CN108128112A - 一种主动悬架控制装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动悬架控制装置、系统及方法，该装置包括：微控制器、超声波传感器、车轮纵向加速度传感器和车身纵向加速度传感器；车轮纵向加速度传感器采集车轮纵向加速度信号并将其输送至微控制器；车身纵向加速度传感器采集车身纵向加速度信号并将其输送至微控制器；超声波传感器按照设定角度激励超声波，并将接收的回波信号输送至微控制器；微控制器根据回波信号计算减震器的基准电流I，以及根据车轮纵向加速度信号和车身纵向加速度信号计算减震器的目标电流I’，并根据基准电流I和目标电流I’调节减震器的输入电流。本发明可以提前调试输出至减震器的控制电流，使之达到目标电流，降低汽车通过前方不平路段时的震感。

Description

一种主动悬架控制装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种主动悬架控制装置、系统及方法。

背景技术

随着汽车行业的飞速发展，人们对汽车的驾乘舒适性有了越来越高的要求。汽车在经过坑洼的路面时，减震器可以有效地降低车内震感，但是减震器的调校不能够做到有效地提前预判，导致减震器的控制存在延时，使驾乘者不可避免地感受到颠簸，严重影响驾乘舒适性。

目前汽车的悬架系统可分为被动悬架和主动悬架两大类，其中被动悬架是在出厂前就已经固定好了减震器的阻尼和高度，且减震器的阻尼和高度不可调节；主动悬架则可以根据道路状况实时调节悬架的阻尼和高度，当汽车经过坑洼不平的道路时降低阻尼，调整高度，使汽车平顺。但是现在的主动悬架采用的控制方法多为PI调节或改进后的PI调节，而且都是在汽车已经行驶到了坑洼处才能检测到路面状况并开始调整阻尼和高度，因此现有的主动悬架的PI调节存在一定的滞后性，所以车内的驾乘人员不可避免地仍要受到颠簸。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种主动悬架控制装置、系统及方法，可以对前方路况进行预判处理，实现对减震器进行自动控制，提前调试输出至减震器的控制电流，使之达到目标电流，使得汽车通过前方不平路段时降低车内的震感，提高驾乘舒适性和平稳性。

本发明提供一种主动悬架控制方法，包括下述步骤：

控制超声波传感器按照设定角度激励超声波，并接收所述超声波传感器输送的回波信号；其中，所述设定角度连续变化；

接收车轮纵向加速度传感器输送的车轮纵向加速度信号，以及车身纵向加速度传感器输送的车身纵向加速度信号；

根据所述超声波传感器输送的回波信号计算减震器的基准电流I，以及根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号计算所述减震器的目标电流I’，并根据所述基准电流I和所述目标电流I’调节所述减震器的输入电流。

优选地，根据所述超声波传感器输送的回波信号计算减震器的基准电流I，具体为：

根据所述回波信号计算汽车行驶方向上所述车轮前方洼地的深度或者坡地的高度，再根据前方洼地的深度或者坡地的高度以及所述车轮到达前方洼地或者坡地所需的时间t，计算所述基准电流I；

根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号计算所述减震器的目标电流I’，并根据所述基准电流I和所述目标电流调节I’所述减震器的输入电流，具体为：

根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号，得到车轮纵向加速度和车身纵向加速度，再根据所述车轮纵向加速度和所述车身纵向加速度计算得到所述目标电流I’，并根据所述目标电流I’和所述基准电流I，采用PI控制算法调节所述减震器的输入电流，以调节所述减震器的阻尼。

优选地，采用PI控制算法调节所述减震器的输入电流，具体为：

根据所述目标电流I’和输出至所述减震器的控制电流，计算得到电流误差，再根据所述电流误差和所述基准电流I，采用PI控制算法得到占空比，并根据占空比输出对应的脉冲信号至H桥模块，控制所述H桥模块产生相应的控制电流，并将所述控制电流输送至所述减震器。

优选地，通过下述公式计算所述基准电流I：

I＝K1*h*|H|/t；

其中，K1为设定系数，且0<K1*h/t<20，h为车身高度；

所述微控制器根据下述公式计算所述目标电流I’：

I’＝K2*Vb/(Vb-Vw)；

其中，K2为标定量系数，且0<K2<30，Vb为车身纵向速度，Vw为车轮纵向速度，Vb和Vw分别根据所述车身纵向加速度和所述车轮纵向加速度进行微分处理得到。

优选地，所述微控制器根据下述公式计算得到占空比：

PWM＝Kp*(△I-△I’)+Ki*△I+I+PWM’；

其中，Kp为比例系数，Ki为微分系数，△I为相邻两个时刻中后一时刻的电流误差，△I’为相邻两个时刻中前一时刻的电流误差，PWM为相邻两个时刻中后一时刻的占空比，PWM’为相邻两个时刻中前一时刻的占空比，且1<Kp<50，0<Ki<0.5，初始时刻的占空比为0。

本发明还提供一种主动悬架控制装置，包括：微控制器、超声波传感器、车轮纵向加速度传感器和车身纵向加速度传感器；其中，

所述车轮纵向加速度传感器，用于采集车轮纵向加速度信号，并将所述车轮纵向加速度信号输送至所述微控制器；

所述车身纵向加速度传感器，用于采集车身纵向加速度信号，并将所述车身纵向加速度信号输送至所述微控制器；

所述超声波传感器，设置在所述车轮的前方的车头上，用于按照设定角度激励超声波，并将接收的回波信号输送至所述微控制器；

所述微控制器，与设置在车轮与车身之间的减震器电性连接，用于根据所述回波信号计算所述减震器的基准电流I，以及根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号计算所述减震器的目标电流I’，并根据所述基准电流I和所述目标电流I’调节所述减震器的输入电流。

优选地，所述微控制器，用于根据所述回波信号计算汽车行驶方向上所述车轮前方洼地的深度或者坡地的高度，再根据前方洼地的深度或者坡地的高度以及所述车轮到达前方洼地或者坡地所需的时间t，计算所述基准电流I，还根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号，得到车轮纵向加速度和车身纵向加速度，再根据所述车轮纵向加速度和所述车身纵向加速度计算得到所述目标电流I’，并根据所述目标电流I’和所述基准电流I，采用PI控制算法调节所述减震器(的输入电流，以调节所述减震器的阻尼；

所述微控制器，还用于输出控制指令至所述超声波传感器，控制所述超声波传感器激励超声波的设定角度连续变化；

所述超声波传感器为相控阵超声波传感器。

优选地，还包括H桥模块；

所述H桥模块，用于根据来自所述微控制器的脉冲信号产生相应的控制电流，并将所述控制电流输送至所述减震器，以调节所述减震器的阻尼；

所述微控制器，用于根据所述目标电流I’和所述控制电流，计算得到电流误差，再根据所述电流误差和所述基准电流I，采用PI控制算法得到占空比，并根据占空比输出对应的脉冲信号至所述H桥模块。

优选地，还包括电阻、电压采集装置；

所述电阻串联在所述H桥模块的输出端和所述减震器之间；

所述电压采集装置，并联在所述电阻的两端，且与所述微控制器电性连接，用于采集所述电阻两端的电压信号，并将所述电压信号输送至所述微控制器；

所述微控制器，还用于根据所述电压信号以及所述电阻的阻值，计算得到所述控制电流。

优选地，所述微控制器通过下述公式计算所述基准电流I：

I＝K1*h*|H|/t；

其中，K1为设定系数，且0<K1*h/t<20，h为车身高度。

优选地，所述微控制器根据下述公式计算所述目标电流I’：

I’＝K2*Vb/(Vb-Vw)；

其中，K2为标定量系数，且0<K2<30，Vb为车身纵向速度，Vw为车轮纵向速度，Vb和Vw分别根据所述车身纵向加速度和所述车轮纵向加速度进行微分处理得到。

优选地，所述微控制器根据下述公式计算得到占空比：

PWM＝Kp*(△I-△I’)+Ki*△I+I+PWM’；

其中，Kp为比例系数，Ki为微分系数，△I为相邻两个时刻中后一时刻的电流误差，△I’为相邻两个时刻中前一时刻的电流误差，PWM为相邻两个时刻中后一时刻的占空比，PWM’为相邻两个时刻中前一时刻的占空比，且1<Kp<50，0<Ki<0.5，初始时刻的占空比为0。

本发明还提供一种主动悬架控制系统，包括上述的主动悬架控制装置，以及与所述主动悬架控制装置电性连接的多个减震器，且每一所述减震器分别设置在车身与不同的车轮之间。

实施本发明，具有如下有益效果：通过超声波传感器激励超声波并接收前方路面反射回来的超声波，将接收的超声波转换为对应的回波信号，将回波信号输出至微控制器，通过微控制器实时地判断前方路面状况，并根据回波信号计算基准电流，通过加速度传感器采集车身纵向加速度和车轮纵向加速度计算出减震器的目标电流，提前控制调节输出至减震器的控制电流，使得减震器的输入电流达到目标电流，有效地提前改变减震器的阻尼，可以对前方路况进行充分的预判处理，实现对减震器进行自动控制，使得汽车通过前方不平路段时降低车内的震感，提高驾乘舒适性和平稳性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的主动悬架控制装置的原理框图。

图2是本发明提供的另一实施例中主动悬架控制装置的原理图。

图3是本发明提供的主动悬架控制方法的流程图。

图4是本发明提供的另一实施例中相控阵超声波传感器的安装示意图。

图5是本发明提供的另一实施例中主动悬架控制方法的计算前方洼地的原理示意图。

图6是本发明提供的另一实施例中主动悬架控制方法的计算前方坡地的原理示意图。

具体实施方式

本发明提供一种主动悬架控制装置，如图1所示，该主动悬架控制装置包括：微控制器2，以及分别与微控制器2通讯连接的超声波传感器1、车轮纵向加速度传感器3和车身纵向加速度传感器4。

车轮纵向加速度传感器3设置在车轮上，用于采集车轮纵向加速度信号，并将车轮纵向加速度信号输送至微控制器2。

车身纵向加速度传感器4设置车轮上方的车身处，用于采集车身纵向加速度信号，并将车身纵向加速度信号输送至微控制器2。

超声波传感器1设置在车轮的前方的车头上，用于按照设定角度激励超声波，并将接收的回波信号输送至微控制器2；其中，设定角度为激励的超声波与地面垂直方向的夹角。优选地，超声波传感器1的数量为两个，两个超声波传感器1均设置在车头上，且分别位于车头的两侧。

微控制器2与设置在车轮与车身之间的减震器6电性连接，用于根据超声波传感器1输送的回波信号计算减震器6的基准电流I，以及根据车轮纵向加速度信号和车身纵向加速度信号计算减震器6的目标电流I’，并根据基准电流I和目标电流I’调节减震器(6)的输入电流。减震器6为阻尼可调的减震器。

具体而言，超声波传感器1按照设定角度激励超声波，其中，设定角度按照一定的速率均匀变化，且设定角度的变化周期范围为5毫秒至100毫秒。角度的设定范围为0～90度，在一个周期内，设定角度可以逐渐变大，也可以逐渐变小。

车轮纵向加速度传感器3设置在汽车的某一车轮上时，车身纵向加速度传感器4则设置在该车轮上方的车身处，超声波传感器1位于该车轮的前方，微控制器2调节与该车轮连接的减震器6的输入电流。纵向加速度传感器的数量与汽车的车轮数量相匹配。例如，当汽车有4个车轮时，则选取4对纵向加速度传感器，每一对纵向加速度传感器中的车轮纵向加速度传感器3分别设置在不同的车轮上，车身纵向加速度传感器4分别设置在对应车轮的上方的车身处，且在汽车的每一车轮与车身之间均设置有减震器6，可以通过微控制器2对不同的减震器6的阻尼进行调节。

进一步地，微控制器2用于根据超声波传感器1输送的回波信号计算汽车行驶方向上车轮前方洼地的深度或者坡地的高度，再根据前方洼地的深度或者坡地的高度以及车轮到达前方洼地或者坡地所需的时间t，计算基准电流I。

微控制器2还根据车轮纵向加速度信号和车身纵向加速度信号，得到车轮纵向加速度和车身纵向加速度，再根据车轮纵向加速度和车身纵向加速度计算得到目标电流I’，并根据目标电流I’和基准电流I，采用PI控制算法调节减震器6的输入电流，以调节减震器6的阻尼。

微控制器2还用于输出控制指令至超声波传感器1，控制超声波传感器1激励超声波的设定角度连续变化。超声波传感器为相控阵超声波传感器。

进一步地，主动悬架控制装置还包括H桥模块5。H桥模块5的输入端与微控制器2电性连接，输出端与减震器6电性连接，用于根据来自微控制器2的脉冲信号产生相应的控制电流，并将控制电流输送至减震器6，以调节减震器6的阻尼。

微控制器2用于根据目标电流I’和控制电流，计算得到电流误差，电流误差为目标电流I’与减震器6的输入电流之间的差值。再根据电流误差和基准电流I，采用PI控制算法得到占空比，并根据占空比输出对应的脉冲信号至H桥模块5。

具体而言，微控制器2根据占空比输出的脉冲信号为两路电压脉冲信号，其中一路为正向电压脉冲信号，另一路为反相电压脉冲信号，且两路电压脉冲信号分别从H桥模块5上两个不同的桥臂输入。两路电压脉冲信号的脉冲宽度相同，信号周期也相同，且两路电压脉冲信号的幅值相等、电压方向相反。

进一步地，主动悬架控制装置还包括电阻(图中未示出)、电压采集装置(图中未示出)。

电阻串联在H桥模块5的输出端和减震器6之间，减震器6的输入电流与流经电阻的电流相同。电压采集装置并联在电阻的两端，且与微控制器2电性连接，用于采集电阻两端的电压信号，并将电压信号输送至微控制器2。这里所采用的电阻阻值较小，一般为10欧姆左右。

车身纵向加速度传感器4输出的车身纵向加速度信号为车身纵向加速度模拟信号，车轮纵向加速度传感器3输出的车轮纵向加速度信号为车轮纵向加速度模拟信号，电压采集装置输出的电压信号为电压模拟信号。

微控制器2还用于根据电压信号以及电阻的阻值，计算得到控制电流的电流值。微控制器2包括：ADC模块21、CAN模块22、计算控制模块23、PWM模块24。

CAN模块22与计算控制模块23通讯连接，还通过CAN总线与车身控制单元以及超声波传感器1通讯连接，用于从车身控制单元获取车速V，并将车速V输送至计算控制模块23，还通过CAN总线接收超声波传感器1输出的回波信号，并将回波信号输送至计算控制模块23。车身控制单元可以根据车轮转速以及车轮直径得到车速V。

PWM模块24与H桥模块5电性连接，用于根据占空比生成对应的脉冲信号，并将脉冲信号输送至H桥模块5。PWM模块24也即是脉冲宽度调制模块。

ADC模块21与计算控制模块23、电压采集装置、车身纵向加速度传感器4、车轮纵向加速度传感器3通讯连接，用于接收电压采集装置输出的电压模拟信号，车身纵向加速度传感器4输出的车身纵向加速度模拟信号，和车轮纵向加速度传感器3输出的车轮纵向加速度模拟信号，并将电压模拟信号、车身纵向加速度模拟信号和车轮纵向加速度模拟信号，转化为对应的电压数字信号、车身纵向加速度数字信号和车轮纵向加速度数字信号，且将电压数字信号、车身纵向加速度数字信号和车轮纵向加速度数字信号输送至计算控制模块23。

计算控制模块23与PWM模块24通讯连接，用于根据车轮纵向加速度数字信号和车身纵向加速度数字信号，得到对应的车轮纵向加速度和车身纵向加速度，再根据车轮纵向加速度和车身纵向加速度，计算得到减震器6的目标电流I’，并根据减震器6的目标电流I’和输出至减震器6的控制电流，计算得到电流误差，再根据电流误差和基准电流I，采用PI控制算法计算得到占空比，且将占空比输送至PWM模块24；计算控制模块23还用于根据电压数字信号以及电阻的阻值，计算得到减震器6的输入电流的电流值。

进一步地，微控制器2根据下述公式计算前方坡地的高度或者洼地的深度：

S1＝Vc*T1/2，S2＝Vc*T2/2，

H＝S2*cos(β)-S1*cos(α)；

当β<α时，若H>0，则表示前方有坡地，且坡地的高度为H，若H<0，则表示前方有洼地，且洼地的深度为-H；当β>α时，若H>0，则表示前方有洼地，且洼地的深度为H，若H<0，则表示前方有坡地，且坡地的高度为-H。

其中，Vc为超声波的传播速度，T1为相邻两个时刻中前一时刻对应的激励超声波之后，接收回波信号的所需时间，T2为相邻两个时刻中后一时刻对应的激励超声波之后，接收回波信号的所需时间，这里，激励的超声波与接收回波信号对应的超声波是同一束超声波；α为前一时刻激励超声波对应的设定角度，β为后一时刻激励超声波对应的设定角度。

进一步地，微控制器2通过CAN总线与车身控制单元通讯连接，用于从车身控制单元获取车速V，并根据下述公式计算车轮到达前方洼地或者坡地所需的时间t：

当β<α时，t＝(S1*sin(α)+S’)/V，当β>α时，t＝(S2*sin(β)+S’)/V其中，S’为车轮与超声波传感器1在地面的投影之间的距离。进一步地，微控制器2通过下述公式计算基准电流I：

I＝K1*h*|H|/t；|H|为H的绝对值；

其中，K1为设定系数，且0<K1*h/t<20，h为车身高度。

进一步地，微控制器2根据下述公式计算减震器6的目标电流I’：

I’＝K2*Vb/(Vb-Vw)；

其中，K2为标定量系数，且0<K2<30，Vb为车身纵向速度，Vw为车轮纵向速度，Vb和Vw分别根据车身纵向加速度和车轮纵向加速度进行微分处理得到。

进一步地，微控制器2根据下述公式计算得到占空比：

PWM＝Kp*(△I-△I’)+Ki*△I+I+PWM’；

其中，Kp为比例系数，Ki为微分系数，△I为相邻两个时刻中后一时刻的电流误差，△I’为相邻两个时刻中前一时刻的电流误差，PWM为相邻两个时刻中后一时刻的占空比，PWM’为相邻两个时刻中前一时刻的占空比，且1<Kp<50，0<Ki<0.5，初始时刻的占空比为0。

优选地，主动悬架控制装置还包括：电压转换器、复位电路、晶振电路。

电压转换器与微控制器2电性连接，用于将外部蓄电池输入的电压转换为微控制器2所需的电压，并将微控制器2所需的电压提供给微控制器2。

复位电路与微控制器2电性连接，用于控制微控制器2进行复位。

晶振电路与微控制器2电性连接，用于输送时钟信号至微控制器2。

如图2所示，本发明提供的主动悬架控制装置的另一实施例中，微控制器MCU外部引脚BATT代表蓄电池输入，AccB1代表左前车身纵向加速度，AccB2代表右前车身纵向加速度，AccB3代表左后车身纵向加速度，AccB4代表右后车身纵向加速度，AccW1代表左前车轮纵向加速度，AccW2代表右前车轮纵向加速度，AccW3代表左后车轮纵向加速度，AccW4代表右后车轮纵向加速度，CAN High和CAN Low代表低速CAN的两个接口。

MCU是整个控制器的核心，完成逻辑运算控制，其中必须包含ADC(模拟数字转换器)模块、CAN(控制器局域网总线)模块、PWM(脉宽调制)模块。另外控制器需要有12V转5V的电压转换器、复位电路和晶振电路。

PWM1、-PWM1、PWM2、-PWM2、PWM3、-PWM3、PWM4和-PWM4由PWM模块控制，通过调节PWM1、-PWM1、PWM2、-PWM2、PWM3、-PWM3、PWM4和-PWM4脉冲信号的占空比可分别调节四个减震器电磁阀的电流。PWM1与-PWM1，PWM2与-PWM2，PWM3与-PWM3，PWM4与-PWM4分别互为正向脉冲信号、反向脉冲信号。

U1、U2、U3、U4分别为串联在H桥输出端与减震器之间的电阻两端的电压信号。Ic1、Ic2、Ic3、Ic4分别为输出至减震器的电流。

CAN High和CAN Low分别代表车内总线的两条CAN总线，主动悬架控制器通过CAN总线与两个相控阵超声波传感器和整车其他节点通讯。

本发明还提供一种主动悬架控制系统，该主动悬架控制系统包括上述的主动悬架控制装置，以及与主动悬架控制装置电性连接的多个减震器，且每一减震器分别设置在车身与不同的车轮之间，且每一减震器的两端分别与车轮和车身连接。

本发明还提供一种主动悬架控制方法，如图3所示，该方法包括下述步骤：

微控制器2控制超声波传感器1按照设定角度激励超声波，并接收微控制器2输送的回波信号；其中，设定角度为激励的超声波与地面垂直方向的夹角，且设定角度连续变化；

微控制器2接收车轮纵向加速度传感器3输送的车轮纵向加速度信号，以及车身纵向加速度传感器4输送的车身纵向加速度信号；

微控制器2根据超声波传感器1输送的回波信号计算减震器6的基准电流I，以及根据车轮纵向加速度信号和车身纵向加速度信号计算减震器6的目标电流I’，并根据基准电流I和所述目标电流I’调节减震器6的输入电流。

进一步地，微控制器2根据超声波传感器1输送的回波信号计算减震器6的基准电流I，具体为：

微控制器2根据超声波传感器1输送的回波信号计算汽车行驶方向上车轮前方洼地的深度或者坡地的高度，再根据前方洼地的深度或者坡地的高度以及车轮到达前方洼地或者坡地所需的时间t，计算基准电流I；

微控制器2根据车轮纵向加速度信号和车身纵向加速度信号计算减震器6的目标电流I’，并根据基准电流I和目标电流调节I’减震器6的输入电流，具体为：

微控制器2根据车轮纵向加速度信号和车身纵向加速度信号，得到车轮纵向加速度和车身纵向加速度，再根据车轮纵向加速度和车身纵向加速度计算得到目标电流I’，并根据目标电流I’和基准电流I，采用PI控制算法调节减震器6的输入电流，以调节减震器6的阻尼。

进一步地，采用PI控制算法调节减震器6的输入电流，具体为：

微控制器2根据目标电流I’和输出至减震器6的控制电流，计算得到电流误差，再根据电流误差和基准电流I，采用PI控制算法得到占空比，并根据占空比输出对应的脉冲信号至H桥模块5，控制H桥模块5产生相应的控制电流，并将控制电流输送至减震器6。

进一步地，微控制器2根据下述公式计算前方坡地的高度或者洼地的深度：

S1＝Vc*T1/2，S2＝Vc*T2/2，

H＝S2*cos(β)-S1*cos(α)；

当β<α时，若H>0，则表示前方有坡地，且坡地的高度为H，若H<0，则表示前方有洼地，且洼地的深度为-H；当β>α时，若H>0，则表示前方有洼地，且洼地的深度为H，若H<0，则表示前方有坡地，且坡地的高度为-H。

其中，Vc为超声波的传播速度，T1为相邻两个时刻中前一时刻对应的激励超声波之后，接收回波信号的所需时间，T2为相邻两个时刻中后一时刻对应的激励超声波之后，接收回波信号的所需时间；α为前一时刻激励超声波对应的设定角度，β为后一时刻激励超声波对应的设定角度。

进一步地，主动悬架控制方法还包括下述步骤：

微控制器2通过CAN总线从车身控制单元获取车速V；

微控制器2根据下述公式计算车轮到达前方洼地或者坡地所需的时间t：

当β<α时，t＝(S1*sin(α)+S’)/V，当β>α时，t＝(S2*sin(β)+S’)/V其中，S’为车轮与超声波传感器1在地面的投影之间的距离。

进一步地，微控制器2通过下述公式计算基准电流I：

I＝K1*h*|H|/t；|H|为H的绝对值；

其中，K1为设定系数，且0<K1*h/t<20，h为车身高度；

微控制器2根据下述公式计算减震器6的目标电流I’：

I’＝K2*Vb/(Vb-Vw)；

其中，K2为标定量系数，且0<K2<30，Vb为车身纵向速度，Vw为车轮纵向速度，Vb和Vw分别根据车身纵向加速度和车轮纵向加速度进行微分处理得到。

微控制器2根据下述公式计算得到占空比：

PWM＝Kp*(△I-△I’)+Ki*△I+I+PWM’；

其中，Kp为比例系数，Ki为微分系数，△I为相邻两个时刻中后一时刻的电流误差，△I’为相邻两个时刻中前一时刻的电流误差，PWM为相邻两个时刻中后一时刻的占空比，PWM’为相邻两个时刻中前一时刻的占空比，且1<Kp<50，0<Ki<0.5，初始时刻的占空比为0。

在本发明提供的主动悬架控制方法的另一实施例中，如图4所示，相控阵超声波传感器的数量为两个，两个相控阵超声波传感器均设置在车头上，且分别位于车头的两侧。

微控制器通过激励相控阵超声波传感器发出超声波来检测前方道路情况，根据每次激励超声波及收到返回的超声波之间的时间差可以计算得到S1＝Vc*T1/2，S2＝Vc*T2/2，S1’＝Vc*T1’/2，S2’＝Vc*T2’/2，Vc＝340，其中T1为相邻两个时刻中前一时刻对应的左侧相控阵超声波传感器激励超声波与接收到返回的超声波之间的时间差，T2为相邻两个时刻中后一时刻对应的左侧相控阵超声波传感器激励超声波与接收到返回的超声波之间的时间差；T1’为相邻两个时刻中前一时刻对应的右侧相控阵超声波传感器激励超声波与接收到返回的超声波之间的时间差，T2’为相邻两个时刻中后一时刻对应的右侧相控阵超声波传感器激励超声波与接收到返回的超声波之间的时间差。

以汽车的左侧车轮为例，如图5所示，当左侧车轮的前方路面有坑洼路况时，α1为前一时刻左侧相控阵超声波传感器激励的超声波与地面垂直方向的夹角，β1为后一时刻，左侧相控阵超声波传感器激励的超声波与地面垂直方向的夹角，α1>β1。前方洼地的深度为H1，H1＝S1*cos(α1)-S2*cos(β1)。此时，左前轮距离前方洼地的距离为S1*sin(α1)+S3，左后轮距离前方洼地的距离为S1*sin(α1)+S3+S4，其中，S3为左前轮与左侧相控阵超声波传感器在地面上的投影之间的距离，S4为左前轮与左后轮之间的距离。以此类推，可得到前方所有道路的洼地深度。

同理，右前轮前方洼地的深度为H2，H2＝S1’*cos(α2)-S2’*cos(β2)，距离前方洼地的距离为S1’*sin(α2)+S3，右后轮距离前方该洼地的距离为S1’*sin(α2)+S3+S4。其中，α2为前一时刻，右侧相控阵超声波传感器激励的超声波与地面垂直方向的夹角，β2为后一时刻，右侧相控阵超声波传感器激励的超声波与地面垂直方向的夹角。

以左侧车轮为例，当遇到坡坡地路况时，如图6所示，坡地高度为H1’，H1’＝|S1*cos(α1)-S2*cos(β1)|，α1为前一时刻左侧相控阵超声波传感器激励的超声波与地面垂直方向的夹角，β1为后一时刻左侧相控阵超声波传感器激励的超声波与地面垂直方向的夹角，α1>β1。此时，左前轮距离前方坡地的距离为S1*sin(α1)+S3，左后轮距离前方该坡地的距离为S1*sin(α1)+S3+S4。以此类推，可得到前方所有道路的坡地高度。同理右前轮前方坡地高度为H2’，H2’＝|S1’*cos(α2)-S2’*cos(β2)|，右前轮距离前方该坡地的距离为S1’*sin(α2)+S3，右后轮距离前方该坡地的距离为S1’*sin(α2)+S3+S4，其中α2为前一时刻右侧相控阵超声波传感器激励的超声波与地面垂直方向的夹角，β2为后一时刻右侧相控阵超声波传感器激励的超声波与地面垂直方向的夹角。

综上，当上述的S1*cos(α1)-S2*cos(β1)>0时，左前轮前方为洼地，洼地的深度为H1，H1＝S1*cos(α1)-S2*cos(β1)；当S1*cos(α1)-S2*cos(β1)<0时，左前轮前方为坡地，坡地高度为H1’，H1’＝|S1*cos(α1)-S2*cos(β1)|。

当上述的S1’*cos(α2)-S2’*cos(β2)>0时，右前轮前方为洼地，洼地的深度为H2，H2＝S1’*cos(α2)-S2’*cos(β2)；当S1’*cos(α2)-S2’*cos(β2)<0时，右前轮前方为坡地，坡地高度为H2’，H2’＝|S1’*cos(α2)-S2’*cos(β2)|。

微控制器从CAN总线上获取车速信号，得到车速为V，计算左前轮、右前轮、左后轮、右后轮到达前方不平路段的时间分别为：

t1＝[S1*sin(α1)+S3]/V，

t2＝[S1’*sin(α2)+S3]/V，

t3＝[S1*sin(α1)+S3+S4]/V，

t4＝[S1’*sin(α2)+S3+S4]/V；

与左前轮、右前轮、左后轮、右后轮分别对应连接的四个减震器在t1，t2，t3，t4时刻的基准电流分别为：

I1＝K1*h*|S1*cos(α1)-S2*cos(β1)|/t1，

I2＝K1*h*|S1’*cos(α2)-S2’*cos(β2)|/t2，

I3＝K1*h*|S1*cos(α1)-S2*cos(β1)|/t3，

I4＝K1*h*|S1’*cos(α2)-S2’*cos(β2)|/t4。

当汽车经过前方洼地或坡地时，微控制器通过采集四个车身加速度值和四个车轮加速度值得到车身和车轮的加速度分别为AccB1，AccB2，AccB3，AccB4，AccW1，AccW2，AccW3，AccW4。对加速度进行微分可以得到四个车身速度和四个车轮速度分别为Vb1，Vb2，Vb3，Vb4，Vw1，Vw2，Vw3，Vw4。

由车身速度和车轮速度求得四个减震器的目标电流分别为：

I1’＝K2*Vb1/(Vb1-Vw1)，

I2’＝K2*Vb2/(Vb2-Vw2)，

I3’＝K2*Vb3/(Vb3-Vw3)，

I4’＝K2*Vb4/(Vb4-Vw4)。

微控制器采集四个输出电流即减震器的输入电流，分别为I1”，I2”，I3”，I4”。则电流误差分别为△I1＝I1’-I1”，△I2＝I2’-I2”，△I3＝I3’-I3”，△I4＝I4’-I4”。

微控制器上一周期采集的电流误差为△I1’，△I2’，△I3’，△I4’。则四个减震器电磁阀的输出分别为：

PWM1＝Kp*(△I1-△I1’)+Ki*△I1+I1+PWM1’，

PWM2＝Kp*(△I2-△I2’)+Ki*△I2+I2+PWM2’，

PWM3＝Kp*(△I3-△I3’)+Ki*△I3+I3+PWM3’，

PWM4＝Kp*(△I4-△I4’)+Ki*△I4+I4+PWM4’。

其中，PWM1’，PWM2’，PWM3’，PWM4’分别为上一周期的电磁阀输出。

综上所述，本发明提出一种主动悬架控制装置、系统及主动悬架控制方法，该控制系统配套增加两个相控阵超声波传感器、四个车身纵向加速度传感器、四个车轮纵向加速度传感器和四个减震器，通过相控阵超声波传感器实时地检测前方路面状况，通过加速度传感器采集车身纵向加速度和车轮纵向加速度，再计算出四个减震器电磁阀的目标电流，使用PI控制调节PWM信号驱动H桥，使得输出至减震器的控制电流达到目标电流，有效地提前改变减震器的阻尼，该系统可以对前方路况进行充分的预判处理，实现对减震器进行自动控制，使得汽车通过不平路段时降低车内的震感，提高驾乘舒适性和平稳性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种主动悬架控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

控制超声波传感器(1)按照设定角度激励超声波，并接收所述超声波传感器(1)输送的回波信号；其中，所述设定角度连续变化；

接收车轮纵向加速度传感器(3)输送的车轮纵向加速度信号，以及车身纵向加速度传感器(4)输送的车身纵向加速度信号；

根据所述超声波传感器(1)输送的回波信号计算减震器（6）的基准电流I，以及根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号计算所述减震器（6）的目标电流I’，并根据所述基准电流I和所述目标电流I’调节所述减震器(6)的输入电流。

2.根据权利要求1所述的主动悬架控制方法，其特征在于，

根据所述超声波传感器(1)输送的回波信号计算减震器（6）的基准电流I，具体为：

根据所述回波信号计算汽车行驶方向上所述车轮前方洼地的深度或者坡地的高度，再根据前方洼地的深度或者坡地的高度以及所述车轮到达前方洼地或者坡地所需的时间t，计算所述基准电流I；

根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号计算所述减震器（6）的目标电流I’，并根据所述基准电流I和所述目标电流调节I’所述减震器(6)的输入电流，具体为：

根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号，得到车轮纵向加速度和车身纵向加速度，再根据所述车轮纵向加速度和所述车身纵向加速度计算得到所述目标电流I’，并根据所述目标电流I’和所述基准电流I，采用PI控制算法调节所述减震器(6)的输入电流，以调节所述减震器(6)的阻尼。

3.根据权利要求2所述的主动悬架控制方法，其特征在于，采用PI控制算法调节所述减震器(6)的输入电流，具体为：

根据所述目标电流I’和输出至所述减震器(6)的控制电流，计算得到电流误差，再根据所述电流误差和所述基准电流I，采用PI控制算法得到占空比，并根据占空比输出对应的脉冲信号至H桥模块(5)，控制所述H桥模块(5)产生相应的控制电流，并将所述控制电流输送至所述减震器(6)。

4.根据权利要求1所述的主动悬架控制方法，其特征在于，通过下述公式计算所述基准电流I：

I=K1*h*|H|/t；

其中，K1为设定系数，且0<K1*h/t<20，h为车身高度；

所述微控制器(2)根据下述公式计算所述目标电流I’：

I’=K2*Vb/(Vb-Vw)；

其中，K2为标定量系数，且0<K2<30，Vb为车身纵向速度，Vw为车轮纵向速度，Vb和Vw分别根据所述车身纵向加速度和所述车轮纵向加速度进行微分处理得到。

5.根据权利要求4所述的主动悬架控制方法，其特征在于，根据下述公式计算得到占空比：

PWM=Kp*(△I-△I’)+Ki*△I+I+PWM’；

其中，Kp为比例系数，Ki为微分系数，△I 为相邻两个时刻中后一时刻的电流误差，△I’为相邻两个时刻中前一时刻的电流误差，PWM为相邻两个时刻中后一时刻的占空比，PWM’为相邻两个时刻中前一时刻的占空比，且1<Kp<50，0<Ki<0.5，初始时刻的占空比为0。

6.一种主动悬架控制装置，其特征在于，包括：微控制器(2)、超声波传感器（1）、车轮纵向加速度传感器(3)和车身纵向加速度传感器(4)；其中，

所述车轮纵向加速度传感器(3)，用于采集车轮纵向加速度信号，并将所述车轮纵向加速度信号输送至所述微控制器(2)；

所述车身纵向加速度传感器(4)，用于采集车身纵向加速度信号，并将所述车身纵向加速度信号输送至所述微控制器(2)；

所述超声波传感器(1)，设置在所述车轮的前方的车头上，用于按照设定角度激励超声波，并将接收的回波信号输送至所述微控制器(2)；

所述微控制器(2)，与设置在车轮与车身之间的减震器(6)电性连接，用于根据所述回波信号计算所述减震器（6）的基准电流I，以及根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号计算所述减震器（6）的目标电流I’，并根据所述基准电流I和所述目标电流I’调节所述减震器(6)的输入电流。

7.根据权利要求6所述的主动悬架控制装置，其特征在于，

所述微控制器(2) ，用于根据所述回波信号计算汽车行驶方向上所述车轮前方洼地的深度或者坡地的高度，再根据前方洼地的深度或者坡地的高度以及所述车轮到达前方洼地或者坡地所需的时间t，计算所述基准电流I，还根据所述车轮纵向加速度信号和所述车身纵向加速度信号，得到车轮纵向加速度和车身纵向加速度，再根据所述车轮纵向加速度和所述车身纵向加速度计算得到所述目标电流I’，并根据所述目标电流I’和所述基准电流I，采用PI控制算法调节所述减震器(6)的输入电流，以调节所述减震器(6)的阻尼；

所述微控制器(2)，还用于输出控制指令至所述超声波传感器(1)，控制所述超声波传感器(1)激励超声波的设定角度连续变化；

所述超声波传感器为相控阵超声波传感器。

8.根据权利要求7所述的主动悬架控制装置，其特征在于，还包括H桥模块(5)；

所述H桥模块(5)，用于根据来自所述微控制器(2)的脉冲信号产生相应的控制电流，并将所述控制电流输送至所述减震器(6)，以调节所述减震器(6)的阻尼；

所述微控制器(2)，用于根据所述目标电流I’和所述控制电流，计算得到电流误差，再根据所述电流误差和所述基准电流I，采用PI控制算法得到占空比，并根据占空比输出对应的脉冲信号至所述H桥模块(5)。

9.根据权利要求8所述的主动悬架控制装置，其特征在于，还包括电阻、电压采集装置；

所述电阻串联在所述H桥模块(5)的输出端和所述减震器(6)之间；

所述电压采集装置，并联在所述电阻的两端，且与所述微控制器(2)电性连接，用于采集所述电阻两端的电压信号，并将所述电压信号输送至所述微控制器(2)；

所述微控制器(2)，还用于根据所述电压信号以及所述电阻的阻值，计算得到所述控制电流。

10.根据权利要求6所述的主动悬架控制装置，其特征在于，所述微控制器(2)通过下述公式计算所述基准电流I：

I=K1*h*|H|/t；

其中，K1为设定系数，且0<K1*h/t<20，h为车身高度。

11.根据权利要求10所述的主动悬架控制装置，其特征在于，所述微控制器(2)根据下述公式计算所述目标电流I’：

I’=K2*Vb/(Vb-Vw)；

其中，K2为标定量系数，且0<K2<30，Vb为车身纵向速度，Vw为车轮纵向速度，Vb和Vw分别根据所述车身纵向加速度和所述车轮纵向加速度进行微分处理得到。

12.根据权利要求11所述的主动悬架控制装置，其特征在于，所述微控制器(2)根据下述公式计算得到占空比：

PWM=Kp*(△I-△I’)+Ki*△I+I+PWM’；

其中，Kp为比例系数，Ki为微分系数，△I 为相邻两个时刻中后一时刻的电流误差，△I’为相邻两个时刻中前一时刻的电流误差，PWM为相邻两个时刻中后一时刻的占空比，PWM’为相邻两个时刻中前一时刻的占空比，且1<Kp<50，0<Ki<0.5，初始时刻的占空比为0。

13.一种主动悬架控制系统，其特征在于，包括权利要求6~12任一项所述的主动悬架控制装置，以及与所述主动悬架控制装置电性连接的多个减震器(6)，且每一所述减震器(6)分别设置在车身与不同的车轮之间。