CN1843789A - 利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法及系统 - Google Patents

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Abstract

实施本发明所提供的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法和系统，不需要额外消耗汽车的动力驱动压缩机来建立液压或气压系统，就可以在行使中，由加速度传感器检测车轮上方的车身上的垂直方向加速度的变化信号，根据该信号由信息处理及控制装置设置可控伸缩避震装置的伸缩状态，利用车轮与车身之间振动提供动力，动态地调节车轮与车身的相对距离(即提升或放下车轮)，从而保持所需的车身高度，保持车身的平稳，减小路面传到车厢内的噪声；同样的，刹车或起步时避免或减小车身的俯仰，而转向时则主动调整汽车左右两侧车轮的负荷，避免或减小有害的车身侧倾。

Description

利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法及系统
技术领域
本发明涉及汽车避震技术，特别涉及一种能使汽车在行驶过程中，根据路面状态，利用车轮与车身之间振动提供动力动态地自动调节车轮与车身相对距离的汽车智能电子避震方法及系统。
背景技术
现有汽车大多采用弹簧加阻尼避震系统来避震，为减小路面不平造成的车身震动，减小路面传到车厢内的噪声，增加汽车的舒适性，其弹簧的弹力和阻尼都应取得小些。但弹力小了，汽车在转向时车身容易侧倾，制动时容易点头，阻尼小了，车身容易晃动，这些都降低了汽车行驶的安全性。所以，一般的赛车等选用较硬的弹簧，搭配较大的阻尼，相对舒适性较差。另外，为了提高汽车的安全性，车身的重心应尽量低一些，车身的离地间隙要小一些，这样又影响汽车的通过性。一般汽车只能在安全性和舒适性、通过性之间有所取舍，在保证较高的安全性的情况下牺牲一些舒适性和通过性。
为了提高汽车的避震效果，出现了用电子控制的主动式悬架避震系统，主要功能是可以在行使过程中动态的改变避震系统的阻尼大小，增加汽车的舒适性。例如在车身上车轮上方安装加速度传感器，当某个传感器检测到车身垂直方向的加速度变化变大时，则使相应车轮的避震器阻尼变小，反之则加大阻尼。这种方法可以减轻直行过程中遇到坏路面造成的强烈颠簸和好路面时的车身晃动，但也带来了一些问题，例如在转向时增大了车身的侧倾，制动时点头加剧，起步和突然加速时更容易造成俯仰等。这是因为在以上这些工况下，传感器检测到垂直加速度变化变大，而使车轮的避震器阻尼变小，于是加剧了车身的侧倾、点头和俯仰。于是为解决这些问题又需要车速传感器用于反应车速和计算车身侧倾程度，增加汽车转向角度传感器计算车身侧倾、增加制动力传感器用于提供制动力信号以解决点头，增加节气门位置或加速踏板传感器用于提供汽车加速信号以解决俯仰，这些信号连同车身加速度变化信号送到微机控制器，大大增加了计算处理的难度，同时还难以兼顾各方面的同时要求，例如在转向时为了减小侧倾，则应加大阻尼，在这时如遇到路面接缝凹坑或有砖石突起时，理应要减小阻尼，这就很难兼顾这时到底是应该增大还是减小阻尼。
有一种更好的汽车避震方法，可以克服传统的避震技术中的固定避震模式和上述电子控制的主动式悬架带来的缺点，无论碰到什么情况，均能消除或大大减少车身在垂直方向的震动，保证汽车行驶过程安全和舒适，并有较好通过性。这种方法采用如下技术方案来实现：构造一种主动式汽车智能电子避震方法，包括以下步骤：采用车身高度传感器测量车身是否为所需的高度，如果有偏差，则以缓慢动作方式调节相应的车轮升降装置使车身达到所需高度。加速度传感装置检测汽车车轮在行驶过程中因路面状况的不同，对车身所产生的向上或向下的加速度不同，由信息处理和控制装置根据传感装置传送来的信号，控制设置在车轮上的车轮升降装置，自动调节车轮与车身的相对距离使车身保持平稳状态，以使车身受到的垂直加速度的变化保持或接近为零。通常这种车轮升降装置需要液压或气压等动力系统来驱动，也就是说需要额外消耗汽车的动力才能实现，这样一方面会增加系统的复杂性和成本，在一些工况下还可能会消耗相当多的汽车动力，由此影响到这种技术的推广使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种利用车轮与车身之间振动提供动力的、利用电子信号控制避震器伸缩方向的电子避震方法，能够减少或者不需要消耗额外的汽车动力来驱动压缩机建立液压或气压系统，并且可以调节车轮与车身的动态距离，使车身保持平稳状态，大大减小行驶中汽车车身的震动，消除汽车起步、刹车时的俯仰和转向时的侧倾。其进一步解决的技术问题在于：能根据需要选择不同的车身离地距离，保证汽车有很好的行驶舒适性、通过性和安全性。
本发明所要解决的另一技术问题在于：提供一种可应用上述方法的汽车智能电子避震系统，能够减少或者不需要消耗额外的汽车动力来驱动压缩机建立液压或气压系统，并且可以调节车轮与车身的动态距离，使车身保持平稳状态，大大减小行驶中汽车车身的震动，消除汽车起步、刹车时的俯仰和转向时的侧倾。其进一步解决的技术问题在于：能根据需要选择不同的车身离地距离，保证汽车有很好的行驶舒适性、通过性和安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法，包括以下步骤：
步骤S1：由设置在汽车车轮上方的车身上的传感装置检测汽车行驶过程中，车轮上方的车身上的垂直方向加速度；
步骤S2：由信息处理和控制装置处理所述传感装置送来的信号，并根据分析结果，设置可控伸缩避震装置的伸缩状态；
步骤S3：根据步骤S2设置的伸缩状态，由车轮与车身之间的振动提供动力，调节所述可控伸缩避震装置，以使车身受到的垂直加速度变化保持或趋近零。
上述利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法，在所述步骤S2中，当所述传感装置送来的信号是车身向上的加速度信号时，设置所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为只缩不伸状态；当所述传感装置送来的信号是车身向下的加速度信号时，设置所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为只伸不缩状态；当所述传感装置送来的信号等于或接近汽车静止的加速度时，设置所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为不伸不缩状态。
上述利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震方法，通过导通所述可控伸缩避震装置的三位二通电磁阀的向下导通的单向阀一侧的通道，使得所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为只缩不伸状态；通过导通所述三位二通电磁阀的向上导通的单向阀一侧的通道，使得所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为只伸不缩状态；将所述三位二通电磁阀设置到封闭其通道的位置，使得所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为不伸不缩状态。
上述利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震方法，还包括步骤S4：由所述信息处理及控制装置控制所述可控伸缩避震装置的伸缩长度来对车身高度调节的步骤。
上述利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震方法，所述步骤S4中，是由车速传感器将汽车行驶速度信息传送到所述信息处理及控制装置，所述信息处理及控制装置根据所述车辆速度信息和加速度传感器的信号反应的路面状况，来控制所述可控伸缩避震装置的伸缩长度；或者，由高度传感器将高度信息传送到所述信息处理及控制装置，并由所述信息处理及控制装置控制所述可控伸缩避震装置的伸缩长度。
本发明解决其另一技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震系统，包括装在车轮上方车身上的垂直加速度传感器，与车身和车轮相连接的、并由车轮与车身之间振动提供动力带动的可控伸缩避震装置，以及根据所述垂直加速度传感器的信息控制设置所述可控伸缩避震装置的伸缩状态的信息处理及控制装置。
上述利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震系统，所述的可控伸缩避震装置包括气缸伸缩器、与所述气缸伸缩器的上下气口相连通的三位二通电磁阀、以及在所述三位二通电磁阀的导通通道分别设有方向不同的单向阀。
上述利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震系统，在车身上还设有检测车身高度的高度传感器，所述高度传感器将信息传送到所述信息处理及控制装置，并由所述信息处理及控制装置控制所述可控伸缩避震装置的伸缩状态，利用车轮与车身之间的振动提供动力调节可控伸缩避震装置的伸缩长度。
上述利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震系统，在车身上还设有检测汽车行驶速度的车速传感器；所述车速传感器将汽车行驶速度信息传送到所述信息处理及控制装置，所述信息处理及控制装置根据所述车辆速度信息和加速度传感器的信息控制所述可控伸缩避震装置的伸缩状态，利用车轮与车身之间的振动提供动力来控制所述可控伸缩避震装置的伸缩长度。
上述利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震系统，在车身上还设有检测车身横向加速度信息的横向加速度传感器，所述信息处理及控制装置根据所述横向加速度信息控制所述可控伸缩避震装置的伸缩状态，利用车轮与车身之间的振动提供动力调节所述可控伸缩避震装置的伸缩长度。
实施本发明所提供的利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震方法和系统，用可控伸缩避震装置代替传统的避震阻尼装置，可不需要额外消耗汽车的动力驱动压缩机来建立液压或气压系统，就可以在行使中，由加速度传感器检测车轮的垂直方向加速度的变化信号，根据该信号由信息处理及控制装置设置可控伸缩避震装置的伸缩状态，利用车轮本身的上下跳动提供动力，动态地调节车轮与车身的相对距离(即提升或放下车轮)，从而保持车身的平稳，减小路面传到车厢内的噪声；同样的，刹车或起步时避免或减小车身的俯仰，而转向时则主动调整汽车左右两侧车轮的负荷，避免或减小有害的车身侧倾。
另外，采用本发明的方法和系统，还可以在路面较差情况下，由信息处理及控制装置根据加速度传感器的信号和速度传感器的信息，控制所述可控伸缩避震装置的伸缩状态，利用车轮与车身之间的振动提供动力调节所述可控伸缩避震装置的伸缩长度来抬高车身，增加车身的离地间隙，提高汽车的通过能力，同样可在高速行驶时自动降低车身高度，增加行车的安全性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明利用车轮与车身之间的振动提供动力的汽车智能电子避震方法及系统作进一步说明，附图中：
图1是安装在汽车的其中一个车轮上的避震系统结构示意图；。
图2是本发明避震系统的电磁阀处于截止状态的示意图。
图3是本发明避震系统的电磁阀的阀芯向右移动一定位置后，避震装置处于只伸不缩状态的示意图。
图4是本发明避震系统的电磁阀的阀芯向左移动一定位置后，避震装置处于只缩不伸状态的示意图。
图5是汽车右转弯时避震装置的工作示意图。
图6-图9是汽车在行驶过程中，车轮遇到障碍物时避震装置的工作步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法及系统作进一步详细的描述。
如图1所示，图中只示出了一个车轮上避震系统配置结构图，其余车轮的配置均相同；在本实施例中以普通四轮汽车为例来说明避震系统的组成和工作原理，本发明的避震系统是在汽车原有的避震悬挂基础上，将对应于四个车轮的四套弹簧阻尼避震器分别换成可控伸缩避震装置(为简单起见图中未画出弹簧)，四个测量车身与车轮相对位置的车身高度传感器1，四个车身垂直加速度传感器2和一个车速传感器4组成传感装置，所述垂直加速度传感器2分别装在每个车轮上方的车身上；上述可控伸缩避震装置和传感装置与一套单片机(当然可以为其他的处理系统)信息处理和控制装置3相连接。
如图1至图4所示，所述可控伸缩避震装置包括气缸(液压或气压)伸缩器5、与所述气缸伸缩器5的上、下出气口53、54相连通的三位二通电磁阀6、以及在所述三位二通电磁阀6的导通通道A、B上分别设有方向不同的单向阀7。所述气缸伸缩器5的气缸51与车身固定连接，其活塞52与车轮连接，可以调节车身与车轮的距离，从而调节车身的高度。所述电磁阀6连接于气缸51的上、下出气口53、54之间，在本实施中，电磁阀6的两个通道A、B与汽缸的上出气口53连接，一个通道P与下出气口54连接。所述方向不同的两个单向阀7分别安装在通道A、B内。当电磁阀6的阀芯处理中心位置时，如图2所示，阀内的液体(或气体)不能流动，因此可控伸缩避震装置的伸缩状态也不能改变，保证了车身的高度无法调整。当电磁阀6的阀芯向右移动一定位置后，只允许阀内的液体(或气体)由通道P向通道B流动(如图3中的虚线箭头所示)，从而可控伸缩避震装置在外力(主要是利用行驶时车轮与车身之间的振动推动活塞52向下运动)作用下只能伸长不能缩短，处于只伸不缩的状态。而当电磁阀6的阀芯向左移动一定位置后，只允许阀内液体(或气体)由通道A向通道P流动(如图4中的虚线箭头所示)，从而可控伸缩避震装置在外力(主要是利用行驶时车轮与车身之间的振动推动活塞52向上运动)作用下只能缩短不能伸长，处于只缩不伸的状态。
进一步说明工作原理如下：汽车行驶时，车轮始终处于程度不同的上下颠簸状态，即车轮与车身之间始终处于程度不同的振动中，因此通过随时分别控制对应的可控伸缩避震装置使之不伸不缩、只伸不缩或只缩不伸，则可控制车身的离地高度，并得到很好的避震效果。
系统工作时，四个测量车身与车轮相对位置的车身高度传感器可以为单片机提供车身与地面相对高度的信息，单片机根据四个车轮的负荷不同分别调节相应的电磁阀，通过控制电磁阀的开闭，由车轮与车身之间产生的振动提供动力，从而实现以缓慢伸缩的控制方式使可控伸缩避震器工作以保持车身所需的平均水平高度。
汽车行使时，路面凹凸的信息被车身上四个车轮上方的加速度传感器分别检测出来，单片机以足够高的频率对加速度传感器送出的模拟信号进行A/D转换，根据A/D转换的结果得到路面的凹凸及其凹凸程度的信息，然后马上通过电磁阀控制可控伸缩避震装置及时调整其伸缩状态，利用车轮与车身之间的振动提供的动力使对应的车轮提升、放下或保持不变，以保持车身上四个车轮上方的加速度传感器感受到的加速度等于或接近汽车静止的数值，从而保持车身的平稳。
而在汽车行使过程中转向或突然制动或突然起步，都会造成车身的不同部分在垂直地面方向产生加速度变化，同样道理，这些加速度变化都会在车身上四个车轮上方的加速度传感器上反映出来，单片机同样会马上通过电磁阀控制可控伸缩避震装置及时调整车轮使其只降不升或只升不降，以保持车身上四个车轮上方的加速度传感器感受到的加速度等于或接近汽车静止的数值，从而保持车身的平稳。
车身上四个轮子上方的车身相对位置传感器中的任意一个感受到的加速度值等于或接近汽车静止时的数值时，单片机都会根据检测相应的车身相对位置传感器信号的大小，以缓慢的控制方式控制电磁阀使车身维持在所需的水平高度。车身的水平高度数值可以用手动方式或自动方式设定，以适应行车安全性和通过性的需要。
下面结合附图分别说明汽车在行驶过程遇到障碍或转弯时，汽车智能电子避震系统如何保持车体平稳时的工作过程：
如图5所示，汽车向右转弯时，在离心力的作用下，车身的左侧有向下的加速度变化，右侧有向上的加速度变化，即车身左侧有向下沉的倾向，而右侧有向上升的倾向，在避震系统的单片机信息处理和控制装置3的控制下，电磁阀6工作，使左侧可控伸缩避震装置只伸不缩，其工作状态如图3所示，由于此时避震装置不能缩短，使车身左侧不下沉，抵消车身向下的加速度变化；右侧可控伸缩避震装置只缩不伸，其工作状态如图4所示，使车身右侧不升高，抵消车身向上的加速度变化，这样就能保证车身不发生侧倾，保持车身的平稳。
四个垂直加速度传感器的情况下，能保持车身平稳，不发生有害的侧倾。若要使车内人员在转向时更舒适，最好是右转向时车身左高右低，左转向时车身右高左低，这时则应增加一个横向加速度传感器，控制装置根据检测到的横向加速度的大小和方向对可控避震器的伸缩状态进行控制，使右转向时车身左侧抬起，右侧降低，并使左侧垂直加速度传感器略有一向上的加速度变化值，而右侧垂直加速度传感器略有一向下的加速度变化值，同时利用车身相对位置传感器对车身的倾斜作限制，左转向时则左右避震器的工作过程相反。
如图6-图9所示，汽车由左向右行驶，在平坦路面匀速前进时(图6)，控制装置3检测到的垂直加速度与汽车静止时的数值相同或接近，可根据来自垂直加速度传感器2的信号，控制装置3控制可控伸缩避震装置保持在不伸不缩状态，维持车身高度等于预定值。当遇到凸起物时(图7)，车身上车轮上方的垂直加速度传感器2感受到一向上的加速度变化，控制装置3检测到该加速度变化，即控制可控伸缩避震装置的电磁阀6工作，设置为只缩不伸状态，在车轮的驱动下压缩活塞收缩，使车轮抬起，以减低或消除车身向上加速度变化；在此过程中，控制装置3不断的检测垂直加速度的大小和方向，并与汽车静止时的加速度值比较，当数值接近或相等时控制避震装置不伸不缩；当汽车正在通过凸起物(图8)，车身向下运动时，控制装置3检测到的加速度变化方向向下，于是控制避震装置的电磁阀6工作，设置为只伸不缩状态，在车轮的带动下所述活塞52向下运动，将车轮放下，直到检测到的加速度值与静止值接近或相等时，设置避震装置的状态为不伸不缩。在汽车在行驶过程中遇到凹坑时，控制装置3将控制避震装置进行与遇到障碍时相反的工作过程。为防止电磁阀频繁动作，控制装置对检测到的加速度变化值反应有个阈值，比较小的就不控制换向阀动作。当然对太大加速度变化值，会结合车身相对位置传感器对换向阀的动作作适当限制。
在汽车中装上本发明所提供的汽车智能电子避震系统原理简单，不需要额外消耗汽车的动力，系统对各种复杂路面和工况的判据唯一及处理方法唯一，即当检测到车身上某车轮上方的垂直加速度传感器的加速度变化值为向上时，则控制对应的避震器只能缩短不能伸长；当检测到某垂直加速度传感器的加速度变化值为向下时，则控制对应的避震器只能伸长不能缩短；这样就能利用汽车行驶时车轮的上下跳动，动态地调节车轮与车身的相对距离。当检测到的加速度值接近或等于重力加速度时，则结合车身高度传感器的数值与所需车身高度值比较，控制相应的避震器的伸缩状态，使车身高度值趋于所需高度。简单的说，即只需保证汽车车身在行使过程中的垂直加速度变化等于或趋近于零，并保持其车身的平均高度等于所需的高度值不变。与其他电子控制悬挂方法相比，可以大大减少传感器的种类和数量，可以适应各种复杂路面和工况，可使得汽车在行驶过程中不会因为路况不好而使汽车产生颠簸不定等状况，乘座舒适，并增加车轮行使中的贴地性能，大大增加行使安全性，在各种复杂路面和工况下的表现均优于或等于其他的避震系统，是一种简单且避震性能更好的汽车避震系统。

Claims (10)

1、一种利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：由设置在汽车车轮上方车身上的传感装置检测汽车行驶过程中，车轮上方的车身的垂直方向加速度；
步骤S2：由信息处理和控制装置处理所述传感装置送来的信号，并根据分析结果，设置可控伸缩避震装置的伸缩状态；
步骤S3：根据步骤S2设置的伸缩状态，利用车轮与车身之间的振动提供动力，调节所述可控伸缩避震装置，以使车身受到的垂直加速度变化保持或趋近零。
2、根据权利要求1所述的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法，其特征在于，在所述步骤S2中，当所述传感装置送来的信号是车身向上的加速度信号时，设置所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为只缩不伸状态；当所述传感装置送来的信号是车身向下的加速度信号时，设置所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为只伸不缩状态；当所述传感装置送来的信号等于或接近汽车静止的加速度时，设置所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为不伸不缩状态。
3、根据权利要求2所述的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法，其特征在于，通过导通所述可控伸缩避震装置的三位二通电磁阀的向下导通的单向阀一侧的通道，使得所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为只缩不伸状态；通过导通所述三位二通电磁阀的向上导通的单向阀一侧的通道，使得所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为只伸不缩状态；将所述三位二通电磁阀设置到封闭其通道的位置，使得所述可控伸缩避震装置的伸缩状态为不伸不缩状态。
4、根据权利要求1所述的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法，其特征在于，该方法还包括步骤S4：由所述信息处理及控制装置控制所述可控伸缩避震装置的伸缩长度来对车身高度调节的步骤。
5、根据权利要求4所述的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车避震方法，其特征在于，所述步骤S4中，是由车速传感器将汽车行驶速度信息传送到所述信息处理及控制装置，所述信息处理及控制装置根据所述车辆速度信息和加速度传感器的信号反应的路面状况，来控制所述可控伸缩避震装置的伸缩长度；或者，由高度传感器将车身高度信息传送到所述信息处理及控制装置，并由所述信息处理及控制装置控制所述可控伸缩避震装置的伸缩长度。
6、一种利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车智能电子避震系统，包括装在车轮上方的车身上的垂直加速度传感器，其特征在于，还包括与车身和车轮相连接的、并由车轮与车身之间振动提供动力带动的可控伸缩避震装置，以及根据所述垂直加速度传感器的信息控制设置所述可控伸缩避震装置的伸缩状态的信息处理及控制装置。
7、根据权利要求6所述的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车智能电子避震系统，其特征在于，所述可控伸缩避震装置包括气缸伸缩器、与所述气缸伸缩器的上下气口相连通的三位二通电磁阀、以及在所述三位二通电磁阀的导通通道分别设有方向不同的单向阀。
8、根据权利要求6或7所述的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车智能电子避震系统，其特征在于，在车身上还设有检测车身高度的高度传感器，所述高度传感器将信息传送到所述信息处理及控制装置，并由所述信息处理及控制装置控制所述可控伸缩避震装置的可伸或可缩状态，利用车轮与车身之间振动提供动力改变避震装置的长度，使车身保持所需的离地高度。
9、根据权利要求6或7所述的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车智能电子避震系统，其特征在于，在车身上还设有检测汽车行驶速度的车速传感器；所述车速传感器将汽车行驶速度信息传送到所述信息处理及控制装置，所述信息处理及控制装置根据所述车辆速度信息和加速度传感器的信息，来控制所述可控伸缩避震装置的伸缩长度。
10、根据权利要求6或7所述的利用车轮与车身之间振动提供动力的汽车智能电子避震系统，其特征在于，在车身上还设有检测车身横向加速度信息的横向加速度传感器，所述信息处理及控制装置根据所述横向加速度信息控制所述可控伸缩避震装置的伸缩长度。
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