CN111703503B - 一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开车辆悬架控制领域中的一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制系统及方法，信息处理模块判断是否接收到自动驾驶模块发送来的下一时刻车速、加速度、方向盘转角信息，目标前束判断模块先计算出第一前束角，再在第一前束角的基础上计算出第二前束角，若信息处理模块未接收到自动驾驶模块的信息，则目标前束判断模块将第二前束角作为目标前束角，若接收到信息，则先计算出第三前束角，再在第三前束角的基础上计算出第四前束角，将第四前束角作为目标前束角，本发明能使车辆在行驶过程中根据本车簧载质量及胎温信息调节车辆前轮前束角，实现预先调节前束角的悬架前束控制。

Description

一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制系统及方法
技术领域
本发明涉及车辆的悬架控制领域，具体涉及一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角的控制技术，对装配有前束角控制系统的车辆进行控制。
背景技术
当前，装配有前束角控制系统的车辆相对于未装配该系统的车辆在操控稳定性上有更好的表现。中国专利公开号为CN106240629A的文献中提出了一种用于车辆的前束优化系统，该系统由处理器、存储器、传感器、致动器组成，车辆的多种状态都有对应的前束角设置，通过控制后轮前束角，实现在不同驾驶动作或状态下车辆稳定性的优化；但是该前束优化系统未涉及车辆前轮的前束角控制，且该前束优化系统在获取车辆传感器实时数据后才进行相应的前束角控制，具有一定的时滞性。中国专利公开号为CN110103653A的文献中提出了一种双横臂悬架的主动调节装置，包括转向节、转向摇臂、上横臂和下横臂，还包括外倾角调节机构、前束角调节机构和控制系统。通过动态调节外倾角和前束角，实现不同工况下对外倾角和前束角的不同需求；但是该主动调节装置无法通过前方道路状况提前调节本车的前束角，具有一定的时滞性。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的未能实现车辆悬架前轮前束角预先控制的问题，提出一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制系统及其控制方法，能够预先调节前轮前束角，实现车辆悬架前轮前束角的实时控制。
本发明所述的一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制系统采用的技术方案是：包括自动驾驶模块，车速传感器、激光雷达、毫米波雷达和GPS模块的输出端与自动驾驶模块的输入端连接，自动驾驶模块、车高传感器的输出端与信息处理模块输入端连接，信息处理模块、胎温传感器、前束传感器的输出端与目标前束判断模块的输入端连接，目标前束判断模块的输出端分别与左前束控制器和右前束控制器的输入端连接；车速传感器采集本车的当前瞬时速度vk，激光雷达与毫米波雷达采集本车周围的道路信息，GPS模块采集本车位置、行驶方向信息，车高传感器采集本车的左前车身高度Hfl和右前车身高度Hfr信息，前束传感器采集本车的当前左前轮前束角、右前轮前束角信息，胎温传感器采集本车的左前轮胎温Tfl、右前轮胎温Tfr信息，自动驾驶模块计算出车辆的下一时刻速度vk+1、加速度a以及下一时刻方向盘转角ζ，信息处理模块计算出当前左前簧载质量与右前簧载质量的平均值m2，目标前束判断模块输出前束角控制信号至左前束控制器及右前束控制器，左前束控制器、右前束控制器控制车辆前束角。
所述的一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制系统的控制方法采用的技术方案是包括以下步骤：
步骤(1)：激光雷达、毫米波雷达、GPS模块、车速传感器分别将采集的信息发送至自动驾驶模块中，车高传感器将采集的信息并发送至信息处理模块中；前束传感器和胎温传感器分别将采集的信息发送至目标前束判断模块中；
步骤(2)：自动驾驶模块根据获得的信息计算得到车辆的下一时刻瞬时速度vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ；
步骤(3)：信息处理模块根据接收到的本车左前车身高度Hfl、右前车身高度Hfl信息计算出当前的前左前簧载质量与右前簧载质量的平均值m2并发送至目标前束判断模块，同时判断是否接收到自动驾驶模块发送来的下一时刻车速vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ信息，若是，则将下一时刻车速vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ发送至目标前束判断模块中；
步骤(4)：目标前束判断模块计算出目标前束角并输出至左前束控制器及右前束控制器，左前束控制器及右前束控制器分别控制左前轮及右前轮前束角。
所述的目标前束判断模块计算出目标前束角的步骤是：
步骤A：先根据式
Figure BDA0002509331460000021
计算出第一前束角α，再根据式
Figure BDA0002509331460000022
计算出第二前束角β：θ为前束角控制单位，m0为左前簧载质量与右前簧载质量的初始平均值，Tf为左前轮胎温Tfl和右前轮胎温Tfr的胎温平均值；
步骤B：若信息处理模块未接收到自动驾驶模块的信息，则目标前束判断模块将第二前束角β作为目标前束角；若信息处理模块接收到自动驾驶模块的信息，则先根据式
Figure BDA0002509331460000023
计算出第三前束角γ：再根据式
Figure BDA0002509331460000031
计算出第四前束角δ，将第四前束角δ作为目标前束角，g为重力加速度。
本发明采用目标前束判断模块根据胎温传感器、前束传感器及信息处理模块的信息选择合适的前束角，并将信息分别发送至左前束控制器及右前束控制器，能够使车辆在行驶过程中根据本车簧载质量及胎温信息调节车辆前轮前束角，并通过自动驾驶模块获取下一时刻车辆速度、加速度、方向盘转角信息，实现预先调节前束角的悬架前束控制。
附图说明
图1是本发明一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制系统的硬件结构框图；
图2是图1中悬架前束控制系统的控制方法流程图；
图3是图2中目标前束判断模块的判断方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制系统由自动驾驶模块、车速传感器、激光雷达、毫米波雷达、GPS模块、车高传感器、前束传感器、胎温传感器、信息处理模块、目标前束判断模块、左前束控制器和右前束控制器组成。其中的自动驾驶模块、信息处理模块、目标前束判断模块组成了车辆的车载终端ECU。车速传感器、激光雷达、毫米波雷达和GPS模块的输出端与自动驾驶模块的输入端连接，自动驾驶模块、车高传感器的输出端与信息处理模块输入端连接，信息处理模块、胎温传感器、前束传感器的输出端与目标前束判断模块的输入端连接，目标前束判断模块的输出端分别与左前束控制器和右前束控制器的输入端连接。
车速传感器采集本车的当前瞬时速度vk，并将当前瞬时速度vk信息发送至自动驾驶模块。激光雷达与毫米波雷达用于采集本车周围的道路信息，并将道路信息发送至自动驾驶模块。GPS模块用于采集本车位置、行驶方向信息，并将信息发送至自动驾驶模块。
自动驾驶模块根据接收到的信息计算出车辆的下一时刻速度vk+1、加速度a以及下一时刻方向盘转角ζ，若自动驾驶模式开启，则自动驾驶模块便将计算出的下一时刻速度vk+1、加速度a以及下一时刻方向盘转角ζ信息发送至信息处理模块，反之，若自动驾驶模式关闭，则不向信息处理模块发送信息。本发明中，具体的自动驾驶模块计算下一时刻车辆速度、加速度的方法记载在中国专利公开号为CN106843231A、名称为“无人驾驶汽车、无人驾驶汽车的控制方法及其控制装置”的文献中；具体的自动驾驶模块计算出下一时刻的方向盘转角的方法记载在中国专利公开号为CN109002040A、名称为“车辆自动控制方法、装置及计算机可度存储介质”的文献中，在此不再赘述。
车高传感器用于采集本车的左前车身高度Hfl和右前车身高度Hfr信息，并将左前车身高度Hfl和右前车身高度Hfr信息发送到信息处理模块。
信息处理模块根据接收到的前左车身高度Hfl、前右车身高度Hfr，计算出当前左前簧载质量与右前簧载质量的平均值m2，并将平均值m2信息发送至目标前束判断模块。同时，信息处理模块根据是否接收到自动驾驶模块发送的信息判断自动驾驶模式是否开启，若接收到自动驾驶模块所发送的信息，则判断自动驾驶模式已经打开，信息处理模块将自动驾驶模块发送的下一时刻车速vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ信息发送至目标前束判断模块；若没有接收到自动驾驶模块的信息，则判断未开启自动驾驶模式，信息处理模块不发送自动驾驶模块的信息。
前束传感器由左前束传感器、右前束传感器组成，分别采集当前时刻本车的左前轮前束角信息、右前轮前束角信息，并将该信息发送至目标前束判断模块。胎温传感器用于采集本车的左前轮胎温Tfl、右前轮胎温Tfr信息，并将这些信息发送到目标前束判断模块。为方便叙述，下面将左前轮前束角及右前轮前束角统称为前束角。目标前束判断模块根据内置的目标前束选择规则输出前束角控制信号至左前束控制器及右前束控制器。左前束控制器、右前束控制器根据信号执行相应动作便能控制车辆前束角。
如图2所示，本发明一种结合自动驾驶模块的悬架前束控制系统的控制方法的具体步骤如下：
步骤1：激光雷达与毫米波雷达采集本车附近道路信息，GPS模块获取本车位置、行驶方向信息，车速传感器获取本车当前瞬时速度vk，分别将信息都发送至自动驾驶模块中。
车高传感器采集本车的左前车身高度Hfl、右前车身高度Hfr信息，并将这些信息发送至信息处理模块中。
胎温传感器采集本车的左前轮胎温Tfl和右前轮胎温Tfr；前束传感器采集本车当前时刻前束角，胎温传感器和前束传感器分别将采集的信息发送至目标前束判断模块中。本发明中，具体的前束角采集方法记载在中国专利公开号为CN109211146A、名称为“前束角测量方法”的文献中，在此不再赘述。
步骤2：自动驾驶模块通过计算，得到车辆的下一时刻瞬时速度vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ，若自动驾驶模块开启，则将下一时刻瞬时速度vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ信息发送至信息处理模块中，若自动驾驶模块关闭，则不发送信息。
步骤3：信息处理模块根据接收到的本车左前车身高度Hfl、右前车身高度Hfl信息，计算出对应的当前的前左前簧载质量与右前簧载质量的平均值m2，并将平均值m2发送至目标前束判断模块。具体计算公式是：
Figure BDA0002509331460000051
式(1)中，所计算的簧载质量的平均值m2为静载状态下的簧载质量，Hf0为左前车身高度和右前车身高度初始平均值，k为悬架弹簧刚度，m0为左前簧载质量与右前簧载质量的初始平均值。
同时，信息处理模块判断是否接收到了自动驾驶模块发送来下一时刻车速vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ信息，若接收到自动驾驶模块所发送的信息，则判断自动驾驶模式已经打开，信息处理模块将自动驾驶模块发送来的信息发送至目标前束判断模块；若没有接收到自动驾驶模块发送来的信息，则判断未开启自动驾驶模式，信息处理模块则无法将下一时刻车速vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ信息发送至目标前束判断模块。
步骤4：目标前束判断模块根据内置的目标前束选择规则计算出目标前束角。如图3所示，目标前束判断模块算出目标前束角的具体计算步骤是：
步骤A：目标前束判断模块接收到信息处理模块及胎温传感器的信息后，首先根据当前的前左前簧载质量与右前簧载质量的平均值m2和左前簧载质量与右前簧载质量的初始平均值m0计算出第一前束角α，
Figure BDA0002509331460000052
式(2)中，θ为前束角控制单位，可根据不同车型进行设定。m0为左前簧载质量与右前簧载质量的初始平均值。
然后，根据左前轮胎温Tfl和右前轮胎温Tfr信息计算出胎温平均值Tf，并在第一前束角a基础上计算出第二前束角β：
Figure BDA0002509331460000053
式(3)中，胎温平均值Tf为左前轮胎温Tfl和右前轮胎温Tfr的平均值。
步骤B：若信息处理模块判断出未接收到自动驾驶模块的信息，则目标前束判断模块将第二前束角β作为目标前束角。若信息处理模块接收到了自动驾驶模块的信息，则表明目标前束判断模块接收到了车辆的下一时刻瞬时速度vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ，则在第二前束角β基础上再计算出第三前束角γ：
Figure BDA0002509331460000061
式(4)中，g为重力加速度，a为下一时刻加速度，vk+1为下一时刻瞬时速度。
然后，再在第三前束角γ基础上再计算第四前束角δ:
Figure BDA0002509331460000062
式(5)中，ζ为下一时刻方向盘转角。
目标前束判断模块将第四前束角δ作为目标前束角。
步骤C：目标前束判断模块根据前束传感器采集的当前时刻本车左前轮前束角信息及右前轮前束角信息，结合第二前束角β或者第四前束角δ，判断左前束传感器、右前束传感器是否已将前束角调整为目标前束判断模块输出的目标前束角，即第二前束角β或者第四前束角δ。若未将当前时刻本车的前束角调整为目标前束判断模块输出的目标前束角(第二前束角β或者第四前束角δ)，则返回重新执行步骤A-B，重新计算第一前束角α直至第四前束角δ。若已将当前时刻本车的前束角调整为目标前束判断模块输出的第二前束角β或第四前束角δ，则结束目标前束选择，输出目标前束角。
步骤5：目标前束判断模块将第二前束角β或第四前束角δ输出至左前束控制器及右前束控制器，左前束控制器及右前束控制器接收到目标前束判断模块输出的第二前束角β或第四前束角δ信号后，分别控制左前轮及右前轮前束角，实现车辆前轮前束角的及时控制。

Claims (5)

1.一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制方法，采用悬架前轮前束角控制系统，该悬架前轮前束角控制系统包括自动驾驶模块，车速传感器、激光雷达、毫米波雷达和GPS模块的输出端与自动驾驶模块的输入端连接，自动驾驶模块、车高传感器的输出端与信息处理模块输入端连接，信息处理模块、胎温传感器、前束传感器的输出端与目标前束判断模块的输入端连接，目标前束判断模块的输出端分别与左前束控制器和右前束控制器的输入端连接；车速传感器采集本车的当前瞬时速度vk，激光雷达与毫米波雷达采集本车周围的道路信息，GPS模块采集本车位置、行驶方向信息，车高传感器采集本车的左前车身高度Hfl和右前车身高度Hfr信息，前束传感器采集本车的当前左前轮前束角、右前轮前束角信息，胎温传感器采集本车的左前轮胎温Tfl、右前轮胎温Tfr信息，自动驾驶模块计算出车辆的下一时刻速度vk+1、加速度a以及下一时刻方向盘转角ζ，信息处理模块计算出当前左前簧载质量与右前簧载质量的平均值m2，目标前束判断模块输出前束角控制信号至左前束控制器及右前束控制器，左前束控制器、右前束控制器控制车辆前束角，其特征是包括以下步骤：
步骤(1)：激光雷达、毫米波雷达、GPS模块、车速传感器分别将采集的信息发送至自动驾驶模块中，车高传感器将采集的信息并发送至信息处理模块中；前束传感器和胎温传感器分别将采集的信息发送至目标前束判断模块中；
步骤(2)：自动驾驶模块根据获得的信息计算得到车辆的下一时刻瞬时速度vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ；
步骤(3)：信息处理模块根据接收到的本车左前车身高度Hfl、右前车身高度Hfl信息计算出当前的前左前簧载质量与右前簧载质量的平均值m2并发送至目标前束判断模块，同时判断是否接收到自动驾驶模块发送来的下一时刻车速vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ信息，若是，则将下一时刻车速vk+1、下一时刻加速度a、下一时刻方向盘转角ζ发送至目标前束判断模块中；
步骤(4)：目标前束判断模块计算出目标前束角并输出至左前束控制器及右前束控制器，左前束控制器及右前束控制器分别控制左前轮及右前轮前束角。
2.根据权利要求1所述的一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制方法，其特征是：步骤(4)中，目标前束判断模块计算出目标前束角的步骤是：
步骤A：先根据式
Figure FDA0003642163830000011
计算出第一前束角α，再根据式
Figure FDA0003642163830000021
计算出第二前束角β；θ为前束角控制单位，m0为左前簧载质量与右前簧载质量的初始平均值，Tf为左前轮胎温Tfl和右前轮胎温Tfr的胎温平均值；
步骤B：若信息处理模块未接收到自动驾驶模块的信息，则目标前束判断模块将第二前束角β作为目标前束角；若信息处理模块接收到自动驾驶模块的信息，则先根据式
Figure FDA0003642163830000022
计算出第三前束角γ：再根据式
Figure FDA0003642163830000023
计算出第四前束角δ，将第四前束角δ作为目标前束角，g为重力加速度。
3.根据权利要求2所述的一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制方法，其特征是：目标前束判断模块根据前束传感器采集的当前左前轮前束角及右前轮前束角，判断前束传感器是否已将前束角调整为目标前束角，若否，则重新执行步骤A-B，若是，则输出目标前束角。
4.根据权利要求1所述的一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制方法，其特征是：步骤(3)中，前左前簧载质量与右前簧载质量的平均值
Figure FDA0003642163830000024
Hf0为左前车身高度和右前车身高度初始平均值，k为悬架弹簧刚度，m0为左前簧载质量与右前簧载质量的初始平均值。
5.根据权利要求4所述的一种结合自动驾驶模块的悬架前轮前束角控制方法，其特征是：前左前簧载质量与右前簧载质量的平均值m2为静载状态下的簧载质量。
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