CN115014672A - 螺旋弹簧的刚度监测装置、监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺旋弹簧的刚度监测装置、监测系统及监测方法。刚度监测装置包括固定组件、压力检测部件和距离检测部件。距离检测部件包括可沿变形方向相对滑动的第一滑动构件和第二滑动构件。当第一滑动构件沿变形方向相对于第二滑动构件滑动时，各信号接收器中的与信号发射器的位置对应的信号接收器接收来自信号发射器的信号、并向处理部件发送当前信号接收器的编号信息；处理部件根据来自当前信号接收器的编号信息计算螺旋弹簧当前的长度。该装置可以对螺旋弹簧的刚度进行计算。在车辆需要更换螺旋弹簧的时候，及时发出报警信息，提醒驾驶员及时检查或更换螺旋弹簧，提高了车辆行驶的安全性。

Description

螺旋弹簧的刚度监测装置、监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及车辆悬挂系统技术领域，特别涉及一种螺旋弹簧的刚度监测装置、监测系统及监测方法。

背景技术

车辆的螺旋弹簧在车辆上承受垂直载荷，起到减振作用。螺旋弹簧的刚度的大小影响着车辆的偏频，而偏频是车辆的平顺性能的重要指标，螺旋弹簧在车辆长期使用过程中，其刚度会随着车辆使用有一定的损失，而每个螺旋弹簧具体的损失值、位于车辆左右两侧的螺旋弹簧损失率是否一致，一般的车辆并不会进行监测，且现有车辆对螺旋弹簧的刚度值也不能进行准确评估。但是，当车辆经过长期使用后，如刚度损失值较大时，或左右侧弹簧刚度值严重不一致时，对车辆的操稳平顺性能会有较大影响，甚至会导致车辆侧翻，严重影响车辆的行驶安全。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中对螺旋弹簧的刚度值不能准确评估，容易影响车辆行驶安全的问题。

为解决上述问题，本发明的实施方式公开了一种螺旋弹簧的刚度监测装置，包括：固定组件，固定组件包括在螺旋弹簧的变形方向上相对设置的第一固定部件和第二固定部件，且螺旋弹簧固定设置于第一固定部件与第二固定部件之间；压力检测部件，压力检测部件设置于固定组件上、检测螺旋弹簧在变形方向上所受的压力；距离检测部件，距离检测部件沿变形方向延伸、且固定于第一固定部件与第二固定部件之间；并且，距离检测部件包括可沿变形方向相对滑动的第一滑动构件和第二滑动构件；其中，第一滑动构件上设置有信号发射器、第二滑动构件上设置有多个信号接收器，各信号接收器沿变形方向间隔均匀地布置、且均与处理部件通信连接；当第一滑动构件沿变形方向相对于第二滑动构件滑动时，各信号接收器中的与信号发射器的位置对应的信号接收器接收来自信号发射器的信号、并向处理部件发送当前信号接收器的编号信息；处理部件根据来自当前信号接收器的编号信息计算螺旋弹簧当前的长度。

采用上述方案，通过压力检测部件检测螺旋弹簧在变形方向上所受的压力，并结合处理部件计算的螺旋弹簧当前的长度就可以对螺旋弹簧的刚度进行监测，从而能够及时了解螺旋弹簧的刚度损失率。在刚度损失率较大时，或车辆左右两侧的螺旋弹簧刚度损失率差异较大时，可以及时发出报警信息，提醒驾驶员及时检查或更换螺旋弹簧，提高了车辆行驶的安全性。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的螺旋弹簧的刚度监测装置，第一滑动构件和第二滑动构件均呈沿变形方向延伸的长条状，且第一滑动构件的一端与第一固定部件固定连接、另一端与第二滑动构件的一端滑动连接，第二滑动构件的另一端与第二固定部件固定连接；并且，第一滑动构件和第二滑动构件位于螺旋弹簧内侧；第一滑动构件在其宽度方向上的两侧设置有突出部，第二滑动构件在其宽度方向上的两侧设置有与突出部相匹配的限位部；突出部与限位部之间、沿第一滑动构件的长度延伸方向还设置有多个滚动部件；信号发射器设置在第一滑动构件的另一端，各信号接收器以预设的第一距离阈值沿变形方向间隔均匀地布置。

采用上述方案，在第一滑动构件的两侧设置突出部、并在第二滑动构件的两侧设置限位部，可以使第一滑动构件和第二滑动构件在能够相互滑动的前提下不会向其他方向产生偏移，进而能够提高计算出的螺旋弹簧当前的长度的准确度。此外，在突出部与限位部之间设置滚动部件，可以使第一滑动构件和第二滑动构件之间的滑动更顺畅。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的螺旋弹簧的刚度监测装置，滚动部件为滚珠；预设的第一距离阈值的范围为0.5mm至1mm。

采用上述方案，将第一距离阈值的范围为0.5mm至1mm，可以很好地平衡成本和测量精确度。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的螺旋弹簧的刚度监测装置，第一滑动构件呈杆状结构、第二滑动构件呈空心柱状结构，第一滑动构件套设在第二滑动构件内；第一滑动构件和第二滑动构件位于螺旋弹簧内侧；其中，第一滑动构件的一端与第一固定部件固定连接、另一端与第二滑动构件的一端滑动连接，第二滑动构件的另一端与第二固定部件固定连接；信号发射器设置在第一滑动构件的另一端，各信号接收器以预设的第二距离阈值沿变形方向间隔均匀地布置。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的螺旋弹簧的刚度监测装置，预设的第二距离阈值的范围为0.5mm至1mm。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的螺旋弹簧的刚度监测装置，其中，压力检测部件包括设置在螺旋弹簧固定于第一固定部件的一侧端部的压力传感器；和/或，压力检测部件还包括设置在螺旋弹簧固定于第二固定部件的一侧端部的压力传感器；并且，信号发射器为红外发射器、信号接收器为红外接收器。

本发明的实施方式还公开了一种车辆悬挂系统的螺旋弹簧的刚度监测系统，车辆悬挂系统中与每个车轮对应的螺旋弹簧均设置有如上任意实施方式所描述的螺旋弹簧的刚度监测装置；其中，每个刚度监测装置中，第一固定部件与车辆的车架固定连接，第二固定部件与悬挂系统的减震器固定后与车辆的车轴连接，处理部件与车辆的整车控制器连接。

采用上述方案，由于为车辆悬挂系统的每个螺旋弹簧都设置了刚度监测装置，可以对螺旋弹簧的刚度进行监测，从而能够及时了解螺旋弹簧的刚度损失率。在刚度损失率较大时，或车辆左右两侧的螺旋弹簧刚度损失率差异较大时，可以及时发出报警信息，提醒驾驶员及时检查或更换螺旋弹簧，提高了车辆行驶的安全性。

本发明的实施方式还公开了一种车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法，适用于如上实施方式所描述的螺旋弹簧的刚度监测系统；并且，螺旋弹簧的刚度监测方法包括：

S1：整车控制器以预设的时间间隔获取车辆的状态信息，并根据状态信息判断车辆是否启动；

若是，则执行步骤S2；

若否，则继续判断车辆是否启动；

S2：整车控制器实时获取车辆的车速信息，并根据车速信息判断车辆是否达到预设的刚度监测条件；

若是，则执行步骤S3；

若否，则继续判断车辆是否达到预设的刚度监测条件；

S3：各刚度监测装置的压力检测部件获取对应的螺旋弹簧在变形方向上所受的压力，处理部件计算螺旋弹簧当前的长度、并根据螺旋弹簧所受的压力、螺旋弹簧当前的长度、以及螺旋弹簧的自由长度计算螺旋弹簧的当前刚度；

S4：处理部件根据螺旋弹簧的当前刚度、以及螺旋弹簧的初始刚度判断螺旋弹簧是否达到预设的更换条件；

若是，则输出报警信息至整车控制器；

若否，则继续判断螺旋弹簧是否达到预设的更换条件。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法，步骤S1中，车辆的状态信息包括发动机转速和发动机温度；并且，步骤S2中，预设的刚度监测条件为：车辆的当前车速为0；并且，步骤S4中，预设的更换条件为：螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的损失率阈值；或位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值大于预设的损失率差值；并且，根据以下公式计算螺旋弹簧的当前刚度：

其中，C1为螺旋弹簧的当前刚度，G1为螺旋弹簧所受的压力，H1为螺旋弹簧当前的长度，H0为螺旋弹簧的自由长度；并且，根据以下公式计算螺旋弹簧的刚度损失率：

其中，n为螺旋弹簧的刚度损失率，C1为螺旋弹簧的当前刚度，C0为螺旋弹簧的初始刚度；并且，根据以下公式计算位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值：

Δn＝|n左-n右|

其中，Δn为位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值，n左为位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率，n右为位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率；并且，步骤S4中，当预设的更换条件为螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的损失率阈值时，在输出报警信息至整车控制器之后，还包括执行步骤S5；

S5：处理部件判断螺旋弹簧的刚度损失率是否大于预设的极限阈值；

若是，则输出提示信息至整车控制器，以控制车辆以低于预设的第一速度阈值的车速行驶；

若否，则继续判断螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的极限阈值；并且

步骤S4中，当预设的更换条件为位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值大于预设的损失率差值时，在输出报警信息至整车控制器之后，还包括执行步骤S5’：

S5’：处理部件判断车辆左侧任一螺旋弹簧的刚度损失率与车辆右侧任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值是否大于预设的极限差值；

若是，则输出提示信息至整车控制器，以控制车辆以低于预设的第二速度阈值的车速行驶；

若否，则继续判断螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的极限差值。

采用上述方案，当螺旋弹簧的刚度损失率较大时，对车辆的车速进行控制，能够提高车辆的驾驶安全性。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法，预设的时间间隔为10min至30min；预设的损失率阈值的范围为60％至80％；预设的损失率差值的范围为0.3至0.5；预设的极限阈值的范围为70％至80％；预设的极限差值的范围为0.4至0.5；预设的第一速度阈值的范围为20km/h至30km/h；预设的第二速度阈值的范围为20km/h至30km/h。

本发明的有益效果是：

本方案提供的螺旋弹簧的刚度监测装置，通过压力检测部件检测螺旋弹簧在变形方向上所受的压力，并结合处理部件计算的螺旋弹簧当前的长度就可以对螺旋弹簧的刚度进行监测，从而能够及时了解螺旋弹簧的刚度损失率。在刚度损失率较大时，或车辆左右两侧的螺旋弹簧刚度损失率差异较大时，可以及时发出报警信息，提醒驾驶员及时检查或更换螺旋弹簧，提高了车辆行驶的安全性。

本方案提供的车辆悬挂系统的螺旋弹簧的刚度监测系统、以及车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法，由于利用了上述的螺旋弹簧的刚度监测装置，可以在需要更换螺旋弹簧的时候，及时发出报警信息，提醒驾驶员及时检查或更换螺旋弹簧，提高了车辆行驶的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的螺旋弹簧的刚度监测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的距离检测部件的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的第一滑动构件的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的距离检测部件的另一结构示意图；

图5是本发明实施例提供的车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法的流程示意图。

附图标记说明：

1、第一固定部件；2、第二固定部件；3、螺旋弹簧；4、第一滑动构件；5、第二滑动构件；6、信号发射器；7、信号接收器；8、滚动部件。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例1：

为解决现有技术中对螺旋弹簧的刚度值不能准确评估，容易影响车辆行驶安全的问题，本发明的实施例提供一种螺旋弹簧的刚度监测装置。具体地，参考图1，本实施例提供的螺旋弹簧的刚度监测装置包括固定组件、压力检测部件、以及距离检测部件。

进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，参考图1，固定组件包括在螺旋弹簧3的变形方向上相对设置的第一固定部件1和第二固定部件2，且螺旋弹簧3固定设置于第一固定部件1与第二固定部件2之间。具体地，螺旋弹簧3的变形方向是指螺旋弹簧3的压缩方向或者拉伸方向。车辆悬挂系统的螺旋弹簧3只有被压缩一种状态，因此，在螺旋弹簧3为车辆悬挂系统的螺旋弹簧3时，变形方向为螺旋弹簧3的压缩方向。第一固定部件1和第二固定部件2为板状构件，且为了保证固定效果和刚度，一般选用金属材料。螺旋弹簧3与第一固定部件1和第二固定部件2以焊接、螺接、卡接的方式固定。

进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，参考图1，压力检测部件设置于固定组件上、检测螺旋弹簧3在变形方向上所受的压力。并且，为了保证检测效果，压力检测部件优选设置在固定组件表面、靠近螺旋弹簧3的一侧。

进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，参考图1，距离检测部件沿变形方向延伸、且固定于第一固定部件1与第二固定部件2之间。并且，参考图2，距离检测部件包括可沿变形方向相对滑动的第一滑动构件4和第二滑动构件5。其中，参考图3，第一滑动构件4上设置有信号发射器6，参考图4，第二滑动构件5上设置有多个信号接收器7，各信号接收器7沿变形方向间隔均匀地布置、且均与处理部件通信连接。具体地，处理部件可以是设置在第一固定部件1或第二固定部件2内部的、具有数据传输和处理功能的电子元器件。

更进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，当第一滑动构件4沿变形方向相对于第二滑动构件5滑动时，各信号接收器7中的与信号发射器6的位置对应的信号接收器7接收来自信号发射器6的信号、并向处理部件发送当前信号接收器7的编号信息。处理部件根据来自当前信号接收器7的编号信息计算螺旋弹簧3当前的长度。具体地，第二滑动构件5上沿螺旋弹簧3的变形方向间隔均匀地布置有多个信号接收器7。编号可以是从第二滑动构件5的一端至另一端依次递增或递减，处理部件中预先存储有每个信号接收器7对应的位置，即距离第二滑动构件5的一端或另一端的距离，利用该距离可以计算出第一滑动构件4与第二滑动构件5重合部分的长度。并且，处理部件中还预先存储有第一滑动构件4和第二滑动构件5的长度。处理部件根据第一滑动构件4和第二滑动构件5的长度、以及第一滑动构件4和第二滑动构件5重合部分的长度就可以计算出螺旋弹簧3当前的长度。更为具体地，处理部件接收第一固定部件1或第二固定部件2上压力检测部件发送的、其检测到的压力。并且，在计算出螺旋弹簧3当前的长度后，处理部件可以进一步根据螺旋弹簧3当前的长度和螺旋弹簧3在变形方向上所受的压力求得螺旋弹簧3的刚度。具有这样的结构，通过压力检测部件检测螺旋弹簧在变形方向上所受的压力，并结合处理部件计算的螺旋弹簧当前的长度就可以对螺旋弹簧3的刚度进行监测，从而能够及时了解螺旋弹簧3的刚度损失率。在刚度损失率较大时，或车辆左右两侧的螺旋弹簧3刚度损失率差异较大时，可以及时发出报警信息，提醒驾驶员及时检查或更换螺旋弹簧3，提高了车辆行驶的安全性。

进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，参考图2，第一滑动构件4和第二滑动构件5均呈沿变形方向延伸的长条状，且第一滑动构件4的一端与第一固定部件1固定连接、另一端与第二滑动构件5的一端滑动连接，第二滑动构件5的另一端与第二固定部件2固定连接。具体地，第一滑动构件4的一端、第二滑动构件5的另一端与第二固定部件2固定连接的方式包括但不限于粘接、焊接等。

更进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，第一滑动构件4和第二滑动构件5位于螺旋弹簧3内侧。第一滑动构件4在其宽度方向上的两侧设置有突出部，第二滑动构件5在其宽度方向上的两侧设置有与突出部相匹配的限位部。突出部与限位部之间、沿第一滑动构件4的长度延伸方向还设置有多个滚动部件8。信号发射器6设置在第一滑动构件4的另一端，各信号接收器7以预设的第一距离阈值沿变形方向间隔均匀地布置。具体地，滚动部件8为滚珠。预设的第一距离阈值的范围为0.5mm至1mm，例如0.5mm、0.75mm、1mm，或者该范围内的其他数值。以预设的第一距离阈值布置信号接收器7，可以防止连续布置信号接收器7带来的成本较高的问题。当然，第一距离阈值不能选择的过大，否则会测量不准确；也不能选择的过小，否则会提高成本。而将第一距离阈值的范围为0.5mm至1mm，可以很好地平衡成本和测量精确度。并且，在第一滑动构件4的两侧设置突出部、并在第二滑动构件5的两侧设置限位部，可以使第一滑动构件4和第二滑动构件5在能够相互滑动的前提下不会向其他方向产生偏移，进而能够提高计算出的螺旋弹簧3当前的长度的准确度。此外，在突出部与限位部之间设置滚动部件8，可以使第一滑动构件4和第二滑动构件5之间的滑动更顺畅，并减小第一滑动构件4和第二滑动构件5之间的摩擦阻力。需要说明的是，滚动部件8也是等间隔地布置的，相邻两个滚动部件8之间的距离约为1cm至5cm。滚珠可相对于第一滑动构件4的外壁面绕其轴心转动，且经由固定杆与第二滑动构件5的内壁面固定。

进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，压力检测部件包括设置在螺旋弹簧3固定于第一固定部件1的一侧端部的压力传感器。压力检测部件还包括设置在螺旋弹簧3固定于第二固定部件2的一侧端部的压力传感器。也就是说，压力检测部件可以设置在第一固定部件1上，当螺旋弹簧3朝向下压缩时，设置在第一固定部件1的压力检测部件检测螺旋弹簧3向上的推力。压力检测部件还可以设置在第二固定部件2上，当螺旋弹簧3朝向下方压缩时，设置在第二固定部件2上的压力检测部件检测螺旋弹簧3向下的压力。当然，还可以在第一固定部件1和第二固定部件2上均设置压力传感器。具有这样的方式，当其中一个压力传感器故障时，也能够对螺旋弹簧3的压力进行监测。

进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，信号发射器6为红外发射器、信号接收器7为红外接收器。具体地，红外发射器发射红外信号，能够接收到红外发射器发射的红外信号的红外接收器即为与信号发射器6的位置对应的信号接收器7。

实施例2：

本实施例还提供一种螺旋弹簧的刚度监测装置。本实施例的螺旋弹簧的刚度监测装置与实施例1相比，区别仅在于第一滑动构件和第二滑动构件的结构不同。具体地，本实施例中，第一滑动构件呈杆状结构、第二滑动构件呈空心柱状结构，第一滑动构件套设在第二滑动构件内。第一滑动构件和第二滑动构件位于螺旋弹簧内侧。螺旋弹簧内侧是指，从竖直方向往下看时，比螺旋弹簧更靠近其中心的一侧。并且，第一滑动构件优选为横截面为圆形的杆状结构，第二滑动构件优选为空心圆柱结构，以达到即使第一滑动构件和第二滑动构件在其径向方向旋转至各个角度，也能够相对滑动的效果。

进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，第一滑动构件的一端与第一固定部件固定连接、另一端与第二滑动构件的一端滑动连接，第二滑动构件的另一端与第二固定部件固定连接。第一滑动构件、第二滑动构件与第一固定部件和第二固定部件直接固定连接的方式包括但不限于粘接、焊接、卡接等方式。

进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，信号发射器设置在第一滑动构件的另一端，各信号接收器以预设的第二距离阈值沿变形方向间隔均匀地布置。具体地，预设的第二距离阈值的范围为0.5mm至1mm，例如0.5mm、0.75mm、1mm，或者该范围内的其他数值。以预设的第二离阈值布置信号接收器，可以防止连续布置信号接收器带来的成本较高的问题。当然，第二距离阈值不能选择的过大，否则会测量不准确；也不能选择的过小，否则会提高成本。而将第二距离阈值的范围为0.5mm至1mm，可以很好地平衡成本和测量精确度。

进一步，在根据本发明的该螺旋弹簧的刚度监测装置中，在第一滑动构件的外周壁和第二滑动构件的内周壁之间还可以设置滚动部件，例如滚轮、滑轮等，以使第一滑动构件与第二滑动构件之间的相对滑动更顺畅。滚动部件的设置方式与实施例1中滚动部件的设置方式相同，在此不再赘述。

实施例3：

基于上述的螺旋弹簧的刚度监测装置，本实施例提供一种车辆悬挂系统的螺旋弹簧的刚度监测系统。车辆悬挂系统中与每个车轮对应的螺旋弹簧均设置有如上任意实施方式所描述的螺旋弹簧的刚度监测装置。本实施例中，以车辆的悬挂系统设置有左前、左后、右前、右后四个螺旋弹簧为例进行说明。当然，本领域技术人员可以对本实施例进行适应性的调整，以适应悬挂系统中设置两个、六个甚至更多螺旋弹簧的情况。

其中，每个刚度监测装置中，第一固定部件与车辆的车架固定连接，第二固定部件与悬挂系统的减震器固定后与车辆的车轴连接，处理部件与车辆的整车控制器连接。具体地，第一固定部件与车架以螺接、焊接的方式连接，第二固定部件与减震器以卡接、焊接的方式连接。处理部件与整车控制器以无线通信的方式连接，以达到减少线束布置、且便于处理部件和整车控制器的数据传输。

在实际安装过程中，先将信号发射器安装在第一滑动构件上、将信号接收器安装在第二滑动构件上，并将第一滑动构件和第二滑动构件组装，以形成距离检测部件。之后将压力检测部件安装在固定组件上。固定组件和距离检测部件准备好后，将第一固定部件与车架螺纹连接，再将距离检测部件与第一固定部件远离车架的一侧焊接，之后将螺旋弹簧套在距离检测部件外侧，并将螺旋弹簧的一端与第一固定部件卡接。之后将第二固定部件与螺旋弹簧的另一端、以及距离检测部件的另一端固定，并将第二固定部件与减震器远离车轴的一端焊接，从而实现为车辆悬挂系统的每个螺旋弹簧都设置刚度监测装置。

由于为车辆悬挂系统的每个螺旋弹簧都设置了刚度监测装置，可以对螺旋弹簧的刚度进行监测，从而能够及时了解螺旋弹簧的刚度损失率。在刚度损失率较大时，或车辆左右两侧的螺旋弹簧刚度损失率差异较大时，可以及时发出报警信息，提醒驾驶员及时检查或更换螺旋弹簧，提高了车辆行驶的安全性。

实施例4：

基于上述的螺旋弹簧的刚度监测系统，本发明的实施方式还提供一种车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法，适用于如上实施例所描述的螺旋弹簧的刚度监测系统。

具体地，参考图5，螺旋弹簧的刚度监测方法包括：

S1：整车控制器以预设的时间间隔获取车辆的状态信息，并根据状态信息判断车辆是否启动；

若是，则执行步骤S2；

若否，则继续判断车辆是否启动；

S2：整车控制器实时获取车辆的车速信息，并根据车速信息判断车辆是否达到预设的刚度监测条件；

若是，则执行步骤S3；

若否，则继续判断车辆是否达到预设的刚度监测条件；

S3：各刚度监测装置的压力检测部件获取对应的螺旋弹簧在变形方向上所受的压力，处理部件计算螺旋弹簧当前的长度、并根据螺旋弹簧所受的压力、螺旋弹簧当前的长度、以及螺旋弹簧的自由长度计算螺旋弹簧的当前刚度；

S4：处理部件根据螺旋弹簧的当前刚度、以及螺旋弹簧的初始刚度判断螺旋弹簧是否达到预设的更换条件；

若是，则输出报警信息至整车控制器；

若否，则继续判断螺旋弹簧是否达到预设的更换条件。

具体地，步骤S1中，预设的时间间隔为10min至30min；例如可以是10min、20min、30min，或者该范围内的其他时间。以预设的时间间隔获取车辆的状态信息，相较于实时获取的方式，能够减少计算量。但是，预设的时间间隔不能过长，否则会造成螺旋弹簧刚度监测滞后的情况，影响行车安全。因此，将预设的时间间隔设为10min至30min，可以在不影响行车安全的前提下尽量减少计算量。更为具体地，车辆的状态信息包括发动机转速和发动机温度。发动机转速可以通过发动机的转速传感器测量得到，发动机温度可以通过发动机的温度传感器测量得到。当发动机的转速高于一定转速，例如10rad/s时，则说明车辆启动；或当发动机温度大于一定温度值，例如75℃时，则说明车辆启动。而根据发动机转速和发动机温度判断车辆是否启动，由于发动机的状态与车辆启动直接相关，利用发动机转速和发动机温度进行判断，判断结果更准确。需要说明的是，在某些没有发动机的新能源车辆中，可以检测车辆的上电情况判断车辆是否启动。

步骤S2中，预设的刚度监测条件为：车辆的当前车速为0。也就是说，每当车辆的车速为0时，则说明满足预设的刚度监测条件，可以进行后续的刚度监测的步骤。具有这样的步骤，当车速为0时进行刚度监测，既能够节省计算成本，且由于车速为0时车辆处于比较稳定的状态，计算出的刚度结果更准确。

步骤S4中，预设的更换条件为：螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的损失率阈值；或位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值大于预设的损失率差值。具体地，本实施例中，利用各螺旋弹簧对应的刚度监测装置分别对每个螺旋弹簧的刚度进行监测，当任意螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的损失率阈值时，则更换对应的螺旋弹簧。车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值大于预设的损失率差值时，需要更换损失率较大的螺旋弹簧。更为具体地，预设的损失率阈值的范围为60％至80％，例如可以是60％、70％、80％，或者该范围内的其他数值。预设的损失率差值的范围为0.3至0.5，例如可以是0.3、0.35、0.5，或者该范围内的其他数值。

进一步，在本发明的该车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法中，根据以下公式计算螺旋弹簧的当前刚度：

其中，C1为螺旋弹簧的当前刚度，G1为螺旋弹簧所受的压力，H1为螺旋弹簧当前的长度，H0为螺旋弹簧的自由长度。

进一步，在本发明的该车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法中，根据以下公式计算螺旋弹簧的刚度损失率：

其中，n为螺旋弹簧的刚度损失率，C1为螺旋弹簧的当前刚度，C0为螺旋弹簧的初始刚度。

进一步，在本发明的该车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法中，根据以下公式计算位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值：

Δn＝|n左-n右|

其中，Δn为位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值，n左为位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率，n右为位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率。

进一步，在本发明的该车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法中，步骤S4中，当预设的更换条件为螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的损失率阈值时，在输出报警信息至整车控制器之后，还包括执行步骤S5；

S5：处理部件判断螺旋弹簧的刚度损失率是否大于预设的极限阈值；

若是，则输出提示信息至整车控制器，以控制车辆以低于预设的第一速度阈值的车速行驶；

若否，则继续判断螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的极限阈值。

具体地，预设的极限阈值的范围为70％至80％，例如可以是70％、75％、80％，或者该范围内的其他数值。预设的第一速度阈值的范围为20km/h至30km/h；例如可以是20km/h、25km/h、30km/h，或者该范围内的其他数值。也就是说，当螺旋弹簧的刚度大于预设的极限阈值时，需要控制车辆的车速。在实际使用时，如果检测出螺旋弹簧需要更换时，车主当时并没有能够更换的螺旋弹簧，需要将车行驶至售后或维修点进行更换。在行驶至售后或维修点的过程中，需要控制车速，以防止车辆发生侧翻或其他危险。具有这样的方式，当螺旋弹簧的刚度损失率较大时，对车辆的车速进行控制，能够提高车辆的驾驶安全性。

进一步，在本发明的该车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法中，步骤S4中，当预设的更换条件为位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值大于预设的损失率差值时，在输出报警信息至整车控制器之后，还包括执行步骤S5’：

S5’：处理部件判断车辆左侧任一螺旋弹簧的刚度损失率与车辆右侧任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值是否大于预设的极限差值；

若是，则输出提示信息至整车控制器，以控制车辆以低于预设的第二速度阈值的车速行驶；

若否，则继续判断螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的极限差值。

具体地，预设的极限差值的范围为0.4至0.5；例如可以是0.4、0.45、0.5，或者该范围内的其他数值。预设的第二速度阈值的范围为20km/h至30km/h，例如可以是20km/h、25km/h、30km/h，或者该范围内的其他数值。也就是说，当螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的极限差值时，需要控制车辆的车速。在实际使用时，如果检测出螺旋弹簧需要更换时，车主当时并没有能够更换的螺旋弹簧，需要将车行驶至售后或维修点进行更换。在行驶至售后或维修点的过程中，需要控制车速，以防止车辆发生侧翻或其他危险。具有这样的方式，当螺旋弹簧的刚度损失率较大时，对车辆的车速进行控制，能够提高车辆的驾驶安全性。

实施例5：

基于上述的螺旋弹簧的刚度监测方法，本实施例提供一种具体的螺旋弹簧的刚度监测方法。

具体地，整车控制器间隔30min获取车辆的发动机转速，当转速高于10rad/s时，则说明车辆启动，整车控制器开始执行实时获取车辆的车速信息的步骤。当车速为0时，整车控制器发送指令给刚度监测装置，并开始利用螺旋弹簧的刚度监测装置对车辆悬挂系统中所有螺旋弹簧的刚度进行监测。刚度监测装置的处理部件内存储有预设的损失率阈值、预设的损失率差值、预设的极限阈值、以及预设的极限差值。当刚度监测装置的处理部件计算出螺旋弹簧的当前刚度时，将当前刚度与预先存储的数据进行比对。如果螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的损失率阈值、或位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值大于预设的损失率差值时，则向整车控制器输出报警信息，整车控制器会进一步生成报警提示信息至仪表盘或中控屏，以提示驾驶员更换螺旋弹簧。当螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的极限阈值、或车辆左侧任一螺旋弹簧的刚度损失率与车辆右侧任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值大于预设的极限差值时，则说明螺旋弹簧不足以支撑车辆，存在比较高的驾驶风险。如果此时不能及时更换螺旋弹簧，则需要控制车辆的行驶车速，以降低危险发生的概率。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的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。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种螺旋弹簧的刚度监测装置，其特征在于，包括：

固定组件，所述固定组件包括在所述螺旋弹簧的变形方向上相对设置的第一固定部件和第二固定部件，且所述螺旋弹簧固定设置于所述第一固定部件与所述第二固定部件之间；

压力检测部件，所述压力检测部件设置于所述固定组件上、检测所述螺旋弹簧在所述变形方向上所受的压力；

距离检测部件，所述距离检测部件沿所述变形方向延伸、且固定于所述第一固定部件与所述第二固定部件之间；并且

所述距离检测部件包括可沿所述变形方向相对滑动的第一滑动构件和第二滑动构件；其中

所述第一滑动构件上设置有信号发射器、所述第二滑动构件上设置有多个信号接收器，各所述信号接收器沿所述变形方向间隔均匀地布置、且均与处理部件通信连接；

当所述第一滑动构件沿所述变形方向相对于所述第二滑动构件滑动时，各所述信号接收器中的与所述信号发射器的位置对应的所述信号接收器接收来自所述信号发射器的信号、并向所述处理部件发送当前所述信号接收器的编号信息；

所述处理部件根据来自当前所述信号接收器的编号信息计算所述螺旋弹簧当前的长度。

2.如权利要求1所述的螺旋弹簧的刚度监测装置，其特征在于，所述第一滑动构件和所述第二滑动构件均呈沿所述变形方向延伸的长条状，且所述第一滑动构件的一端与所述第一固定部件固定连接、另一端与所述第二滑动构件的一端滑动连接，所述第二滑动构件的另一端与所述第二固定部件固定连接；并且

所述第一滑动构件和所述第二滑动构件位于所述螺旋弹簧内侧；

所述第一滑动构件在其宽度方向上的两侧设置有突出部，所述第二滑动构件在其宽度方向上的两侧设置有与所述突出部相匹配的限位部；

所述突出部与所述限位部之间、沿所述第一滑动构件的长度延伸方向还设置有多个滚动部件；

所述信号发射器设置在所述第一滑动构件的另一端，各所述信号接收器以预设的第一距离阈值沿所述变形方向间隔均匀地布置。

3.如权利要求2所述的螺旋弹簧的刚度监测装置，其特征在于，

所述滚动部件为滚珠；

所述预设的第一距离阈值的范围为0.5mm至1mm。

4.如权利要求1所述的螺旋弹簧的刚度监测装置，其特征在于，所述第一滑动构件呈杆状结构、所述第二滑动构件呈空心柱状结构，所述第一滑动构件套设在所述第二滑动构件内；所述第一滑动构件和所述第二滑动构件位于所述螺旋弹簧内侧；其中

所述第一滑动构件的一端与所述第一固定部件固定连接、另一端与所述第二滑动构件的一端滑动连接，所述第二滑动构件的另一端与所述第二固定部件固定连接；

所述信号发射器设置在所述第一滑动构件的另一端，各所述信号接收器以预设的第二距离阈值沿所述变形方向间隔均匀地布置。

5.如权利要求4所述的螺旋弹簧的刚度监测装置，其特征在于，所述预设的第二距离阈值的范围为0.5mm至1mm。

6.如权利要求1所述的螺旋弹簧的刚度监测装置，其特征在于，其中

所述压力检测部件包括设置在所述螺旋弹簧固定于所述第一固定部件的一侧端部的压力传感器；和/或

所述压力检测部件还包括设置在所述螺旋弹簧固定于所述第二固定部件的一侧端部的压力传感器；并且

所述信号发射器为红外发射器、所述信号接收器为红外接收器。

7.一种车辆悬挂系统的螺旋弹簧的刚度监测系统，其特征在于，所述车辆悬挂系统中与每个车轮对应的螺旋弹簧均设置有如权利要求1-6任一项所述的螺旋弹簧的刚度监测装置；其中

每个所述刚度监测装置中，所述第一固定部件与车辆的车架固定连接，所述第二固定部件与所述悬挂系统的减震器固定后与所述车辆的车轴连接，所述处理部件与车辆的整车控制器连接。

8.一种车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法，其特征在于，适用于如权利要求7所述的螺旋弹簧的刚度监测系统；并且

所述螺旋弹簧的刚度监测方法包括：

S1：所述整车控制器以预设的时间间隔获取车辆的状态信息，并根据所述状态信息判断车辆是否启动；

若是，则执行步骤S2；

若否，则继续判断车辆是否启动；

S2：所述整车控制器实时获取车辆的车速信息，并根据所述车速信息判断车辆是否达到预设的刚度监测条件；

若是，则执行步骤S3；

若否，则继续判断车辆是否达到预设的刚度监测条件；

S3：各所述刚度监测装置的所述压力检测部件获取对应的所述螺旋弹簧在所述变形方向上所受的压力，所述处理部件计算所述螺旋弹簧当前的长度、并根据所述螺旋弹簧所受的压力、所述螺旋弹簧当前的长度、以及所述螺旋弹簧的自由长度计算所述螺旋弹簧的当前刚度；

S4：所述处理部件根据所述螺旋弹簧的当前刚度、以及所述螺旋弹簧的初始刚度判断所述螺旋弹簧是否达到预设的更换条件；

若是，则输出报警信息至所述整车控制器；

若否，则继续判断所述螺旋弹簧是否达到预设的更换条件。

9.如权利要求8所述的车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述车辆的状态信息包括发动机转速和发动机温度；并且

所述步骤S2中，预设的刚度监测条件为：

车辆的当前车速为0；并且

所述步骤S4中，所述预设的更换条件为：

所述螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的损失率阈值；或

位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值大于预设的损失率差值；并且

根据以下公式计算所述螺旋弹簧的当前刚度：

其中，C1为所述螺旋弹簧的当前刚度，G1为所述螺旋弹簧所受的压力，H1为所述螺旋弹簧当前的长度，H0为所述螺旋弹簧的自由长度；并且

根据以下公式计算所述螺旋弹簧的刚度损失率：

其中，n为所述螺旋弹簧的刚度损失率，C1为所述螺旋弹簧的当前刚度，C0为所述螺旋弹簧的初始刚度；并且

根据以下公式计算位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值：

Δn＝|n左-n右|

其中，Δn为位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值，n左为位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率，n右为位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率；并且

所述步骤S4中，当所述预设的更换条件为所述螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的损失率阈值时，在输出报警信息至所述整车控制器之后，还包括执行步骤S5；

S5：所述处理部件判断所述螺旋弹簧的刚度损失率是否大于预设的极限阈值；

若是，则输出提示信息至所述整车控制器，以控制车辆以低于预设的第一速度阈值的车速行驶；

若否，则继续判断所述螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的极限阈值；并且

所述步骤S4中，当所述预设的更换条件为位于车辆左侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率与位于车辆右侧的任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值大于预设的损失率差值时，在输出报警信息至所述整车控制器之后，还包括执行步骤S5’：

S5’：所述处理部件判断车辆左侧任一螺旋弹簧的刚度损失率与车辆右侧任一螺旋弹簧的刚度损失率的差值是否大于预设的极限差值；

若是，则输出提示信息至所述整车控制器，以控制车辆以低于预设的第二速度阈值的车速行驶；

若否，则继续判断所述螺旋弹簧的刚度损失率大于预设的极限差值。

10.如权利要求9所述的车辆的螺旋弹簧的刚度监测方法，其特征在于，

所述预设的时间间隔为10min至30min；

所述预设的损失率阈值的范围为60％至80％；

所述预设的损失率差值的范围为0.3至0.5；

所述预设的极限阈值的范围为70％至80％；

所述预设的极限差值的范围为0.4至0.5；

所述预设的第一速度阈值的范围为20km/h至30km/h；

所述预设的第二速度阈值的范围为20km/h至30km/h。

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