CN107458482B - 一种汽车质心位置调整装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车质心位置调整装置，包括：平板，其为长方形且固定安装在汽车底盘上；以及旋转头，其固定安装在沿车身轴向的平板的一条边的中点处，其可沿车身轴向旋转；伸缩杆，其一端与所述旋转头连接，另一端与一质量块连接，所述伸缩杆可沿其轴向伸缩运动；动力机构，其与所述旋转头和伸缩杆连接，用于控制所述旋转头和伸缩杆运动。本发明所述的汽车质心位置调整装置，能够对汽车承载后的质心位置进行主动调整，提高汽车操纵稳定性。本发明还提供一种汽车质心位置调整装置的控制方法，能够在汽车承载运行过程中实时对汽车质心进行调整，提高汽车运行过程中的操纵稳定性，更加安全舒适。

Description

一种汽车质心位置调整装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车稳定性技术领域，更具体地是，本发明涉及一种汽车质心位置调整装置及其控制方法。

背景技术

汽车质心位置经常会随着乘员、货物及工况的不同而发生变化，如乘员、货物增加时质心位置后移，汽车紧急刹车时质心位置前移，这些变化对汽车的操纵稳定性、制动性、行驶平顺性等各方面都有很大的影响，危及乘车安全及舒适性。因此，对汽车质心位置进行主动调整，对提高汽车的安全性和舒适性有重大意义。

发明内容

本发明的目的是设计开发了一种汽车质心位置调整装置，能够对汽车承载后的质心位置进行主动调整，提高汽车操纵稳定性。

本发明的另一个目的是设计开发了一种汽车质心位置调整装置的控制方法，能够在汽车承载运行过程中实时对汽车质心进行调整，提高汽车运行过程中的操纵稳定性，更加安全舒适。

本发明提供的技术方案为：

一种汽车质心位置调整装置，包括：

平板，其为长方形且固定安装在汽车底盘上；以及

旋转头，其固定安装在沿车身轴向的平板的一条边的中点处，其可沿车身轴向旋转；

伸缩杆，其一端与所述旋转头连接，另一端与一质量块连接，所述伸缩杆可沿其轴向伸缩运动；

动力机构，其与所述旋转头和伸缩杆连接，用于控制所述旋转头和伸缩杆运动。

优选的是，所述平板的质心与汽车空载时质心重合。

优选的是，所述质量块的初始质心与汽车空载时质心重合。

优选的是，所述动力机构包括：

第一电机，其与所述旋转头连接，用于控制所述旋转头旋转；

第二电机，其与所述伸缩杆连接，用于控制所述伸缩杆沿其轴向伸缩运动。

优选的是，所述第一电机通过减速机构与所述旋转头连接；所述第二电机通过齿轮齿条机构与所述伸缩杆连接。

优选的是，所述第一电机和第二电机由汽车发电机供电。

优选的是，还包括：

多个胎压传感器，其分别设置在所述汽车轮胎上；

控制器，其与所述胎压传感器和动力机构连接，用于接收所述胎压传感器的检测数据并控制所述动力机构。

相应地，本发明还提供一种汽车质心位置调整装置的控制方法，当汽车承载时基于BP神经网络对旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度进行调控，包括如下步骤：

步骤一、按照采样周期，通过胎压传感器采集车辆前方左侧轮胎胎压P_fl、右侧轮胎胎压P_fr，后方左侧轮胎胎压P_bl、右侧轮胎胎压P_br；

步骤二、依次将车辆前方左侧轮胎胎压P_fl、右侧轮胎胎压P_fr，后方左侧轮胎胎压P_bl、右侧轮胎胎压P_br进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x₁,x₂,x₃,x₄}；其中，x₁为车辆前方左侧轮胎胎压系数，x₂为车辆前方右侧轮胎胎压系数，x₃为车辆后方左侧轮胎胎压系数，x₄为车辆后方右侧轮胎胎压系数；

步骤三、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,…,y_m}；m为中间层节点个数；

步骤四、得到输出层向量z＝{z₁,z₂}；其中，z₁为旋转头与车身前方轴线夹角调节系数，z₂为伸缩杆长度调节系数，使

θ_i+1＝z₁ ⁱ·180°，

其中，z₁ ⁱ和z₂ ⁱ分别为第i个采样周期输出层向量参数，180°为设定的旋转头与车身前方轴线的最大夹角，a为所述平板垂直车身轴向的边的长度，b为所述平板沿车身轴向的边的长度，θ_i+1和l_i+1分别为第i+1个采样周期时旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度；以及

在所述步骤二中，前方左侧轮胎胎压P_fl、右侧轮胎胎压P_fr，后方左侧轮胎胎压P_bl、右侧轮胎胎压P_br进行规格化公式为：

其中，x_j为输入层向量中的参数，X_j分别为测量参数P_fl、P_fr、P_bl、P_br，j＝1,2,3,4；X_jmax和X_jmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。

优选的是，在所述步骤一中，初始运行状态下，旋转头与车身前方轴线夹角、伸缩杆的长度满足经验值：

θ₀＝90°，

l₀＝0.5a，

其中，θ₀和l₀分别为旋转头与车身前方轴线初始夹角和伸缩杆的初始长度，a为所述平板垂直车身轴向的边的长度。

本发明至少具备以下有益效果：

(1)本发明所述的汽车质心位置调整装置，能够对汽车承载后的质心位置进行主动调整，提高汽车操纵稳定性。

(2)本发明所述的汽车质心位置调整装置的控制方法，能够在汽车承载运行过程中实时对汽车质心进行调整，提高汽车运行过程中的操纵稳定性，更加安全舒适。

附图说明

图1为本发明所述汽车质心位置调整装置的主视结构示意图。

图2为本发明所述汽车质心位置调整装置的俯视结构示意图。

图3为本发明所述汽车质心位置调整装置的模块组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于再次阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。在附图中，为了清晰起见，会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。

如图1-3所示，本发明提供一种汽车质心位置调整装置，包括：平板110，其为长方形且固定安装在汽车400底盘上；以及旋转头120，其固定安装在沿车身轴向的平板110的一条边的中点处，其可沿车身400轴向旋转；伸缩杆130，其一端与所述旋转头120连接，另一端与一质量块140连接，所述伸缩杆130可沿其轴向伸缩运动，本实施例中，所述质量块质量足够大，与汽车总质量合适，足够影响汽车质心位置；动力机构，其与所述旋转头120和伸缩杆130连接，用于控制所述旋转头120旋转和伸缩杆130沿其轴向伸缩运动。本实施例中，所述平板110的质心与汽车400空载时质心重合，所述质量块140的初始质心与汽车400空载时质心重合。

作为本发明的另一实施例，所述动力机构包括：第一电机121，其与所述旋转头120连接，用于控制所述旋转头120旋转，所述第一电机121通过减速机构122与所述旋转头120连接，用于给旋转头120传递动力；第二电机131，其与所述伸缩杆130连接，用于控制所述伸缩杆130沿其轴向伸缩运动，所述第二电机131通过齿轮齿条机构132与所述伸缩杆130连接，用于控制伸缩杆130伸缩而带动质量块140移动；所述第一电机121和第二电机131由汽车400发电机供电。

作为本发明的另一实施例，所述汽车质心位置调整装置还包括：多个胎压传感器200，其分别设置在所述汽车400的四个轮胎上；控制器300，其与所述胎压传感器200和动力机构(即第一电机121和第二电机131)连接，用于接收所述胎压传感器200的检测数据并控制所述动力机构(即第一电机121和第二电机131的通断与正反转)。

本发明所述的汽车质心位置调整装置，控制器能够接收所述胎压传感器的检测数据并计算汽车的实时质心位置，通过控制第一电机和第二电机对旋转头的旋转角度和伸缩杆的长度进行调控，进而对汽车承载后的质心位置进行主动调整，提高汽车操纵稳定性。

本发明还提供一种汽车质心位置调整装置的控制方法，当汽车承载时基于BP神经网络对旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度进行调控，包括如下步骤：

步骤一、建立BP神经网络模型；

本发明采用的BP网络体系结构由三层组成，第一层为输入层，共n个节点，对应了表示设备工作状态的n个检测信号，这些信号参数由数据预处理模块给出。第二层为隐层，共m个节点，由网络的训练过程以自适应的方式确定。第三层为输出层，共p个节点，由系统实际需要输出的响应确定。

该网络的数学模型为：

输入层向量：x＝(x₁,x₂,…,x_n)^T

中间层向量：y＝(y₁,y₂,…,y_m)^T

输出层向量：z＝(z₁,z₂,…,z_p)^T

本发明中，输入层节点数为n＝4，输出层节点数为p＝2。隐藏层节点数m由下式估算得出：

按照采样周期，输入的4个参数为：x₁为车辆前方左侧轮胎胎压系数，x₂为车辆前方右侧轮胎胎压系数，x₃为车辆后方左侧轮胎胎压系数，x₄为车辆后方右侧轮胎胎压系数；

在数据输入神经网络之前，将数据规格化为0-1之间的数。

具体而言，对于车辆前方左侧轮胎胎压，进行规格化后，得到车辆前方左侧轮胎胎压系数：

其中，P_{fl min}和P_{fl max}分别为车辆前方左侧轮胎胎压的最小值和最大值。

同样的，对于车辆前方右侧轮胎胎压，进行规格化后，得到车辆前方右侧轮胎胎压系数：

其中，P_{fr min}和P_{fr max}分别为车辆前方右侧轮胎胎压的最小值和最大值。

对于车辆后方左侧轮胎胎压，进行规格化后，得到车辆后方左侧轮胎胎压系数：

其中，P_{bl min}和P_{bl max}分别为车辆后方左侧轮胎胎压的最小值和最大值。

对于车辆后方右侧轮胎胎压，进行规格化后，得到车辆后方右侧轮胎胎压系数：

其中，P_{br min}和P_{br min}分别为车辆后方右侧轮胎胎压的最小值和最大值。

输出信号的2个参数分别表示为：z₁为旋转头与车身前方轴线夹角调节系数，z₂为伸缩杆长度调节系数；

旋转头与车身前方轴线夹角调节系数z₁表示为下一个采样周期中的旋转头与车身前方轴线夹角和当前采样周期中设定的最大夹角180°之比，即在第i个采样周期中，采集到的旋转头与车身前方轴线夹角为θ_i，通过BP神经网络输出第i个采样周期的旋转头与车身前方轴线夹角调节系数z₁ ⁱ后，控制第i+1个采样周期中旋转头与车身前方轴线夹角为θ_i+1，使其满足θ_i+1＝z₁ ⁱ·180°；

伸缩杆长度调节系数z₂表示为下一个采样周期中的伸缩杆长度和当前采样周期中设定的最大长度(即)之比，即在第i个采样周期中，采集到的伸缩杆长度为l_i，通过BP神经网络输出第i个采样周期的伸缩杆长度调节系数zⁱ ₂后，控制第i+1个采样周期中伸缩杆的长度为l_i+1，使其满足/>

步骤二：进行BP神经网络的训练；

建立好BP神经网络节点模型后，即可进行BP神经网络的训练。根据产品的经验数据获取训练的样本，并给定输入节点i和隐含层节点j之间的连接权值w_ij，隐层节点j和输出层节点k之间的连接权值w_jk，隐层节点j的阈值θ_j，输出层节点k的阈值w_ij、w_jk、θ_j、θ_k均为-1到1之间的随机数。

在训练过程中，不断修正w_ij和w_jk的值，直至系统误差小于等于期望误差时，完成神经网络的训练过程。

如表1所示，给定了一组训练样本以及训练过程中各节点的值。

表1训练过程各节点值

步骤三、采集数据运行参数输入神经网络得到调控系数；

训练好的人工神经网络固化在芯片之中，使硬件电路具备预测和智能决策功能，从而形成智能硬件，置于控制器中。智能硬件加电启动后，汽车质心位置调整装置开始运行，旋转头与车身前方轴线初始夹角、伸缩杆的初始长度为：

θ₀＝90°，

l₀＝0.5a，

其中，θ₀和l₀分别为旋转头与车身前方轴线初始夹角和伸缩杆的初始长度，a为所述平板垂直车身轴向的边的长度；

同时，使用传感器测量初始状态车辆前方左侧轮胎胎压P_fl0、右侧轮胎胎压P_fr0，后方左侧轮胎胎压P_bl0、右侧轮胎胎压P_br0，通过将上述参数规格化，得到BP神经网络的初始输入向量通过BP神经网络的运算得到初始输出向量/>

步骤四：实时计算旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度；

得到初始输出向量后，即可调节旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度，使下一个采样周期旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度分别为：

θ₁＝z₁ ⁰·180°，

通过胎压传感器获取第i个采样周期中的车辆前方左侧轮胎胎压P_fl、右侧轮胎胎压P_fr，后方左侧轮胎胎压P_bl和右侧轮胎胎压P_br，通过进行规格化得到第i个采样周期的输入向量通过BP神经网络的运算得到第i个采样周期的输出向量zⁱ＝(z₁ ⁱ,z₂ ⁱ)，然后控制调节旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度，使第i+1个采样周期时旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度分别为：

θ_i+1＝z₁ ⁱ·180°，

通过上述设置，通过传感器实时监测车辆的轮胎胎压，即车辆前方左侧轮胎胎压、右侧轮胎胎压，后方左侧轮胎胎压和右侧轮胎胎压，通过采用BP神经网络算法，对旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度进行实时调控，进而能够在汽车承载运行过程中实时对汽车质心进行调整，提高汽车运行过程中的操纵稳定性、制动性和行驶平顺性，更加安全舒适。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种汽车质心位置调整装置的控制方法，使用汽车质心位置调整装置，其特征在于，所述汽车质心位置调整装置包括：

平板，其为长方形且固定安装在汽车底盘上；以及

旋转头，其固定安装在沿车身轴向的平板的一条边的中点处，其可沿车身轴向旋转；

伸缩杆，其一端与所述旋转头连接，另一端与一质量块连接，所述伸缩杆可沿其轴向伸缩运动；

动力机构，其与所述旋转头和伸缩杆连接，用于控制所述旋转头和伸缩杆运动；

当汽车承载时基于BP神经网络对旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度进行调控，包括如下步骤：

步骤一、按照采样周期，通过胎压传感器采集车辆前方左侧轮胎胎压P_fl、右侧轮胎胎压P_fr，后方左侧轮胎胎压P_bl、右侧轮胎胎压P_br；

步骤二、依次将车辆前方左侧轮胎胎压P_fl、右侧轮胎胎压P_fr，后方左侧轮胎胎压P_bl、右侧轮胎胎压P_br进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x₁,x₂,x₃,x₄}；其中，x₁为车辆前方左侧轮胎胎压系数，x₂为车辆前方右侧轮胎胎压系数，x₃为车辆后方左侧轮胎胎压系数，x₄为车辆后方右侧轮胎胎压系数；

步骤三、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,…,y_m}；m为中间层节点个数；

步骤四、得到输出层向量z＝{z₁,z₂}；其中，z₁为旋转头与车身前方轴线夹角调节系数，z₂为伸缩杆长度调节系数，使

θ_i+1＝z₁ ⁱ·180°，

其中，z₁ ⁱ和z₂ ⁱ分别为第i个采样周期输出层向量参数，180°为设定的旋转头与车身前方轴线的最大夹角，a为所述平板垂直车身轴向的边的长度，b为所述平板沿车身轴向的边的长度，θ_i+1和l_i+1分别为第i+1个采样周期时旋转头与车身前方轴线夹角和伸缩杆的长度；以及

在所述步骤二中，前方左侧轮胎胎压P_fl、右侧轮胎胎压P_fr，后方左侧轮胎胎压P_bl、右侧轮胎胎压P_br进行规格化公式为：

其中，x_j为输入层向量中的参数，X_j分别为测量参数P_fl、P_fr、P_bl、P_br，j＝1,2,3,4；X_jmax和X_jmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。

2.如权利要求1所述的汽车质心位置调整装置的控制方法，其特征在于，所述平板的质心与汽车空载时质心重合。

3.如权利要求1所述的汽车质心位置调整装置的控制方法，其特征在于，所述质量块的初始质心与汽车空载时质心重合。

4.如权利要求1所述的汽车质心位置调整装置的控制方法，其特征在于，所述动力机构包括：

第一电机，其与所述旋转头连接，用于控制所述旋转头旋转；

第二电机，其与所述伸缩杆连接，用于控制所述伸缩杆沿其轴向伸缩运动。

5.如权利要求4所述的汽车质心位置调整装置的控制方法，其特征在于，所述第一电机通过减速机构与所述旋转头连接；所述第二电机通过齿轮齿条机构与所述伸缩杆连接。

6.如权利要求4所述的汽车质心位置调整装置的控制方法，其特征在于，所述第一电机和第二电机由汽车发电机供电。

7.如权利要求1所述的汽车质心位置调整装置的控制方法，其特征在于，所述汽车质心位置调整装置还包括：

多个胎压传感器，其分别设置在所述汽车轮胎上；

控制器，其与所述胎压传感器和动力机构连接，用于接收所述胎压传感器的检测数据并控制所述动力机构。

8.如权利要求1所述的汽车质心位置调整装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，初始运行状态下，旋转头与车身前方轴线夹角、伸缩杆的长度满足经验值：

θ₀＝90°，

l₀＝0.5a，

其中，θ₀和l₀分别为旋转头与车身前方轴线初始夹角和伸缩杆的初始长度，a为所述平板垂直车身轴向的边的长度。