CN108944326A

CN108944326A - 一种车身高度智能控制系统及方法

Info

Publication number: CN108944326A
Application number: CN201810599791.2A
Authority: CN
Inventors: 江洪; 王鹏程; 宋旭东
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Kangqian Dacheng Beijing Technology Co ltd
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2038-06-12
Also published as: CN108944326B

Abstract

本发明公开一种车身高度智能控制系统及方法，加速度传感器、CAN总线通讯系统、陀螺仪、高度传感器将行车过程中所采集到的信息发送给路面不平度辨识系统、目标高度智能控制器以及车身高度控制器，路面不平度辨识系统对接收到的信息进行处理后将路面不平度信息发送给目标车身高度智能控制器，目标车身高度智能控制器对所接收到的信息进行处理，得到当前工况下最适宜的车身高度，并将该信息发送给车身高度控制器，车身高度控制器对接收的信息进行处理，发送控制信号给驱动模块，驱动充放气电磁阀进行充放气操作，实现车身调节，根据车辆行驶工况调节车辆行驶时的车身高度，保证车身高度调节过程中的有效性与准确性。

Description

一种车身高度智能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆的空气悬架系统，具体涉及其车身高度控制系统，控制车身高度的自动调节。

背景技术

空气悬架系统具有变刚度、低振动频率、车身高度可调等特性，能有效提高车辆的行驶平顺性、操纵稳定性和道路友好性。传统的空气悬架系统用机械阀控制车身高度，根据载荷变化来调节空气弹簧内部气压，以使车身高度保持基本不变。空气悬架在调节车身高度时，通过控制进入或流出空气弹簧内的气体质量流量实现车身高度的调节和保持，由车身高度控制器来保证车身高度调节过程中的有效性与准确性，为保障车辆在不同行驶工况下均能维持在最优的行驶高度提供技术支持。

中国专利号为CN201310486838.1的文献中提供了一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法，提出以车速信号以及悬架动行程信号作为车身高度调节触发信号，当车速大于某个阈值时将车身高度调至“车身低位”，当悬架动行程在一定时间内多次大于某个阈值时将车身高度调节至“车身高位”，该控制方法在一定程度上可以缓解平顺性与操稳性的矛盾，提升车辆在行驶过程中的综合性能，但是这种通过两个阈值来触发调节车身高度的方式，不仅需要通过试验来确定阈值大小，而且调节方式过于粗糙，难以很好地满足复杂的行驶工况需求，不能充分发挥空气悬架车身高度调节功能的优点，同时当路面不太好同时车速较快时，车身高度会调节至“低位模式”，这样不仅会降低车辆行驶过程中的平顺性而且容易刮伤底盘。

发明内容

本发明针对现有车身高度调节存在的问题，提供一种适合车身高度可调的空气悬架车辆的车身高度智能控制系统及其方法，可以确定各个工况下的目标车身高度，缓解车辆行驶过程中平顺性与操纵稳定性之间的矛盾，提高整车的综合性能。

本发明一种车身高度智能控制系统通过如下技术方案实现：包括加速度传感器、CAN总线通讯系统、陀螺仪、高度传感器、路面不平度辨识系统、目标高度智能控制器、车身高度控制器、驱动模块和充放气电磁阀；所述的加速度传感器采集簧下质量加速度a_t信息并发送给路面不平度辨识系统；所述的CAN总线通讯系统获取车辆车速v信息并发送给路面不平度辨识系统和目标高度智能控制器；所述的陀螺仪采集车身侧倾角θ信息和车身在x、y、z方向的加速度a_x、a_y、a_z信息并发送给目标高度智能控制器；

所述的高度传感器采集悬架动行程f_d并发送给目标高度智能控制器和车身高度控制器；

所述的路面不平度辨识系统对接收的信息进行处理，获取路面不平度G_d(n₀)信息并发送给目标高度智能控制器；所述的目标高度智能控制器对接收的信息进行处理，输出目标车身高度H_target给车身高度控制器；所述的车身高度控制器计算出PWM信息并发送给驱动模块，驱动模块驱动充放气电磁阀动作控制车身高度。

本发明一种车身高度智能控制方法采用的技术方案是依次包括以下步骤：

步骤一：目标高度智能控制器将车速v分成m级、路面不平度G_d(n₀)分成n级、加速度a_y分成s级、悬架动行程f_d分成t级，建立四维矩阵S(m,n,s,t)和三维矩阵RCMAX(m,n,s)、RCMIN(m,n,s)、HSMAX(m,n,s)、HSMIN(m,n,s)；

步骤二：目标高度智能控制器根据加速度a_x、a_y、a_z计算得到平顺性评价指标a_w；

将平顺性评价指标a_w与矩阵RCMAX(m,n,s)、RCMIN(m,n,s)中的值做比较，最大的值储存到RCMAX(m,n,s)，最小的值储存到RCMIN(m,n,s)；

步骤三：目标高度智能控制器根据加速度a_y和车身侧倾角θ计算出操稳性评价指标R：计算出控制周期T内的操稳性评价指标R值取平均值R，将R与矩阵HSMAX(m,n,s)、HSMIN(m,n,s)中储存的值做比较,最大的值储存到HSMAX(m,n,s)，最小的值储存到HSMIN(m,n,s)；

步骤四：根据平顺性评价指标a_w和平均值计算出综合评价指标J；

步骤五：取出四维矩阵S(m,n,s,t)下储存的值J_old，将J_old与综合评价指标J值进行加权，得到J_new值并储存到S(m,n,s,t)；

步骤六：在S(m,n,s,t)中，比较m、n、s相同且t分别等于1、2、3、4、5、6、7时的7个J_new值，得到其中的最小值为I；根据最小值I确定出目标车身高度H_target。

本发明采用上述技术方案后的有益效果是：本发明中的加速度传感器、CAN总线通讯系统、陀螺仪、高度传感器将行车过程中所采集到的信息发送给路面不平度辨识系统、目标高度智能控制器以及车身高度控制器，路面不平度辨识系统对接收到的信息进行处理后将路面不平度信息发送给目标车身高度智能控制器，目标车身高度智能控制器对所接收到的信息进行处理，得到当前工况下最适宜的车身高度，并将该信息发送给车身高度控制器。车身高度控制器对接收的信息进行处理，发送控制信号给驱动模块，驱动充放气电磁阀进行充放气操作，实现车身调节。可以根据车辆行驶工况调节车辆行驶时的车身高度，可以有效地缓和车辆行驶过程中平顺性与操操纵稳定性之间的矛盾，保证车身高度调节过程中的有效性与准确性，提升车辆行驶过程中的综合性能。

附图说明

图1为本发明一种车身高度智能控制系统的结构框图；

图2为图1中车身高度智能系统的控制方法的流程图；

图3为图1中目标高度智能控制器的工作流程图；

图中：1.加速度传感；2.CAN总线通讯系统；3.陀螺仪；4.高度传感器；5.电源模块；6.信号预处理系统；7.目标高度智能控制器；8.车身高度控制器；9.驱动模块；10.充放气电磁阀。

具体实施方式

参见图1，本发明车身高度智能控制系统由加速度传感器1、CAN总线通讯系统2、陀螺仪3、高度传感器4、电源模块5、路面不平度辨识系统6、目标高度智能控制器7、车身高度控制器8、驱动模块9、充放气电磁阀10组成。

加速度传感器1用于采集簧下质量加速度a_t信息，并发送给路面不平度辨识系统6。CAN总线通讯系统2用于本发明车身高度智能控制系统与车辆CAN总线之间的通讯，以便从车辆CAN总线中获取车辆车速v信息。CAN总线通讯系统2的输出端分别连接在路面不平度辨识系统6以及目标高度智能控制器7的输入端，将车速v信息发送给路面不平度辨识系统6，为路面不平度辨识提供必要的信息；将车速v信息发送给目标高度智能控制器7，为计算目标车身高度提供必要信息。

路面不平度辨识系统6的输入端还连接至加速度传感器1的输出端，用于对所接收的车速v信息和加速度传感器1所采集的簧下质量加速度a_t信息进行预处理，获取车辆正在行驶的路面的不平度G_d(n₀)信息，可以辨识出所行驶的路面的不平度等级。路面不平度的辨识方法有很多，在本发明中，路面不平度信息依靠簧下质量加速度a_t和车速v加以辨识，具体的辨识方法记载在中国专利申请号为201416581629X、名称为“一种路面不平度在线辨识系统及方法”的文献中，在此不予赘述。

CAN总线通讯系统2、加速度传感器1为信息输入端，分别提供车速v信息与簧下质量加速度a_t信息。路面不平度辨识系统6处理完信息后将路面不平度G_d(n₀)信息提供给目标高度智能控制器7。

陀螺仪3用于采集车身侧倾角θ信息和车身在x、y、z方向的加速度a_x、a_y、a_z信息。其中，x、y、z三个轴的方向采用固结于运动着的汽车上的动坐标系来描述，x轴平行于地面指向前方，z轴通过质心指向上方，y轴指向驾驶员左侧。陀螺仪3的输出连接目标高度智能控制器7的输入，将该信息发送给目标高度智能控制器7。

高度传感器4用于采集悬架动行程f_d信息。高度传感器4的输出端分别连接目标高度智能控制器7和车身高度控制器8的输入端，将该信息发送给目标高度智能控制器7和车身高度控制器8。

目标高度智能控制器7对接收的信息进行处理，其内集成了目标车身高度智能控制方法，该方法以输入目标高度智能控制器7中的车速v信息、路面不平度G_d(n₀)信息、车身x、y、z方向的加速度a_x、a_y、a_z信息、悬架动行程f_d信息为输入，以目标车身高度H_target为输出。目标车身高度智能控制器7对所接收到的信息进行处理，得到当前工况下最适宜的目标车身高度H_target。目标高度智能控制器7的输出端连接车身高度控制器8的输入端，将目标车身高度H_target输出给车身高度控制器8。

车身高度控制器8的输入端分别连接着目标高度智能控制器7和高度传感器4，输出端连接着驱动模块9。驱动模块9的输出端连接着充放气电池阀10的输入端。目标高度智能控制器7根据所获得的信息确定当前工况下的目标车身高度H_target之后，并将目标车身高度H_target发送给车身高度控制器8。车身高度控制器8集成有车身高度控制算法，可以将输入的目标车身高度H_target信息和悬架动行程f_d信息，经过多步计算获得PWM(占空比)信息，并将该PWM信息发送给驱动模块9。驱动模块9通过车身高度控制器8输出的PWM信息来驱动充放气电磁阀10动作，从而控制车身高度的升高或者降低。

电源系统5通过电源线分别对加速度传感器1、CAN总线通讯系统2、陀螺仪3、高度传感器4、路面不平度辨识系统6、目标高度智能控制器7、车身高度控制器8、驱动模块9供电。

如图2所示，本发明在行车过程中车身高度智能控制的具体步骤如下：

步骤一：行车过程中，实时监测与采集车速v信息、簧下质量加速度a_t信息、车身侧倾角θ信息、车身y、z两轴加速度a_y、a_z信息、悬架动行程f_d信息。利用CAN总线通讯系统2从车上原来装有的CAN总线中读取车速v信息，并将车速v信息实时传送到路面不平度辨识系统6以及目标高度智能控制器7；加速度传感器1实时采集簧下质量加速度a_t信息，并将簧下质量加速度a_t信息实时传送到路面不平度辨识系统6；陀螺仪3实时采集车身侧倾角θ信息以及车身x、y、z方向的加速度a_x、a_y、a_z信息，并将车身侧倾角θ信息、车身x、y、z方向的加速度a_x、a_y、a_z信息实时传送到目标高度智能控制器7；高度传感器4实时采集悬架动行程f_d信息，并将悬架动行程f_d信息实时传送到目标高度智能控制器7和车身高度控制器8中。

步骤二：路面不平度辨识系统6根据车速v信息以及簧下质量加速度a_t信息计算出路面不平度G_d(n₀)信息，并发送到目标高度智能控制器7。

步骤三：目标高度智能控制器7将所获得的信息经过内置处理方法处理后得到当前工况下理想的车身高度，并将该车身高度作为目标车身高度H_target发送给车身高度控制器8。

步骤四：车身高度控制器8对接收的信息进行处理，将所获得目标高度H_target信息以及悬架动行程f_d信息进过内置的PID控制算法转化为可以控制充放气电磁阀10开闭的PWM占空比信号，并发送控制信号给驱动模块9，来进行对充放气电磁阀10的控制，驱动充放气电磁阀0进行充放气操作，实现车身高度调节。

步骤五：驱动模块9接收PWM占空比信号，来进行对充放气电磁阀的控制，实现车身高度调节。

目标高度智能控制器7是本系统的核心模块，用来确定各个行驶工况下的最优的目标车身高度。目标高度智能控制器7接收到车速v信息、路面不平度G_d(n₀)信息、车身侧倾角θ信息、车身x、y、z方向的加速度a_x、a_y、a_z信息、悬架动行程f_d信息。目标高度智能控制器通过车速v信息、路面不平度G_d(n₀)信息、车身y方向加速度a_y来确定整车的行驶工况，通过车身侧倾角θ信息、车身x、y、z方向的加速度a_x、a_y、a_z信息来评价车辆的综合状态。目标高度智能控制器7的基本工作流程如图3所示，具体步骤如下：

步骤一：目标高度智能控制器7首先进行初始化操作。首先按照公式(1)～(4)将车速v分成m级、路面不平度G_d(n₀)分成n级、车身y方向加速度a_y分成s级以及悬架动行程f_d分成t级，其中，m＝5，n＝5，s＝4，t＝7。再建立用来储存这些数据的四维矩阵S(m,n,s,t)，矩阵S_m×n×s×t中每个元素的初始值都为1；并建立用来储存m级、n级、s级数据的三维矩阵RCMAX(m,n,s)、RCMIN(m,n,s)、HSMAX(m,n,s)、HSMIN(m,n,s)，三维矩阵中每个元素的初始值都为0，RCMIN、HSMIN中每个元素的初始值都为10。

步骤二：目标高度智能控制器7对控制周期T内获得的车身x、y、z方向的加速度a_x、a_y、a_z信息进行处理，计算得到平顺性评价指标a_w的值，平顺性评价指标a_w的计算方法采用国标号为GB/T4970-2009、名称为“汽车平顺性试验方法”中提出的方法，在此就不予赘述。

将计算所得到的平顺性评价指标a_w与矩阵RCMAX(m,n,s)、RCMIN(m,n,s)中储存的值做比较，最大的值储存到RCMAX(m,n,s)，最小的值储存到RCMIN(m,n,s)。

步骤三：目标高度智能控制器7通过获得车身y轴加速度a_y和车身侧倾角θ，按照公式(5)计算操稳性评价指标R：

式中：m为车身总质量，m_s为簧上质量，B为轮距，h_R为侧倾中心的高度，h_S为质心到侧倾中心的距离，a_y为车身y轴加速度，θ为车身侧倾角。

再将控制周期T内计算获得的操稳性评价指标R值取平均值，记作将计算所得到与矩阵HSMAX(m,n,s)、HSMIN(m,n,s)中储存的值做比较,最大的值储存到HSMAX(m,n,s)，最小的值储存到HSMIN(m,n,s)。

步骤四：根据计算所得的平顺性评价指标a_w和操稳性评价指标R的平均值计算综合评价指标J，计算公式如下(6)：

步骤五：取出四维矩阵S(m,n,s,t)下储存的值，记为J_old。按照下式(7)将J_old与步骤四中计算得到的综合评价指标J值进行加权，得到新的J值，记为J_new：

J_new＝αJ_old+(1-α)J (7)

其中α＝0.8，再将加权后得到的J_new值储存到S(m,n,s,t)。

步骤六：由于m、n、s分别是车速等级、路面不平度等级、侧向加速度等级，代表着车辆所行驶的工况。t代表悬架动行程的等级。比较相同工况(即m、n、s相同)，不同悬架动行程(即t不同)下的J_new值大小，即取出S(m,n,s,t)，在S(m,n,s,t)中，取t＝1～7坐标下储存的值，即取t分别等于1、2、3、4、5、6、7时的J_new值，记为J₁、J₂、J₃、J₄、J₅、J₆、J₇，比较这7个值的大小，得到其中的最小值，记为I，即I＝argmin(J₁,J₂,J₃,J₄,J₅,J₆,J₇)。

步骤七：根据步骤六中得到的I值再结合下式(8)，确定出目标车身高度H_target。

步骤八：将目标车身高度H_target传送到车身高度控制器8，实现车身高度智能控制。

Claims

1.一种车身高度智能控制系统，其特征是：包括加速度传感器(1)、CAN总线通讯系统(2)、陀螺仪(3)、高度传感器(4)、路面不平度辨识系统(6)、目标高度智能控制器(7)、车身高度控制器(80、驱动模块(9)和充放气电磁阀(10)；所述的加速度传感器(1)采集簧下质量加速度a_t信息并发送给路面不平度辨识系统(6)；所述的CAN总线通讯系统(2)获取车辆车速v信息并发送给路面不平度辨识系统(6)和目标高度智能控制器(7)；所述的陀螺仪(3)采集车身侧倾角θ信息和车身在x、y、z方向的加速度a_x、a_y、a_z信息并发送给目标高度智能控制器(7)；所述的高度传感器(4)采集悬架动行程f_d并发送给目标高度智能控制器(7)和车身高度控制器(8)；所述的路面不平度辨识系统(6)对接收的信息进行处理，获取路面不平度G_d(n₀)信息并发送给目标高度智能控制器(7)；所述的目标高度智能控制器(7)对接收的信息进行处理，输出目标车身高度H_target给车身高度控制器(8)；所述的车身高度控制器(8)计算出PWM信息并发送给驱动模块(9)，驱动模块(9)驱动充放气电磁阀(10)动作控制车身高度。

2.一种如权利要求1所述的车身高度智能控制系统的控制方法，其特征是依次包括以下步骤：

步骤一：目标高度智能控制器(7)将车速v分成m级、路面不平度G_d(n₀)分成n级、加速度a_y分成s级、悬架动行程f_d分成t级，建立四维矩阵S(m,n,s,t)和三维矩阵RCMAX(m,n,s)、RCMIN(m,n,s)、HSMAX(m,n,s)、HSMIN(m,n,s)；

步骤二：目标高度智能控制器(7)根据加速度a_x、a_y、a_z计算得到平顺性评价指标a_w，将平顺性评价指标a_w与矩阵RCMAX(m,n,s)、RCMIN(m,n,s)中的值做比较，最大的值储存到RCMAX(m,n,s)，最小的值储存到RCMIN(m,n,s)；

步骤三：目标高度智能控制器(7)根据加速度a_y和车身侧倾角θ计算出操稳性评价指标R：计算出控制周期T内的操稳性评价指标R值取平均值R，将平均值R与矩阵HSMAX(m,n,s)、HSMIN(m,n,s)中储存的值做比较，最大的值储存到HSMAX(m,n,s)，最小的值储存到HSMIN(m,n,s)；

步骤四：根据平顺性评价指标a_w和平均值R计算出综合评价指标J；

步骤五：取出四维矩阵S(m,n,s,t)下储存的值记为J_old，将J_old与综合评价指标J值进行加权，得到J_new值并储存到S(m,n,s,t)；

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征是：步骤一中，

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征是：步骤三中，操稳性评价指标m为车身总质量，m_s为簧上质量，B为轮距，h_R为侧倾中心的高度，h_S为质心到侧倾中心的距离。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征是：步骤四中，综合评价指标

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征是：步骤五：J_new＝αJ_old+(1-α)J，α＝0.8。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征是：步骤六中，

根据确定出目标车身高度H_target。