安装本发明的下摆臂，可以不改变原来悬架的任何参数，保证了悬架原有的操控稳定性。
3、本控制方法可以在事故发生之前抬升汽车底盘高度，减轻车内人员的伤害程度。
4、本发明不需要额外增加举伸机构及设备，而是利用减震器总成将汽车底盘抬高。
5、本发明利用下摆臂的杠杆放大原理能够实现大幅度抬高汽车底盘。
附图说明
图1是本发明一实施方式的控制流程图；
图2是本发明一实施方式的悬架抬升示意图。
图中：1、车轮固结杆；2、上摆臂；3、车轮；4、减震器总成；5、下摆臂；6、车架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1所示为本发明控制流程图，所述多功能独立悬架控制系统包括运行模式单元、信息采集单元、控制单元、执行单元和抬升机构。
所述运行模块单元包括碰撞安全模式、主动巡航模式和手动输入模式。
所述信息采集单元包括车载摄像机、红外传感器、超声波雷达、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器和车身前倾传感器。
所述车载摄像机用于图像识别；
所述红外传感器用于探测近距离障碍物，弥补超声波传感器在近距离时候探测面狭窄的缺点；
所述超声波雷达用于探测远处障碍物，并探测障碍物的距离及障碍物与本车的相对速度，弥补红外传感器探测距离近的缺点；
所述车速传感器用于探测自身汽车的车速；
所述车速振动传感器用于探测本车身的颠簸信号；
所述车身侧倾传感器用于探测本车身的侧倾角；
所述车身前倾传感器用于探测本车身的前倾角。
所述控制单元包括碰撞模块ECU、巡航模块ECU和优先级仲裁模块ECU。
所述执行单元与汽车底盘抬升机构的执行液压缸连接。
所述信息采集单元的车载摄像机、红外传感器、超声波雷达、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器和车身前倾传感器采集车辆行驶及周围环境信息，并发送到控制单元的碰撞模块ECU、巡航模块ECU，碰撞模块ECU、巡航模块ECU运算后发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU依据信号的优先级将执行信号发送到执行单元，控制底盘抬升或降低高度。
所述碰撞安全模式不可关闭为完全开启模式，所述信息采集单元的信息传送到碰撞模块ECU，碰撞模块ECU对信息进行处理并发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU给执行单元发出控制指令，控制底盘抬升或降低，碰撞安全模式的抬升指令优先级为最高。
所述主动巡航模式为选择性模式，可以按照驾驶员的喜好来选择关闭或开启该模式，所述信息采集单元的信息传送到巡航模块ECU，巡航模块ECU对信息进行处理并判断当前车辆行驶路况(本实施例中该模式提供5种典型路况的控制策略)，将路况信息发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU给执行单元发出控制指令，控制底盘抬升或降低，主动巡航模式的抬升指令优先级低于碰撞安全模式。
所述手动输入模式只有在主动巡航模式关闭时才生效，在手动输入模式下手动选择抬升或降低汽车底盘高度，手动输入模式下设有一键恢复原厂预设底盘高度的功能，该模式的执行优先级为6级最低。
所述执行单元为执行液压缸。执行液压缸的动力来源于蓄能器，蓄能器的动力来源于发动机。当蓄能器内液压能达到下限值时发动机向蓄能器供能，当蓄能器内液压能达到上限值时发动机停止向蓄能器供能。
所述碰撞模块ECU的优先级为0，大于巡航模块ECU优先级为1,2,3,4,5，大于手动输入信号优先级为6。
一种根据所述多功能独立悬架控制系统的控制方法，表1所示为运行模式的分类，所述方法包括以下步骤：
所述碰撞安全模式通过车载摄像机、超声波雷达、车速传感器和红外传感器采集汽车周围环境信息给碰撞模块ECU，碰撞模块ECU对收集到的数据进行处理并给出发生碰撞的概率，若碰撞概率大于预设的危险阈值，优先级仲裁模块ECU向执行液压缸发出底盘抬升至最高的指令，当危险解除后延迟一段时间，汽车底盘恢复至抬升前设定的高度，碰撞安全模式的优先级为最高级0级。
当所述主动巡航模式为开启时，通过车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集行驶路况信息给巡航模块ECU，巡航模块ECU对采集的数据进行处理并判断当前车辆行驶路况，并将路况信息发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU给执行单元发出控制指令，控制底盘抬升或降低。
所述车辆行驶路况包括路况一；所述路况一为车辆低速行驶在国家四级以下甚至是无路的地面时，巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据对颠簸程度进行分级1.1级颠簸、1.2级颠簸和1.3级颠簸，并将当前颠簸等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU依据颠簸等级相应地抬升汽车底盘高度提高通过性，当车辆越过该路况时恢复至抬升前设定的高度。路况一的底盘抬升指令优先级为1级。
所述车辆行驶路况还包括路况二；所述路况二为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正行驶在国家三级以上路面时，对当前行驶车速进行划分低速等级2.1和高速等级2.2，其中小于或等于90Km/h为低速等级2.1，大于90Km/h为高速等级2.2，并将划分后的速度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU仅对高速等级2.2适当地降低汽车底盘高度提高操控稳定性，当车辆不满足所述路况二条件时底盘恢复至抬升前设定的高度。路况二的底盘抬升指令优先级为2级。
所述车辆行驶路况还包括路况三；所述路况三为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正在过弯道，对当前过弯车速进行划分低速等级3.1和高速等级3.2，其中小于或等于60Km/h为低速等级3.1，大于60Km/h为高速等级3.2，并将划分后的过弯速度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU仅对高速过弯等级3.2适当地降低内侧汽车底盘高度以提高过弯稳定性，当车辆不满足该路况三条件时底盘恢复至抬升前设定的高度，路况三的底盘抬升指令优先级低于碰撞安全模式抬升指令。路况三的底盘抬升指令优先级为3级。
所述车辆行驶路况还包括路况四；所述路况四为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正行驶在50m以上的上坡路面时，所述上坡路面的坡度大于4°，对车速划分低速等级4.1和高速等级4.2，其中小于或等于80Km/h为低速等级4.1，大于80Km/h为高速等级4.2，并将划分后的速度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU对低速等级4.1适当地抬升汽车底盘高度以保持车身水平，对高速等级4.2适当地降低汽车底盘高度提高操控稳定性，当车辆不满足路况四条件时底盘恢复至抬升前设定的高度，路况四的底盘抬升指令优先级为4级。
所述车辆行驶路况还包括路况五；所述路况五为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正行驶在50m以上的下坡路面时对坡度划分低坡等级5.1和陡坡等级5.2，其中小于或等于4°为低坡等级5.1，大于4°为陡坡等级5.2，并将划分后的坡度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU仅对陡坡等级5.2适当地降低汽车底盘高度保持车身水平的同时提高操控稳定性，当车辆不满足路况五条件时底盘恢复至抬升前设定的高度，路况五的底盘抬升指令优先级为5级。
表1：运行模式分类
本发明的多功能独立悬架系统及控制方法不仅仅局限于通过改变双横臂式独立悬架的下摆臂来抬升汽车底盘高度的控制策略，还包括凡有上、下摆臂构成四连杆机构的悬架，通过改变四连杆系的某一根杆或多根杆来实现汽车底盘改变的控制方法。本实施例中以双纵臂式独立悬架为例，如图2所示，所述抬升机构包括可伸缩下摆臂5、减震器总成4、车轮3、上摆臂2、车轮固结杆1和车架6；所述车6、可伸缩下摆臂5、车轮固结杆1和上摆臂2形成四连杆机构，可伸缩下摆臂5、车架和减震器总成4形成三角形结构，通过控制执行液压缸收缩或伸张可以抬升或降低汽车底盘高度，改善汽车在恶劣路况下的行驶通过性，在平直良好路面上操控稳定性，以及在汽车发生碰撞过程中减少车内人员伤害。其中，执行液压缸是可伸缩下摆臂的一部分，是其可动原件；图2中虚线为各部件的原始位置，实现为各部件抬升后的位置状态。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能独立悬架控制系统，其特征在于，包括运行模式单元、信息采集单元、控制单元和执行单元；
所述运行模块单元包括碰撞安全模式、主动巡航模式和手动输入模式；
所述信息采集单元包括车载摄像机、红外传感器、超声波雷达、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器和车身前倾传感器；
所述控制单元包括碰撞模块ECU、巡航模块ECU和优先级仲裁模块ECU；
所述执行单元为执行液压缸；
所述信息采集单元将信号发送到控制单元的碰撞模块ECU、巡航模块ECU，碰撞模块ECU、巡航模块ECU运算后发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU依据信号的优先级将执行信号发送到执行单元，控制底盘抬升或降低高度；
所述碰撞安全模式为完全开启模式，所述信息采集单元的信息传送到碰撞模块ECU，碰撞模块ECU对信息进行处理并发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU给执行单元发出控制指令，控制底盘抬升或降低，碰撞安全模式的抬升指令优先级为最高，
所述主动巡航模式为选择性模式，可选择关闭或开启，所述信息采集单元的信息传送到巡航模块ECU，巡航模块ECU对信息进行处理并判断当前车辆行驶路况，将路况信息发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU给执行单元发出控制指令，控制底盘抬升或降低，主动巡航模式的抬升指令优先级低于碰撞安全模式；
所述手动输入模式只有在主动巡航模式关闭时才生效，在手动输入模式下手动选择抬升或降低汽车底盘高度，该模式的执行优先级最低。
2.一种根据权利要求1所述多功能独立悬架控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述碰撞安全模式通过车载摄像机、超声波雷达、车速传感器和红外传感器采集汽车周围环境信息给碰撞模块ECU，碰撞模块ECU对收集到的数据进行处理并给出发生碰撞的概率，若碰撞概率大于预设的危险阈值时，优先级仲裁模块ECU向执行液压缸发出底盘抬升至最高的指令，当危险解除后延迟一段时间汽车底盘恢复至抬升前设定的高度，碰撞安全模式的优先级为最高。
3.根据权利要求1所述多功能独立悬架控制系统的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当所述主动巡航模式为开启时，通过车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集行驶路况信息给巡航模块ECU，巡航模块ECU对采集的数据进行处理并判断当前车辆行驶路况，并将路况信息发送到优先级仲裁模块ECU，优先级仲裁模块ECU给执行单元发出控制指令，控制底盘抬升或降低。
4.根据权利要求3所述多功能独立悬架控制系统的控制方法，其特征在于，所述车辆行驶路况包括路况一；
所述路况一为车辆低速行驶在颠簸路面甚至是无路的地面时，巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据对颠簸程度进行分级，并将当前颠簸等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU依据颠簸等级相应的地抬升汽车底盘高度提高通过性，当车辆越过该路况时恢复至抬升前设定的高度；所述路况一底盘抬升指令优先级低于碰撞安全模式的优先级。
5.根据权利要求3所述多功能独立悬架控制系统的控制方法，其特征在于，所述车辆行驶路况还包括路况二；
所述路况二为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正行驶在平直良好路面上时，对当前行驶车速进行等级划分，并将划分后的速度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU仅对高速适当地降低汽车底盘高度提高操控稳定性，当车辆不满足所述路况二条件时底盘恢复至抬升前设定的高度；所述路况二底盘抬升指令优先级低于路况一的优先级。
6.根据权利要求3所述多功能独立悬架控制系统的控制方法，其特征在于，所述车辆行驶路况还包括路况三；
所述路况三为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正在过弯道，对当前过弯车速进行等级划分，并将划分后的过弯速度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU仅对高速过弯等级适当地降低内侧汽车底盘高度以提高过弯稳定性，当车辆不满足该路况三条件时底盘恢复至抬升前设定的高度；所述路况三底盘抬升指令优先级低于路况二的优先级。
7.根据权利要求3所述多功能独立悬架控制系统的控制方法，其特征在于，所述车辆行驶路况还包括路况四；
所述路况四为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正行驶在上坡路面时，对车速划分等级，并将划分后的速度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU对低速等级适当地抬升汽车底盘高度以保持车身水平，对高速等级适当地降低汽车底盘高度提高操控稳定性，当车辆不满足路况四条件时底盘恢复至抬升前设定的高度；所述路况四底盘抬升指令优先级低于路况三的优先级。
8.根据权利要求3所述多功能独立悬架控制系统的控制方法，其特征在于，所述车辆行驶路况还包括路况五；
所述路况五为巡航模块ECU依据所述车载摄像机、车速传感器、车身振动传感器、车身侧倾传感器及车身前倾传感器采集的数据判定车辆正行驶在下坡路面时对坡度划分等级，并将划分后的坡度等级发送给优先级仲裁模块ECU；优先级仲裁模块ECU仅对陡坡等级适当地降低汽车底盘高度保持车身水平的同时提高操控稳定性，当车辆不满足路况五条件时底盘恢复至抬升前设定的高度，路况五的底盘抬升指令优先级低于路况四的优先级。
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