CN111532341A - 一种车身悬浮的汽车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种车身悬浮的汽车及其控制方法。车身悬浮的汽车包括车身、底盘、至少一个振动传感器、多个磁力悬浮模块和数据处理模块；车身设置于底盘上，并且车身的外周和底盘的外周通过密封件柔性连接；每一个磁力悬浮模块包括相对设置的第一电磁模块和第二电磁模块；第一电磁模块设置于车身上；第二电磁模块设置于底盘上；至少一个振动传感器设置于底盘上，用于采集振动信号；数据处理模块用于根据振动信号和车辆工况信息控制多个磁力悬浮模块产生在第一方向上的相互作用的磁力，在第二方向上的相互作用的磁力和在第三方向上的相互作用的磁力，使车身悬浮在底盘之上。本发明将车身悬浮在底盘之上，降低车身内噪声，使车身内更加安静和舒适。

Description

一种车身悬浮的汽车及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种车身悬浮的汽车及其控制方法。

背景技术

在未来5-10年内，无人驾驶汽车将会逐步投入使用。无人驾驶汽车无需驾驶员将注意力集中在汽车驾驶上，车内乘员可以在车内进行语言交互、娱乐、会议办公以及休息等，这就要求在汽车行驶过程中尽可能地减小车内的振动和噪声。目前当整车的车速低于时速100km/h时，汽车车内的振动和噪声主要是由动力总成噪声和路噪引起的。

目前的汽车的车身与车架以及车身与动力总成通过刚性连接或者中间加隔振连接，由于连接方式的不同，振动和噪声传递到汽车的大小也不同，刚性连接的隔振和隔噪效果最差，加入橡胶或液压的隔振会改善隔振和隔噪效果，但是上述两种连接方式都不能从根本上完全隔离由动力总成噪声和路噪引起的振动和噪声。

磁悬浮技术是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术，已经被研究应用于汽车。发明专利公布号CN109228883公开了一种全悬浮的电动磁悬浮汽车，包括车体、磁轮和磁轮驱动电机；磁轮安装在车体的下部，磁轮驱动电机设置在磁轮的中部，用于驱动磁轮发生转动，使得磁轮悬浮于磁浮车道的上方，磁浮车道包括路基和铺设于路基上的导体板，并带动车体在导体板的延伸方向上运动，使得车轮与路面无接触，从而有效地减少车轮的磨耗，增加汽车的使用寿命。该全悬浮的电动磁悬浮汽车虽然车轮和路面无接触可以有效地降低路噪，但是该汽车需要与特定的路面组合使用，使其使用范围受限，成本增加；另外该汽车的车身与动力总成未分离，该动力总成会引起车身内的振动和噪声。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是根据振动信号和车辆工况信息控制在三个方向上的相互作用的磁力使车身悬浮在底座之上，隔绝振动和噪声的传递路径，有利于降低车身内的振动和噪声，使得车身内更加安静和舒适。

为解决上述技术问题，本发明的第一个方面公开了一种车身悬浮的汽车，包括车身、底盘、至少一个振动传感器、多个磁力悬浮模块和数据处理模块；

所述车身设置于所述底盘上，并且所述车身的外周和所述底盘的外周通过密封件柔性连接；

每一个所述磁力悬浮模块包括相对设置的第一电磁模块和第二电磁模块；所述第一电磁模块设置于所述车身上；所述第二电磁模块设置于所述底盘上；

所述至少一个振动传感器设置于所述底盘上，用于采集振动信号；

所述数据处理模块与所述至少一个振动传感器连接，用于根据所述振动信号和车辆工况信息控制所述多个磁力悬浮模块产生在第一方向上的相互作用的磁力，在第二方向上的相互作用的磁力和在第三方向上的相互作用的磁力，使所述车身悬浮在所述底盘之上。

其中，所述车身的底面和四个侧壁上均设有所述第一电磁模块；所述底盘的顶面和四个侧壁上均设有所述第二电磁模块。

其中，所述相互作用的磁力包括所述第一电磁模块的磁力和所述第二电磁模块的磁力。

其中，所述第一电磁模块和所述第二电磁模块其中至少一者包括电磁线圈，所述电磁线圈上的磁力为动态可调的。

其中，所述车身的两相对的侧壁上均设有凹陷部；所述底盘的两相对侧壁上均设有与对应的所述凹陷部相匹配的凸起部；

或者所述车身的四个侧壁上均设有凹陷部；所述底盘的四个侧壁上均设有与对应的所述凹陷部相匹配的凸起部。

其中，所述凹陷部一侧的设置有所述第一电磁模块；

所述凸起部一侧设置有所述第二电磁模块。

其中，所述至少一个振动传感器包括多个振动传感器，多个所述振动传感器分别设置在所述底盘上。

其中，所述车辆工况信息包括车速信息、负载信息、电驱扭矩信息、方向盘转角信息、刹车踏板信息、油门踏板信息和车身振动信息其中至少一者。

其中，所述车身和所述底盘之间设有隔离层；

所述隔离层包括空气、柔性液体、或者柔性固体。

本发明的第二个方面公开了一种车身悬浮的汽车的控制方法，应用于上述的车身悬浮的汽车，包括：

通过所述至少一个振动传感器采集所述底盘的振动信号；

接收所述振动信号和车辆工况信息，并根据所述振动信号和所述车辆工况信息控制所述多个磁力悬浮模块产生在第一方向上的相互作用的磁力，在第二方向上的相互作用的磁力和在第三方向上的相互作用的磁力，使所述车身悬浮在所述底盘之上。

采用上述技术方案，本发明所述的车身悬浮的汽车及其控制方法具有如下有益效果：

1)本发明提供的车身悬浮的汽车及其控制方法根据振动信号和车辆工况信息控制在三个方向上的相互作用的磁力使车身悬浮在底座之上，隔绝振动和噪声的传递路径，有利于降低车身内噪声，使得车身内更加安静和舒适，满足车身内声场环境，特别是满足无人驾驶车辆需求的车身内声场环境；另外车身和底盘的外周通过密封件柔性连接，一方面避免外来物体进入到车身和底盘之间，保证汽车安全，另一方面能够很好地隔绝车身和底盘之间振动和噪声的传递路径；

2)通过在车身的底面和四个侧壁均设有第一电磁模块以及在底盘的顶面和四个侧壁均设有与第一电磁模块相对设置的第二电磁模块能够很好地产生在三个方向上的相互作用的磁力，对车身悬浮在底盘之上提供支撑和固定；

3)车身的至少两相对侧壁上设置有凹陷部且底盘的至少两相对侧壁上设有与凹陷部相匹配的凸起部，并在凹陷部的一侧设有第一电磁模块以及在凸起部的一侧设有第二电磁模块，能够对车身悬浮高度进行限制以及在第三方向上对车身起到固定作用；

4)第一电磁模块和第二电磁模块其中至少一者包括电磁线圈，可以动态调节电磁线圈上的磁力大小，使得车身在任何情况下都能满足车身内声场环境的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的一种车身悬浮的汽车的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的磁力悬浮模块的安装示意图；

图3为本发明实施例提供的第一电磁模块和第二电磁模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种车身悬浮的汽车的控制流程图。

以下对附图作补充说明：

3-数据处理模块；4-车身；40-底面；41-凹陷部；5-底盘；50-顶面；51-凸起部；11、12、13、14-振动传感器；21、22、23、24、25、27-磁力悬浮模块；211、221、231、271-第一电磁模块；212、222、232、272-第二电磁模块；Y-第二方向；Z-第三方向；S01、S02-步骤。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

如图1和图2所示，一种车身悬浮的汽车，其特征在于：包括车身4、底盘5、至少一个振动传感器、多个磁力悬浮模块21、22、23、24和25和数据处理模块3，其中，车身4为乘客舱，底盘5由动力总成和车架组成；

所述车身4设置于所述底盘5上，并且所述车身4的外周和所述底盘5的外周通过密封件柔性连接，其中车身4的一部分嵌在底盘5内，另外密封件的材料可以是橡胶等富有柔软性和弹性的材料；

每一个所述磁力悬浮模块包括相对设置的第一电磁模块和第二电磁模块；所述第一电磁模块设置于所述车身4上；所述第二电磁模块设置于所述底盘5上；

所述至少一个振动传感器设置于所述底盘5上，用于采集振动信号；

所述数据处理模块3与所述至少一个振动传感器连接，用于根据所述振动信号和车辆工况信息控制所述多个磁力悬浮模块21、22、23、24和25产生在第一方向上的相互作用的磁力，在第二方向Y上的相互作用的磁力和在第三方向Z上的相互作用的磁力，使得所述车身4悬浮在所述底盘5之上，其中，第一方向为汽车的长度方向，第二方向Y为汽车的宽度方向，以及第三方向Z为汽车的高度方向，相互作用的磁力可以是相互排斥的磁力或者相互吸引的磁力。在本实施例中，至少一个振动传感器用于采集振动信号，其中该振动信号主要来自底盘的振动信号和路面激励的振动信号，需要说明的是底盘的振动信号主要是动力总成产生的。车辆工况信息主要包括车速信息、负载信息、电驱扭矩信息、方向盘转角信息、刹车踏板信息、油门踏板信息和车身振动信息其中至少一者，车辆工况信息由车载控制系统输出给所述数据处理模块3。所述数据处理模块3接收上述振动信号和车辆工况信息，并对振动信号进行数据处理，再根据处理后的振动信号和车辆工况信息计算每一个磁力悬浮模块的第一电磁模块和第二电磁模块所需要的磁力，进而输出对应的电流控制信号以控制第一电磁模块和第二电磁模块产生相互作用的磁力，例如相互排斥的磁力(第一电磁模块和第二电磁模块极性相同)，或者相互吸引的磁力(第一电磁模块和第二电磁模块极性相反)，从而形成在第一方向上的支撑力，在第二方向Y上的支撑力和在第三方向Z上的悬浮力，使车身4悬浮在底盘5上。

上述方案不改变现有汽车驱动方式，而是通过控制多个磁力悬浮模块形成在第一方向上的支撑力，在第二方向Y上的支撑力和在第三方向Z上的悬浮力，使得车身4悬浮在底盘5上，实现车身5的全悬浮，而且所述车身4的外周和所述底盘5的外周通过密封件柔性连接，代替了现有的刚性连接，实现车身4和底盘5在空间结构上的分离，隔绝了振动和噪声的传递路径，实现结构路径上隔离动力总成噪声和路面激励噪声，有利于降低车身内噪声，使得车身内更加安静和舒适，满足车身内声场环境，特别是满足无人驾驶车辆需求的车身内声场环境，另外也避免外来物体进入到车身和底盘之间，保证汽车安全，还可以对车身阻尼和声学包隔声均可进行大幅度地减重设计。该方案不需要辅助路面将整个汽车悬浮，而仅仅将车身悬浮在底盘上，因而不受路面磁轨的限制，不受高速旋转与强磁场间隙冲突的约束。

进一步，至少一个振动传感器可以包括多个，振动传感器11,12,13和14分别设置在底盘5上，用于采集底盘上不同位置的振动信号，所述数据处理模块3根据底盘5不同位置的振动信号，控制不同位置的磁力悬浮模块的第一电磁模块和第二电磁模块的磁力，有利于减小车身4振动和噪声，使得车身内更加安静和舒适，满足车身内声场环境的需求。

进一步，所述车身4的底面40和四个侧壁上均设有所述第一电磁模块；所述底盘5的顶面50和四个侧壁上均设有所述第二电磁模块。需要说明的是，汽车的两个相对侧分别设有至少一个磁力悬浮模块21和25，汽车的另外两个相对侧分别设有至少一个磁力悬浮模块23和24，汽车的中间设有至少一个磁力悬浮模块22。具体地，车身4的底面40和底盘5的顶面分别设置有第一电磁模块221和第二电磁模块222，所述数据处理模块3控制第一电磁模块221和第二电磁模块222产生相互作用的磁力，以形成在第三方向Z上的悬浮力，使得车身4悬浮在底盘上，其中相互作用的磁力可以是相互排斥的磁力或者相互吸引的磁力。车身4的两个相对的侧壁和底盘5的两个相对的侧壁分别设有第一电磁模块和第二电磁模块，其中，车身4的一个侧壁和底盘5的一个侧壁分别设有第一电磁模块231和第二电磁模块232，所述数据处理模块3控制第一电磁模块231和第二电磁模块232产生相互作用的磁力，以形成在第二方向Y的支撑力，使得车身4在受到转向，路面随机冲击时，保持车身4和底盘5悬浮状态，满足在不同变化载荷工况下对车身4悬浮的固定支撑。车身4的另外两个相对的侧壁和底盘5的另外两个相对的侧壁分别设有第一电磁模块和第二电磁模块，所述数据处理模块3控制第一电磁模块和第二电磁模块产生相互作用的磁力，以形成在第一方向的支撑力，使得车身4在受到转向，路面随机冲击时，保持车身4和底盘5悬浮状态，满足在不同变化载荷工况下对车身4悬浮的固定支撑。上述相互作用的磁力包括第一电磁模块的磁力和所述第二电磁模块的磁力，其中相互作用的磁力可以是相互排斥的磁力，例如第一电磁模块和第二电磁模块上极性相同而产生的排斥力，或者可以是相互吸引的磁力，例如第一电磁模块和第二电磁模块上极性相反而产生的吸引力，当第一电磁模块和第二电磁模块距离近时，数据处理模块3会控制第一电磁模块和第二电磁模块的磁力增大，也就是第一电磁模块和第二电磁模块的相互作用的磁力增加。通过在所述车身4的底面40和四个侧壁上均设有所述第一电磁模块以及所述底盘5的顶面50和四个侧壁上均设有与所述第一电磁模块相对设置的所述第二电磁模块，能够很好地起到车身4的悬浮、支撑和固定作用。在本实施例中，车身4的底面可以设置多个第一电磁模块，车身的四个侧壁也可以设置多个第一电磁模块，以及底盘的顶面也相对设置多个第二电磁模块，底盘的四个侧壁也相对设置多个第二电磁模块，有利于更好地在汽车行驶过程中控制车身的平稳性，有利于降低车身内的噪声和振动。需要说明的是，车身4的四个侧壁嵌入在底盘5的四个侧壁围成的空间内，能够更好地实现在第一方向上和第二方向Y上对车身的支撑和固定。

如图2和图3所示，第一电磁模块和所述第二电磁模块其中至少一者包括电磁线圈。具体地，第一电磁模块211和第二电磁模块212组成磁力相互作用的磁力悬浮模块，其中第一电磁模块211和第二电磁模块212其中一者是电磁线圈，而第一电磁模块211和第二电磁模块212其中另一者为永磁体；或者第一电磁模块211和第二电磁模块212均是电磁线圈。由于电磁线圈上的磁力可以根据电流的幅值、相位等电流特征量进行动态调整，使得车身在任何情况下都能满足车身内声场环境的需求。

如图3所示，第一电磁模块211和第二电磁模块212部分为永磁体和部分为电磁线圈，其中，第一电磁模块211和第二电磁模块212的N极和S极交错设置，第一电磁模块211和第二电磁模块212面对面的部分极性相同，实现第一电磁模块211和第二电磁模块212之间产生相互排斥的磁力。

如图1至图3所示，所述车身的两相对的侧壁上均设有凹陷部41；所述底盘的两相对侧壁上均设有与对应的所述凹陷部41相匹配的凸起部51；

或者所述车身的四个侧壁上均设有凹陷部41；所述底盘的四个侧壁上均设有与对应的所述凹陷部41相匹配的凸起部51。

进一步，在所述凹陷部41和对应的凸起部51处设有磁力悬浮模块27，具体地，所述凹陷部41一侧的设置有所述第一电磁模块271；所述凸起部51一侧设置有所述第二电磁模块272，其中，所述第一电磁模块271和所述第二电磁模块272位于凹陷部41和凸起部51的同一侧，所述数据处理模块3控制第一电磁模块271和第二电磁模块272产生相互作用的磁力，以形成在第三方向Z上的拉力，其中相互作用的磁力可以是相互排斥的磁力或者相互吸引的磁力，用于对车身4悬浮的状态进行支撑固定，能够对车身悬浮高度进行限制以及在第三方向Z上对车身起到固定作用。

进一步，所述车身4和所述底盘5之间设置有隔离层6；

所述隔离层6包括空气、柔性液体、或者柔性固体，其中柔性固体可以是皮革或纤维织物等，对车辆行驶过程中各种不同变化载荷工况车身的运动提供缓冲作用，有利于减小车身内的噪声和振动。由于隔离层6中存在较大的磁力分布，用于支撑和固定车身4。

如图4所示，一种车身悬浮的汽车的控制方法，应用于上述的车身悬浮的汽车，该控制方法包括：

步骤S01：通过所述至少一个振动传感器采集所述底盘5的振动信号；

步骤S02：接收所述振动信号和车辆工况信息，并根据所述振动信号和所述车辆工况信息控制所述多个磁力悬浮模块产生在第一方向上的相互作用的磁力，在第二方向Y上的相互作用的磁力和在第三方向Z上的相互作用的磁力，使所述车身4悬浮在所述底盘5之上。

该方案不改变现有汽车驱动方式，而是通过控制多个磁力悬浮模块形成在第一方向上的支撑力，在第二方向Y上的支撑力和在第三方向Z上的悬浮力，使车身4悬浮在底盘5上，实现车身5的全悬浮，而且所述车身4的外周和所述底盘5的外周通过密封件柔性连接，代替了现有的刚性连接，实现车身4和底盘5在空间结构上的分离，隔绝了振动和噪声的传递路径，实现结构路径上隔离动力总成噪声和路面激励噪声，有利于降低车身内噪声，使得车身内更加安静和舒适，满足车身内声场环境，特别是满足无人驾驶车辆需求的车身内声场环境，另外也避免外来物体进入到车身和底盘之间，保证汽车安全，还可以对车身阻尼和声学包隔声均可进行大幅度地减重设计。该方案不需要辅助路面将整个汽车悬浮，而仅仅将车身悬浮在底盘上，因而不受路面磁轨的限制，不受高速旋转与强磁场间隙冲突的约束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车身悬浮的汽车，其特征在于：包括车身(4)、底盘(5)、至少一个振动传感器、多个磁力悬浮模块和数据处理模块(3)；

所述车身(4)设置于所述底盘(5)上，并且所述车身(4)的外周和所述底盘(5)的外周通过密封件柔性连接；

每一个所述磁力悬浮模块包括相对设置的第一电磁模块和第二电磁模块；所述第一电磁模块设置于所述车身(4)上；所述第二电磁模块设置于所述底盘(5)上；

所述至少一个振动传感器设置于所述底盘(5)上，用于采集振动信号；

所述数据处理模块(3)与所述至少一个振动传感器连接，用于根据所述振动信号和车辆工况信息控制所述多个磁力悬浮模块产生在第一方向上的相互作用的磁力，在第二方向(Y)上的相互作用的磁力和在第三方向(Z)上的相互作用的磁力，使所述车身(4)悬浮在所述底盘(5)之上。

2.根据权利要求1所述的车身悬浮的汽车，其特征在于：所述车身(4)的底面(40)和四个侧壁上均设有所述第一电磁模块；所述底盘(5)的顶面(50)和四个侧壁上均设有所述第二电磁模块。

3.根据权利要求1所述的车身悬浮的汽车，其特征在于：所述相互作用的磁力包括所述第一电磁模块的磁力和所述第二电磁模块的磁力。

4.根据权利要求1所述的车身悬浮的汽车，其特征在于：所述第一电磁模块和所述第二电磁模块其中至少一者包括电磁线圈，所述电磁线圈上的磁力为动态可调的。

5.根据权利要求2所述的车身悬浮的汽车，其特征在于：所述车身(4)的两相对的侧壁上均设有凹陷部(41)；所述底盘(5)的两相对侧壁上均设有与对应的所述凹陷部(41)相匹配的凸起部(51)；

或者所述车身(4)的四个侧壁上均设有凹陷部(41)；所述底盘(5)的四个侧壁上均设有与对应的所述凹陷部(41)相匹配的凸起部(51)。

6.根据权利要求5所述的车身悬浮的汽车，其特征在于：所述凹陷部(41)一侧的设置有所述第一电磁模块(271)；

所述凸起部(51)一侧设置有所述第二电磁模块(272)。

7.根据权利要求1所述的车身悬浮的汽车，其特征在于：所述至少一个振动传感器包括多个振动传感器(11,12,13,14)，多个所述振动传感器(11,12,13,14)分别设置在所述底盘(5)上。

8.根据权利要求1所述的车身悬浮的汽车，其特征在于：所述车辆工况信息包括车速信息、负载信息、电驱扭矩信息、方向盘转角信息、刹车踏板信息、油门踏板信息和车身振动信息其中至少一者。

9.根据权利要求1所述的车身悬浮的汽车，其特征在于：所述车身(4)和所述底盘(5)之间设有隔离层(6)；

所述隔离层(6)包括空气、柔性液体、或者柔性固体。

10.一种车身悬浮的汽车的控制方法，应用于如权利要求1-9任意一项所述的车身悬浮的汽车，其特征在于：

通过所述至少一个振动传感器采集所述底盘(5)的振动信号；

接收所述振动信号和车辆工况信息，并根据所述振动信号和所述车辆工况信息控制所述多个磁力悬浮模块产生在第一方向上的相互作用的磁力，在第二方向(Y)上的相互作用的磁力和在第三方向(Z)上的相互作用的磁力，使所述车身(4)悬浮在所述底盘(5)之上。

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