CN107415822A - 一种实时检测车辆底盘扭曲程度的方法及其系统 - Google Patents
一种实时检测车辆底盘扭曲程度的方法及其系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种实时检测车辆底盘扭曲程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：采集车辆的车速信号和左前悬架的高度信号、右前悬架的高度信号、左后悬架的高度信号和右后悬架的高度信号，并对采集的车速信号和高度信号进行预处理；基于经滤波处理后的高度信号计算前后车轴的交叉角，并对计算的交叉角进行滑动平均滤波处理，得到交叉角的平滑值，交叉角α指示车辆底盘扭曲程度；基于预处理后的车速信号，选择性地利用交叉角和交叉角的平滑值来实时确定底盘扭曲程度等级；根据所确定的底盘扭曲程度等级来输出不同等级的提醒信号。此外，本发明还提供了一种实时检测车辆底盘扭曲程度的系统。本发明能够有效提醒驾驶员车辆底盘扭曲的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种车载状态检测装置和方法，特别是一种结构简单的实时检测底盘扭曲程度检测方法及其系统。
背景技术
车辆行驶或停留在越野路面上，或有车轮停在路肩上时，可能由于四轮接地点不在同一个平面，造成各个轮胎和悬架受力不均，进而引起车辆底盘受到扭曲力矩T，如图1所示。由于目前的轿车和大部分越野车都采用了承载式车身，底盘和车身结构抗扭转强度较差，因此扭曲程度较大或车辆长时间处于扭曲状态，会造成底盘结构受损，影响车辆性能甚至会影响到车辆的安全性，并且车辆行驶过程中如果车轮载荷不均还会造成轮胎附着力的下降，降低车辆的驱动力和制动力，严重影响车辆在越野路面的通过性和安全性。因此，实时估算车辆底盘扭曲程度，给驾驶员提醒或警报，对提高车辆在越野环境下的车辆安全和底盘结构保护以及在日常使用中延长车辆使用寿命，都有很重要的意义。
在日常使用中，底盘受力以及悬架状态等都依赖驾驶员停车后，主动下车查看。但这一方法在行驶过程中难以做到，并且停车工况下缺乏经验的驾驶员可能会忽视这一问题，长此以往，会造成车辆底盘的损伤。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种简单的实时检测车辆底盘扭曲程度的方法及其系统，能够在地面不平导致车辆底盘受到扭曲力时，能够估算出扭曲程度，并给驾驶员提示。
本发明采用的技术方案为：
本发明的实施例提供一种实时检测车辆底盘扭曲程度的方法，包括：
S1：信号采集和预处理
以预定的采样周期采集车辆的车速信号v和左前悬架的高度信号hfl、右前悬架的高度信号hfr、左后悬架的高度信号hrl和右后悬架的高度信号hrr，并对采集的车速信号和高度信号进行预处理；
S2：底盘扭曲程度估算
基于经预处理后的高度信号计算前后车轴的交叉角α，并对计算的交叉角进行滑动平均滤波处理，得到所述交叉角的平滑值αfilter，所述交叉角α指示车辆底盘扭曲程度；
S3：底盘扭曲程度分级
基于预处理后的车速信号，选择性地利用所述交叉角和所述交叉角的平滑值来实时确定底盘扭曲程度等级R；
S4：扭曲警报提醒
根据所确定的底盘扭曲程度等级来输出对应于底盘扭曲程度等级的提醒信号。
可选地，在步骤S1中，采用如下滤波函数对采集的车速信号和高度信号进行一阶滞后滤波处理：
xfilter(t)＝k*x(t)+(1-k)*xfilter(t-1)
其中xfilter(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，xfilter(t-1)为第t-1次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，x(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的原始值，k为滤波系数。
可选地，在步骤S2中，采用如下公式来计算所述交叉角：
其中，L为车辆的轮距；
以及，采用如下函数对交叉角进行滑动平均滤波处理：
其中，αfilter(t)为第t次采样时的交叉角的平滑值，n为滑动滤波系数，n>2。
可选地，所述底盘扭曲程度等级R由低到高分为0、1、2、3四个等级，步骤S3具体包括：
当车速信号v<vthr时，车辆处于准静态工况下，所述底盘扭曲程度等级R根据所述交叉角α来进行实时确定：
当R＝0时，如果α>Thrs01，则R＝1；
当R＝1时，如果α>Thrs12，R＝2；如果α<Thrs10，则R＝0；
当R＝2时，如果α>Thrs23，R＝3；如果α<Thrs21，则R＝1；
当R＝3时，如果α<Thrs32，则R＝2；
当车速信号v>vthr时，车辆处于动态工况下，所述底盘扭曲程度等级R根据所述交叉角的平滑值αfilter来进行实时确定：
当R＝0时，如果αfilter>Thrm01，则R＝1；
当R＝1时，如果αfilter>Thrm12，则R＝2；如果αfilter<Thrm10，则R＝0；
当R＝2时，如果αfilter>Thrm23，则R＝3；如果αfilter<Thrm21，则R＝1；
当R＝3时，如果αfilter<Thrm32，则R＝2；
其中，vthr表示预设的车速值，Thrs01、Thrs12、Thrs23、Thrs10、Thrs21、Thrs32和Thrm01、Thrm12、Thrm23、Thrm10、Thrm21、Thrm32分别表示准静态工况和动态工况下使得R进行等级跳转的预设角度门限值，且Thrs23>Thrs32>Thrs12>Thrs21>Thrs01>Thrs10，Thrm23>Thrm32>Thrm01>Thrm10>Thrm12>Thrm21。
可选地，在步骤S4中，通过指示灯或者声音来输出所述提醒信号。
本发明的另一实施例还提供一种实时检测车辆底盘扭曲程度的系统，包括：4个高度传感器、车速传感器、电子控制单元和提醒装置，所述4个高度传感器分别安置在车辆的左前悬架、右前悬架、左后悬架和右后悬架上，用以采集各个悬架的高度信号hfl、hfr、hrl和hrr并将采集的高度信号发送给所述电子控制单元；所述车速传感器采集车辆的车速信号v并将采集的车速信号发送给所述电子控制单元；所述电子控制单元对所接收的高度信号和车速信号进行预处理，基于预处理后的高度信号和车速信号计算车辆的前后车轴的交叉角α，并对计算的交叉角进行滑动平均滤波处理，得到所述交叉角的平滑值αfilter，所述交叉角α指示车辆底盘扭曲程度，并基于预处理后的车速信号，选择性地利用所述交叉角和所述交叉角的平滑值来实时确定底盘扭曲程度等级R以及将对应于底盘扭曲程度等级R的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置；所述提醒装置根据所述底盘扭曲程度等级指令来输出对应于所述底盘扭曲程度等级指令的提醒信号。
可选地，所述电子控制单元采用如下滤波函数对采集的车速信号和高度信号进行一阶滞后滤波处理：
xfilter(t)＝k*x(t)+(1-k)*xfilter(t-1)
其中xfilter(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，xfilter(t-1)为第t-1次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，x(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的原始值，k为滤波系数。
可选地，所述电子控制单元采用如下公式来计算所述交叉角：
其中，L为车辆的轮距；
以及，采用如下函数对交叉角进行滑动平均滤波处理：
其中，αfilter(t)为第t次采样时的交叉角的平滑值，n为滑动滤波系数，n>2。
可选地，所述底盘扭曲程度等级R由低到高分为0、1、2、3四个等级，当车速信号v<vthr时，所述电子控制单元判断车辆处于准静态工况下，按照如下方式来实时确定所述底盘扭曲程度等级R，并将相应的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置：
当R＝0时，如果α>Thrs01，则R＝1；
当R＝1时，如果α>Thrs12，R＝2；如果α<Thrs10，则R＝0；
当R＝2时，如果α>Thrs23，R＝3；如果α<Thrs21，则R＝1；
当R＝3时，如果α<Thrs32，则R＝2；
当车速信号v>vthr时，所述电子控制单元判断车辆处于动态工况下，按照如下方式来实时确定所述底盘扭曲程度等级R，并将相应的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置：
当R＝0时，如果αfilter>Thrm01，则R＝1；
当R＝1时，如果αfilter>Thrm12，则R＝2；如果αfilter<Thrm10，则R＝0；
当R＝2时，如果αfilter>Thrm23，则R＝3；如果αfilter<Thrm21，则R＝1；
当R＝3时，如果αfilter<Thrm32，则R＝2；
其中，vthr表示预设的车速值，Thrs01、Thrs12、Thrs23、Thrs10、Thrs21、Thrs32和Thrm01、Thrm12、Thrm23、Thrm10、Thrm21、Thrm32分别表示准静态工况和动态工况下使得R进行等级跳转的预设角度门限值，且Thrs23>Thrs32>Thrs12>Thrs21>Thrs01>Thrs10，Thrm23>Thrm32>Thrm01>Thrm10>Thrm12>Thrm21。
可选地，所述提醒装置安装在车辆仪表板上，包括输出提醒信号的提示灯或者声音输出装置。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：(1)能够有效提醒驾驶员车辆底盘被扭曲的情况，在越野路面上可以使驾驶员尽量避免该类型路面行驶，以及减少在能导致底盘扭曲的路面上停留的时间，明显减少对车辆的损伤，提高车辆寿命和安全性；(2)仅通过采集悬架的高度信号来计算底盘扭曲程度，计算量小，使用高度传感器来采集悬架的高度信号，可靠性高，由于仅利用高度信号来进行计算，引入信号少，因此故障的几率更低；使用不同悬架被压缩行程的差别，直接估算两个车轴之间的扭曲角度，进而反映底盘受到扭曲的程度，估算效果良好，能适用于车辆行驶中的各种工况，包括公路、越野路面等路况和匀速直行、加速、制动、转弯等驾驶方式下的综合工况等；(3)成本低，用尽可能少的传感器，就可取得良好的效果，如果车辆上装备了半主动悬架系统，则直接可使用其中的悬架高度信号，成本更低。
附图说明
图1为显示现有技术中的车辆底盘扭曲的示意图。
图2为本发明的实时检测车辆底盘扭曲程度的方法流程示意图。
图3为计算车轴交叉角的简化示意图。
图4为本发明的实时检测车辆底盘扭曲程度的系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
图2为本发明的实时检测车辆底盘扭曲程度的方法流程示意图。图3为计算车轴交叉角的简化示意图。图4为本发明的实时检测车辆底盘扭曲程度的系统的结构框图。
【实施例1】
首先结合参考图4和图3对本发明的实时检测车辆底盘扭曲程度的系统进行介绍。
如图4所示，本发明的实时检测车辆底盘扭曲程度的系统包括安置在车辆的左前悬架的左前悬架高度传感器1，安置在车辆的右前悬架的右前悬架高度传感器2，安置在车辆的左后悬架的左后悬架高度传感器3，安置在车辆的右后悬架的右后悬架高度传感器4，电子控制单元5、车速传感器6和提醒装置7，电子控制单元5与各传感器和提醒装置通过信号线连接，其中，左前悬架高度传感器1，右前悬架高度传感器2，左后悬架高度传感器3，右后悬架高度传感器4基于电子控制单元5的指令分别采集左前悬架、右前悬架、左后悬架和右后悬架的高度信号hfl、hfr、hrl和hrr并将采集的高度信号发送给所述电子控制单元5；所述车速传感器6用于采集车辆的车速信号v并将采集的车速信号发送给所述电子控制单元5；所述电子控制单元对所接收的高度信号和车速信号进行预处理，基于预处理后的高度信号和车速信号计算车辆底盘扭曲程度，并实时确定底盘扭曲程度等级R以及将对应于底盘扭曲程度等级R的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置；所述提醒装置根据所述底盘扭曲程度等级指令来输出不同等级的提醒信号。本发明对电子控制单元5的结构并没有特别限制，只要是能够采集信号并能实现运算功能的控制器即可，例如可为通用的单片机控制器。本发明对高度传感器的类型也没有特别限制，可为本领域常用的高度传感器。本发明的车速传感器6可为现有技术中的结构，例如可为通过屏蔽的外套安装在驱动桥壳或变速器壳内的磁电式、霍尔式或光电式传感器等，在本文中，省略对其的具体介绍。所述提醒装置7安装在车辆仪表板上，用于接收电子控制单元5发送的底盘扭曲程度等级指令，并根据该指令来选择的输出对应于底盘扭曲程度等级的提醒信号。在一示例中，提醒装置7可包括三个指示灯，例如3个LED，可通过这三个指示灯的开启和关闭来输出表示不同提示等级的提醒信号，例如，可通过如下操作来一共输出指示4个提醒信号(等级由小到大)：3个灯都不亮；亮1个灯；亮2个灯；亮3个灯，这样，提醒装置7可根据电子控制单元5发送的底盘扭曲程度等级指令来输出相应登等级的提醒信号。本发明对指示灯的发光颜色和强度没有特别限制，只要是能够起到提示作用即可，为避免干扰驾驶员驾驶车辆，指示灯发光时可不进行闪烁。此外，在另一个示例中，提醒装置7可以不包括3个指示灯，而是仅包括1个指示灯，在只为1个指示灯的情况下，可通过调节指示灯的闪烁频率来进行提示，例如，可通过如下操作来输出4个提醒信号(等级由小到大)：无提示；闪烁频率为1hz；闪烁频率为2hz；闪烁频率为3hz。在又一示例中，本发明的提醒装置7可包括声音输出装置，而不是指示灯，从而可通过声音的方式进行提醒，而不是依靠指示灯，例如，可通过设置不同频率的滴滴声来进行提示，可通过如下操作来输出4个提醒信号(等级由小到大)：无提示；声音频率为1hz；声音频率为2hz；声音频率为3hz。
以下参考图3对本发明的实时检测车辆底盘扭曲程度的系统的工作原理进行介绍。
首先，电子控制单元5以Tclock为时钟周期(运行周期，一般为10ms)来接收并对左前悬架高度传感器1，右前悬架高度传感器2，左后悬架高度传感器3，右后悬架高度传感器4发送的车辆的左前悬架的高度信号hfl、右前悬架的高度信号hfr、左后悬架的高度信号hrl和右后悬架的高度信号hrr以及车速传感器6发送的车速信号v进行一阶滞后滤波处理，以减小信号噪声，即各传感器在电子控制单元5的控制指令下，以Tclock为采样周期采集信号。本发明可采用如下滤波函数来对这些信号进行处理：
xfilter(t)＝k*x(t)+(1-k)*xfilter(t-1)
其中xfilter(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，xfilter(t-1)为第t-1次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，x(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的原始值，k为滤波系数，一般为0.25。
接着，电子控制单元5基于预处理后的高度信号来估算车辆底盘扭曲程度。由于车辆底盘受到的地面垂向力主要通过4个悬架与车身连接点来传递，因此底盘受到扭曲力也来源于4个悬架处的垂直载荷分布不均，因此本发明为了简化计算，可以通过计算前后两个车轴的交叉角α来间接反映底盘的扭曲受力程度，进而对底盘扭曲度进行估算，即本发明中，底盘扭曲程度，可根据悬架姿态形成的前后车轴交叉角进行表示。
如图3所示，可根据车辆底盘结构来计算车轴交叉角。根据图3所示出的各信号和底盘结构之间的几何关系，可推导出车轴交叉角可通过如下公式来进行计算：
其中，L为车辆的轮距。
由于车辆在越野路面环境下动态行驶时，底盘可能会被反复颠簸扭曲，而悬架交叉角也是实时变化的。因此为了提高底盘扭曲估算值的稳定性，以免提醒装置反复变化影响驾驶员体验，本发明对悬架交叉角进行滑动平均滤波处理，用于车辆动态工况。电子控制单元5可采用如下函数对交叉角进行滑动平均滤波处理：
其中，αfilter(t)为第t次采样时的交叉角的平滑值，n为滑动滤波系数，n>2，一般不大于10，优选为4或者8。
随后，电子控制单元5基于估算的底盘扭曲程度和车辆的运行工况来对底盘扭曲程度进行分级。本发明根据车速信号对准静态工况和动态工况进行区分，将底盘扭曲程度等级R设置为等级依次递增的0、1、2、3四个等级。为了防止底盘扭曲提醒反复变化，对底盘扭曲程度分级指数R的分级门限设置了回差，以免R在门限值附近反复波动，该回差是指R从低等级跳到高等级与的门限大于从高等级跳到低等级的门限，具体参见随后描述。
<准静态工况>
当在某个计算时刻(如第t次采样时)检测到的车速信号v<vthr(该车速信号已经滤波处理)时，车辆为准静态工况，底盘扭曲程度等级R的初始值R＝0，电子控制单元5基于交叉角α按照如下方式来实时确定所述底盘扭曲程度等级R，并将相应的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置：
当R＝0时，如果α>Thrs01，则R＝1；
当R＝1时，如果α>Thrs12，R＝2；如果α<Thrs10，则R＝0；
当R＝2时，如果α>Thrs23，R＝3；如果α<Thrs21，则R＝1；
当R＝3时，如果α<Thrs32，则R＝2。
即，即R的等级跳转与α门限的关系可如下表1所示：
表1
| R跳转 | 0→1 | 1→2 | 2→3 |
| α门限 | Thrs01 | Thrs12 | Thrs23 |
| R跳转 | 1→0 | 2→1 | 3→2 |
| α门限 | Thrs10 | Thrs21 | Thrs32 |
其中，vthr表示预设的车速值，为试验标定值，一般为2km/h；Thrs01、Thrs12、Thrs23、Thrs10、Thrs21、Thrs32分别为准静态工况下使得R进行等级跳转的预设门限角度值，也称作准静态工况底盘扭曲程度的分级门限，可根据车型通过试验标定设置，各预设门限角度值的关系为：Thrs23>Thrs32>Thrs12>Thrs21>Thrs01>Thrs10。
<动态工况>
当在某个计算时刻(如第t次采样时)检测到的车速信号v<vthr(该车速信号已经滤波处理)时，车辆为动态工况，底盘扭曲程度等级R的初始值R＝0，电子控制单元5基于交叉角的平滑值αfilter按照如下方式来实时确定所述底盘扭曲程度等级R，并将相应的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置：
当R＝0时，如果αfilter>Thrm01，则R＝1；
当R＝1时，如果αfilter>Thrm12，则R＝2；如果αfilter<Thrm10，则R＝0；
当R＝2时，如果αfilter>Thrm23，则R＝3；如果αfilter<Thrm21，则R＝1；
当R＝3时，如果αfilter<Thrm32，则R＝2；
即，R的等级跳转与α门限的关系可如下表2所示：
表2
| R跳转 | 0→1 | 1→2 | 2→3 |
| αfilter门限 | Thrm01 | Thrm12 | Thrm23 |
| R跳转 | 1→0 | 2→1 | 3→2 |
| αfilter门限 | Thrm10 | Thrm21 | Thrm32 |
其中，vthr表示预设的车速值，为试验标定值，一般为2km/h；Thrm01、Thrm12、Thrm23、Thrm10、Thrm21、Thrm32分别为动态工况下使得R进行等级跳转的预设角度值，也称作动态工况底盘扭曲程度的分级门限，可根据各车型通过试验标定设置，各预设门限角度值的关系为：Thrm23>Thrm32>Thrm01>Thrm10>Thrm12>Thrm21。
最后，电子控制单元5将反应底盘扭曲程度等级的指令发送给提醒装置7，提醒装置7根据接收的指令输出与该指令相对应的提醒信号。本实施例以包括3个指示灯的提醒装置为例进行说明，提醒装置的相应操作如下所示：
当提醒装置7接收到对应于R＝0的底盘扭曲程度等级指令时，控制3个指示灯处于关闭状态，即3个灯全灭；
当提醒装置7接收到对应于R＝1的底盘扭曲程度等级指令时，控制3个指示灯中的一个处于开启状态，即亮1个灯；
当提醒装置7接收到对应于R＝2的底盘扭曲程度等级指令时，控制3个指示灯中的2个处于开启状态，即亮2个灯；
当提醒装置7接收到对应于R＝3的底盘扭曲程度等级指令时，控制3个指示灯全部处于开启状态，即3个灯全亮。
当提醒装置7包括一个指示灯或者声音输出装置的情况下，相应操作与包括3个指示灯的情况相似，即按照R的等级来输出相对应等级的提醒信号。
【实施例2】
以下参考图2(同时参考图3和图4)对本发明的实时检测检测车辆底盘扭曲程度的方法进行介绍。
如图2所示，本发明的实时检测检测车辆底盘扭曲程度的方法包括以下步骤：
S1：信号采集和预处理
以预定的采用周期采集车辆的车速信号v和左前悬架的高度信号hfl、右前悬架的高度信号hfr、左后悬架的高度信号hrl和右后悬架的高度信号hrr，并对采集的车速信号和高度信号进行预处理。
S2：底盘扭曲程度估算
基于经预处理后的高度信号计算前后车轴的交叉角α，并对计算的交叉角进行滑动平均滤波处理，得到所述交叉角的平滑值αfilter，所述交叉角α指示车辆底盘扭曲程度。
S3：底盘扭曲程度分级
基于预处理后的车速信号，选择性地利用所述交叉角和所述交叉角的平滑值来实时确定底盘扭曲程度等级R。
S4：扭曲警报提醒
根据所确定的底盘扭曲程度等级来输出对应于所述底盘扭曲程度等级的提醒信号。
以下对上述各步骤进行详细描述。
S1：信号采集和预处理
电子控制单元5以Tclock为时钟周期(运行周期，一般为10ms)来接收并对左前悬架高度传感器1，右前悬架高度传感器2，左后悬架高度传感器3，右后悬架高度传感器4发送的车辆的左前悬架的高度信号hfl、右前悬架的高度信号hfr、左后悬架的高度信号hrl和右后悬架的高度信号hrr以及车速传感器6发送的车速信号v进行一阶滞后滤波处理，以减小信号噪声，即各传感器在电子控制单元5的控制指令下，以Tclock为采样周期采集信号。本发明可采用如下滤波函数来对这些信号进行处理：
xfilter(t)＝k*x(t)+(1-k)*xfilter(t-1)
其中xfilter(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，xfilter(t-1)为第t-1次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，x(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的原始值，k为滤波系数，一般为0.25。
S2：底盘扭曲程度估算
由于车辆底盘受到的地面垂向力主要通过4个悬架与车身连接点来传递，因此底盘受到扭曲力也来源于4个悬架处的垂直载荷分布不均，因此本发明为了简化计算，可以通过计算前后两个车轴的交叉角α来间接反映底盘的扭曲受力程度，进而对底盘扭曲度进行估算，即本发明中，底盘扭曲程度，可根据悬架姿态形成的前后车轴交叉角进行表示。
如图3所示，可根据车辆底盘结构来计算车轴交叉角。根据图3所示出的各信号和底盘结构之间的几何关系，可推导出车轴交叉角可通过如下公式来进行计算：
其中，L为车辆的轮距。
由于车辆在越野路面环境下动态行驶时，底盘可能会被反复颠簸扭曲，而悬架交叉角也是实时变化的。因此为了提高底盘扭曲估算值的稳定性，以免提醒装置反复变化影响驾驶员体验，本发明对悬架交叉角进行滑动平均滤波处理，用于车辆动态工况。电子控制单元5可采用如下函数对交叉角进行滑动平均滤波处理：
其中，αfilter(t)为第t次采样时的交叉角的平滑值，n为滑动滤波系数，n>2，一般不大于10，优选为4或者8。
S3：底盘扭曲程度分级
本发明根据车速信号对准静态工况和动态工况进行区分。将底盘扭曲程度等级R设置为等级依次递增的0、1、2、3四个等级。为了防止底盘扭曲提醒反复变化，对底盘扭曲程度分级指数R的分级门限设置了回差，以免R在门限值附近反复波动，该回差是指R从低等级跳到高等级与的门限大于从高等级跳到低等级的门限，具体参见随后描述。
<准静态工况>
当在某个计算时刻(如第t次采样时)检测到的车速信号v<vthr(该车速信号已经滤波处理)时，车辆为准静态工况，底盘扭曲程度等级R的初始值R＝0，电子控制单元5基于交叉角α按照如下方式来实时确定所述底盘扭曲程度等级R，并将相应的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置：
当R＝0时，如果α>Thrs01，则R＝1；
当R＝1时，如果α>Thrs12，R＝2；如果α<Thrs10，则R＝0；
当R＝2时，如果α>Thrs23，R＝3；如果α<Thrs21，则R＝1；
当R＝3时，如果α<Thrs32，则R＝2。
即，R的等级跳转与α门限的关系可如下表1所示：
表1
| R跳转 | 0→1 | 1→2 | 2→3 |
| α门限 | Thrs01 | Thrs12 | Thrs23 |
| R跳转 | 1→0 | 2→1 | 3→2 |
| α门限 | Thrs10 | Thrs21 | Thrs32 |
其中，vthr表示预设的车速值，为试验标定值，一般为2km/h；Thrs01、Thrs12、Thrs23、Thrs10、Thrs21、Thrs32分别为准静态工况下使得R进行等级跳转的预设角度值，也称作准静态工况底盘扭曲程度的分级门限，可根据车型通过试验标定设置，各预设门限角度值的关系为：Thrs23>Thrs32>Thrs12>Thrs21>Thrs01>Thrs10。
<动态工况>
当在某个计算时刻(如第t次采样时)检测到的车速信号v<vthr(该车速信号已经滤波处理)时，车辆为动态工况，底盘扭曲程度等级R的初始值R＝0，电子控制单元5基于交叉角的平滑值αfilter按照如下方式来实时确定所述底盘扭曲程度等级R，并将相应的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置：
当R＝0时，如果αfilter>Thrm01，则R＝1；
当R＝1时，如果αfilter>Thrm12，则R＝2；如果αfilter<Thrm10，则R＝0；
当R＝2时，如果αfilter>Thrm23，则R＝3；如果αfilter<Thrm21，则R＝1；
当R＝3时，如果αfilter<Thrm32，则R＝2；
即R的等级跳转与α门限的关系可如下表2所示：
表2
| R跳转 | 0→1 | 1→2 | 2→3 |
| αfilter门限 | Thrm01 | Thrm12 | Thrm23 |
| R跳转 | 1→0 | 2→1 | 3→2 |
| αfilter门限 | Thrm10 | Thrm21 | Thrm32 |
其中，vthr表示预设的车速值，为试验标定值，一般为2km/h；Thrm01、Thrm12、Thrm23、Thrm10、Thrm21、Thrm32分别为动态工况下使得R进行等级跳转的预设角度值，也称作动态工况底盘扭曲程度的分级门限，可根据车型通过试验标定设置，各预设门限角度值的关系为：Thrm23>Thrm32>Thrm01>Thrm10>Thrm12>Thrm21。
S4：扭曲警报提醒
提醒装置7接收电子控制单元5发送的底盘扭曲程度等级指令，并根据该指令输出与该指令相对应的提醒信号。本实施例以包括3个指示灯的提醒装置为例进行说明，提醒装置的相应操作如下所示：
当接收到对应于R＝0的底盘扭曲程度等级指令时，控制3个指示灯处于关闭状态，即3个灯全灭；
当接收到对应于R＝1的底盘扭曲程度等级指令时，控制3个指示灯中的一个处于开启状态，即亮1个灯；
当接收到对应于R＝2的底盘扭曲程度等级指令时，控制3个指示灯中的两个处于开启状态，即亮2个灯；
当接收到对应于R＝3的底盘扭曲程度等级指令时，控制3个指示灯全部处于开启状态，即3个灯全亮。
当提醒装置7包括一个指示灯或者声音输出装置的情况下，相应操作与包括3个指示灯的情况相似，即按照R的等级来输出相对应等级的提醒信号。
综上，本发明只需通过在4个悬架上设置高度传感器来采集各个悬架的高度信号，然后基于这些高度信号来计算反应车辆底盘扭曲程度的前后车轴交叉角，并对车轴交叉角进行滑动平均滤波处理，计算量小，成本低；此外，根据车速不同区分准静态和动态两种工况，将底盘扭曲程度指数R分成4个等级。准静态工况使用车轴交叉角数值结合试验标定的门限值，动态使用车轴交叉角的平滑值结合试验标定的门限值，为了防止底盘扭曲程度指数R在门限值附近反复波动，对门限设置了回差，最后将底盘扭曲度分级指数R输出给提醒装置，从而能够实时有效且稳定可靠的将车辆底盘的扭曲情况告知驾驶员，能够适用于车辆行驶中的各种工况。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种实时检测车辆底盘扭曲程度的方法，其特征在于，包括：
S1：信号采集和预处理
以预定的采样周期采集车辆的车速信号v和左前悬架的高度信号hfl、右前悬架的高度信号hfr、左后悬架的高度信号hrl和右后悬架的高度信号hrr，并对采集的车速信号和高度信号进行预处理；
S2：底盘扭曲程度估算
基于经预处理后的高度信号计算前后车轴的交叉角α，并对计算的交叉角进行滑动平均滤波处理，得到所述交叉角的平滑值αfilter，所述交叉角α指示车辆底盘扭曲程度；
S3：底盘扭曲程度分级
基于预处理后的车速信号，选择性地利用所述交叉角和所述交叉角的平滑值来实时确定底盘扭曲程度等级R；
S4：扭曲警报提醒
根据所确定的底盘扭曲程度等级来输出对应于底盘扭曲程度等级的提醒信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，采用如下滤波函数对采集的车速信号和高度信号进行一阶滞后滤波处理：
xfilter(t)＝k*x(t)+(1-k)*xfilter(t-1)
其中xfilter(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，xfilter(t-1)为第t-1次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，x(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的原始值，k为滤波系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，采用如下公式来计算所述交叉角：
<mrow>
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<mn>2</mn>
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其中，L为车辆的轮距；
以及，采用如下函数对交叉角进行滑动平均滤波处理：
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其中，αfilter(t)为第t次采样时的交叉角的平滑值，n为滑动滤波系数，n>2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述底盘扭曲程度等级R由低到高分为0、1、2、3四个等级，步骤S3具体包括：
当车速信号v<vthr时，车辆处于准静态工况下，所述底盘扭曲程度等级R根据所述交叉角α来进行实时确定：
当R＝0时，如果α>Thrs01，则R＝1；
当R＝1时，如果α>Thrs12，R＝2；如果α<Thrs10，则R＝0；
当R＝2时，如果α>Thrs23，R＝3；如果α<Thrs21，则R＝1；
当R＝3时，如果α<Thrs32，则R＝2；
当车速信号v>vthr时，车辆处于动态工况下，所述底盘扭曲程度等级R根据所述交叉角的平滑值αfilter来进行实时确定：
当R＝0时，如果αfilter>Thrm01，则R＝1；
当R＝1时，如果αfilter>Thrm12，则R＝2；如果αfilter<Thrm10，则R＝0；
当R＝2时，如果αfilter>Thrm23，则R＝3；如果αfilter<Thrm21，则R＝1；
当R＝3时，如果αfilter<Thrm32，则R＝2；
其中，vthr表示预设的车速值，Thrs01、Thrs12、Thrs23、Thrs10、Thrs21、Thrs32和Thrm01、Thrm12、Thrm23、Thrm10、Thrm21、Thrm32分别表示准静态工况和动态工况下使得R进行等级跳转的预设角度门限值，且Thrs23>Thrs32>Thrs12>Thrs21>Thrs01>Thrs10，Thrm23>Thrm32>Thrm01>Thrm10>Thrm12>Thrm21。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，通过指示灯或者声音来输出所述提醒信号。
6.一种实时检测车辆底盘扭曲程度的系统，其特征在于，包括：4个高度传感器、车速传感器、电子控制单元和提醒装置，
所述4个高度传感器分别安置在车辆的左前悬架、右前悬架、左后悬架和右后悬架上，用以采集各个悬架的高度信号hfl、hfr、hrl和hrr并将采集的高度信号发送给所述电子控制单元；
所述车速传感器采集车辆的车速信号v并将采集的车速信号发送给所述电子控制单元；
所述电子控制单元对所接收的高度信号和车速信号进行预处理，基于预处理后的高度信号和车速信号计算车辆的前后车轴的交叉角α，并对计算的交叉角进行滑动平均滤波处理，得到所述交叉角的平滑值αfilter，所述交叉角α指示车辆底盘扭曲程度，并基于预处理后的车速信号，选择性地利用所述交叉角和所述交叉角的平滑值来实时确定底盘扭曲程度等级R以及将对应于底盘扭曲程度等级R的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置；
所述提醒装置根据所述底盘扭曲程度等级指令来输出对应于所述底盘扭曲程度等级指令的提醒信号。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电子控制单元采用如下滤波函数对采集的车速信号和高度信号进行一阶滞后滤波处理：
xfilter(t)＝k*x(t)+(1-k)*xfilter(t-1)
其中xfilter(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，xfilter(t-1)为第t-1次采样时的车速信号和高度信号的滤波值，x(t)为第t次采样时的车速信号和高度信号的原始值，k为滤波系数。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电子控制单元采用如下公式来计算所述交叉角：
<mrow>
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其中，L为车辆的轮距；
以及，采用如下函数对交叉角进行滑动平均滤波处理：
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其中，αfilter(t)为第t次采样时的交叉角的平滑值，n为滑动滤波系数，n>2。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述底盘扭曲程度等级R由低到高分为0、1、2、3四个等级，当车速信号v<vthr时，所述电子控制单元判断车辆处于准静态工况下，按照如下方式来实时确定所述底盘扭曲程度等级R，并将相应的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置：
当R＝0时，如果α>Thrs01，则R＝1；
当R＝1时，如果α>Thrs12，R＝2；如果α<Thrs10，则R＝0；
当R＝2时，如果α>Thrs23，R＝3；如果α<Thrs21，则R＝1；
当R＝3时，如果α<Thrs32，则R＝2；
当车速信号v>vthr时，所述电子控制单元判断车辆处于动态工况下，按照如下方式来实时确定所述底盘扭曲程度等级R，并将相应的底盘扭曲程度等级指令发送给所述提醒装置：
当R＝0时，如果αfilter>Thrm01，则R＝1；
当R＝1时，如果αfilter>Thrm12，则R＝2；如果αfilter<Thrm10，则R＝0；
当R＝2时，如果αfilter>Thrm23，则R＝3；如果αfilter<Thrm21，则R＝1；
当R＝3时，如果αfilter<Thrm32，则R＝2；
其中，vthr表示预设的车速值，Thrs01、Thrs12、Thrs23、Thrs10、Thrs21、Thrs32和Thrm01、Thrm12、Thrm23、Thrm10、Thrm21、Thrm32分别表示准静态工况和动态工况下使得R进行等级跳转的预设角度门限值，且Thrs23>Thrs32>Thrs12>Thrs21>Thrs01>Thrs10，Thrm23>Thrm32>Thrm01>Thrm10>Thrm12>Thrm21。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述提醒装置安装在车辆仪表板上，包括输出提醒信号的提示灯或者声音输出装置。
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