本發(fā)明屬于汽車安全性和舒適性領(lǐng)域，具體涉及一種基于混動(dòng)汽車的路面識別系統(tǒng)以及懸架模式切換方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，消費(fèi)者對汽車安全性和舒適性的要求也越來越高。汽車在使用過程中，載荷、車速、路況等行駛狀態(tài)會(huì)有較大變化，不同的工況對平順性和操縱穩(wěn)定性要求的側(cè)重點(diǎn)不同，懸架特性也要相應(yīng)變化。例如，平順性一般要求懸架較軟，而在急轉(zhuǎn)彎、緊急制動(dòng)和加速、高速駕駛操縱時(shí)，行駛安全性又要求懸架較硬，以保持車身姿態(tài)和輪胎的接地性。被動(dòng)懸架則難以滿足各種行駛狀態(tài)下對懸架性能的較高要求。在這樣的要求下，許多汽車節(jié)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，例如液壓互聯(lián)技術(shù)、半主動(dòng)控制技術(shù)、制動(dòng)能量回收技術(shù)等，這些技術(shù)在一定程度上提高了汽車的安全性和舒適性。如果車輛控制部分能根據(jù)車輛的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)預(yù)測當(dāng)前路況，并選擇相應(yīng)的工作模式，無論是在汽車平順性、操縱穩(wěn)定性還是車輛經(jīng)濟(jì)性上都會(huì)有很大改善。

國內(nèi)外學(xué)者針對路面識別和模式切換都做了大量的研究，取得了一定的成果。但絕大多數(shù)都只是通過對車輛動(dòng)態(tài)參數(shù)的監(jiān)測劃分了路面等級，而并沒有根據(jù)具體的路況采取相應(yīng)的控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種車輛路面識別系統(tǒng)以及懸架模式切換方法，能快速準(zhǔn)確根據(jù)車輛實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)確定當(dāng)前車輛行駛路況的路面等級，并根據(jù)不同的路況采用不同的工作模式，進(jìn)行有針對性的控制。同時(shí)，也考慮到車輛的轉(zhuǎn)向、剎車、加速等工況，對車輛平順性和操縱穩(wěn)定性進(jìn)行改善。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種車輛路面識別系統(tǒng)，包括簧載質(zhì)量、彈性元件、減振器、直線電機(jī)、簧下質(zhì)量、傳感器和ecu；

所述傳感器包括加速傳感器a、加速傳感器b、位移傳感器a、位移傳感器b；所述彈性元件兩端分別固連在簧載質(zhì)量與簧下質(zhì)量上，減振器固連在簧載質(zhì)量與簧下質(zhì)量之間，直線電機(jī)套于彈性元件內(nèi)部；加速度傳感器a安裝在簧下質(zhì)量上，用于采集簧下質(zhì)量上的加速度信號；加速度傳感器b安裝在簧載質(zhì)量上，用于采集簧載質(zhì)量上的加速度信號；位移傳感器a安裝在簧下質(zhì)量上，用于采集簧下質(zhì)量上的位移信號；位移傳感器b安裝在簧載質(zhì)量上，用于采集簧載質(zhì)量上的位移信號；

所述ecu包括信號處理模塊、分析模塊、判斷模塊和控制模塊；所述信號處理模塊的一端分別與傳感器電連接，所述信號處理模塊，用于接收加速度信號和位移信號，并傳送到分析模塊；所述分析模塊對信號處理模塊傳來的信號進(jìn)行分析計(jì)算，并整合獲取的懸架動(dòng)行程、車速、減振器阻尼系數(shù)計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的路面等級；所述判斷模塊根據(jù)車輛的行駛工況和一定時(shí)間段內(nèi)計(jì)算出的不同路面等級比重進(jìn)行判斷，并確定當(dāng)前路面等級；所述控制模塊根據(jù)判斷模塊所確定的路面等級以及當(dāng)前的車輛的行駛狀態(tài)確定懸架工作模式；所述控制模塊與直線電機(jī)電連接，控制直線電機(jī)的動(dòng)力輸出。

上述方案中，還包括電流放大器、d/a轉(zhuǎn)換器、信號儲存單元、功率放大器和a/d轉(zhuǎn)換器；

所述電流放大器的一端分別與傳感器電連接，另一端依次與d/a轉(zhuǎn)換器和信號儲存單元電連接，所述信號儲存單元與所述ecu的信號處理模塊電連接，所述ecu的控制模塊依次通過功率放大器和a/d轉(zhuǎn)換器與直線電機(jī)電連接。

3.一種根據(jù)所述車輛路面識別系統(tǒng)的懸架模式切換方法，包括以下步驟：

s1、由加速傳感器a、加速傳感器b、位移傳感器a和位移傳感器b分別采集懸架簧載質(zhì)量與簧下質(zhì)量的車身加速度與車身位移，實(shí)時(shí)將車輛垂向動(dòng)態(tài)參數(shù)經(jīng)過電流放大器、d/a轉(zhuǎn)換器、信號儲存單元傳遞到傳輸?shù)絜cu的信號處理模塊；

s2、所述的信號處理模塊對信號儲存單元傳輸過來的信號進(jìn)行濾波去除無效的數(shù)據(jù)，并將處理過的信號傳送到分析模塊；

s3、分析模塊對信號處理模塊傳來的信號進(jìn)行分析計(jì)算，并整合獲取的懸架動(dòng)行程、車速、減振器阻尼系數(shù)計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的路面等級；

s4、分析模塊得出的實(shí)時(shí)路面等級傳輸?shù)絜cu判斷模塊，判斷模塊根據(jù)一定時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，以先設(shè)定的判斷標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)確定當(dāng)前路面等級；

s5、判斷模塊確定的路面等級傳輸?shù)娇刂颇K，控制模塊結(jié)合此時(shí)的車輛行駛工況選擇相應(yīng)的控制方法，并控制直線電機(jī)的作動(dòng)力輸出。

上述方案中，所述步驟s3中通過下面公式計(jì)算得出的r即為實(shí)時(shí)路面等級：

其中(zs-zu)為懸架動(dòng)行程，m為簧載質(zhì)量，m為簧下質(zhì)量，v汽車車速，c為減振器阻尼系數(shù)；

再對r取對數(shù)，令q＝lg(r)，根據(jù)q的結(jié)果把路面分為高速路面、城市路面、砂石路面、崎嶇路面四種路況。

上述方案中，所述步驟s3中，車速可以從儀表盤上獲得，所述懸架動(dòng)行程為zs-zu，即簧載質(zhì)量位移與簧下質(zhì)量位移之差，減振器阻尼系數(shù)可由減振器規(guī)格參數(shù)獲取。

上述方案中，所述四種路況根據(jù)flag的取值判斷：

當(dāng)flag＝1時(shí)識別為高速路面；

當(dāng)flag＝2時(shí)識別為城市路面；

當(dāng)flag＝3時(shí)識別為砂石路面；

當(dāng)flag＝4時(shí)識別為崎嶇路面。

上述方案中，所述步驟s4中判斷模塊的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：

a)如果車輛處于轉(zhuǎn)向、剎車、加速工況，為保證車輛以及駕駛員的安全性，車輛工作模式調(diào)整到安全性模式，控制車輛車輪動(dòng)載荷；

b)當(dāng)不滿足a)時(shí)，將ecu判斷模塊確定的路面等級信息通過can總線傳輸?shù)娇刂颇K，并結(jié)合此時(shí)的車輛行駛工況選擇相應(yīng)的控制方法。

上述方案中，所述步驟b)中具體為：

b1)當(dāng)在任意一個(gè)時(shí)間段t＝3s內(nèi)，若有0.8t時(shí)間段得到路面實(shí)時(shí)等級非于當(dāng)前系統(tǒng)路面等級，則切換為此刻的路面實(shí)時(shí)等級，并進(jìn)行相應(yīng)的模式切換；

b2)當(dāng)在任意一個(gè)時(shí)間段t＝5s內(nèi)，若有0.6t時(shí)間段得到路面實(shí)時(shí)等級非于當(dāng)前系統(tǒng)路面等級，則切換為此刻的路面實(shí)時(shí)等級，并進(jìn)行相應(yīng)的模式切換；

b3)若不滿足上述b1)和b2)，則保持當(dāng)前的工作模式。

上述方案中，所述步驟s5中控制模塊具體的控制方法包括：

1)當(dāng)判斷模塊判別當(dāng)前路面為高速路面時(shí)，控制模塊相應(yīng)地選擇饋能模式，可以在路面相對平穩(wěn)的狀態(tài)下回收一部分懸架振動(dòng)能量；

2)當(dāng)判斷模塊判別當(dāng)前路面為城市路面時(shí)，控制模塊相應(yīng)地選擇綜合模式，此路面下車輛不需要主動(dòng)控制；

3)當(dāng)判斷模塊判別當(dāng)前路面為砂石路面時(shí)，控制模塊相應(yīng)地選擇舒適模式，采用主動(dòng)控制對車身加速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，改善汽車平順性；

4)當(dāng)判斷模塊判別當(dāng)前路面為崎嶇路面時(shí)，控制模塊相應(yīng)地選擇安全模式，采用主動(dòng)控制，對輪胎動(dòng)載荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，改善汽車操縱穩(wěn)定性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明根據(jù)車輛的靜態(tài)參數(shù)和行駛動(dòng)態(tài)參數(shù)對汽車行駛路況進(jìn)行分級，對于不同路面采取相匹配的工作模式，對于改善車輛行駛過程中的乘坐舒適性、行駛安全性以及燃油經(jīng)濟(jì)性有著重要意義。

2.本發(fā)明針對工況處于轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、加速時(shí)，采取安全模式進(jìn)行控制，著重控制車輪動(dòng)載荷，改善車輛極限狀態(tài)下的行駛安全性，保障行駛安全。

3.本發(fā)明在路況較好時(shí)，采取饋能模式，此工作模式下能回收部分懸架振動(dòng)能量，改善汽車經(jīng)濟(jì)性。

4.本發(fā)明當(dāng)車輛駛于粗糙路面時(shí)，由于路面不平度引起的車輛振動(dòng)會(huì)比較劇烈，此時(shí)采用舒適模式，控制車身加速度，改善汽車平順性，進(jìn)一步改善乘客的乘車感受。

5.本發(fā)明中建立的模式切換評價(jià)體系能夠迅速準(zhǔn)確的根據(jù)車輛動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行辨識，采取相匹配的工作模式改善車輛性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式的可模式切換懸架結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式的電控單元ecu的內(nèi)部工作模塊。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式的為路面識別方法以及懸架模式切換方法提供的實(shí)施過程流程圖。

圖4為本發(fā)明一實(shí)施方式的ecu判斷模塊流程圖。

圖中，1-簧載質(zhì)量；2-彈性元件；3-減振器；4-直線電機(jī)；5-簧下質(zhì)量；6-輪胎；7-加速度傳感器a；8-加速度傳感器b；9-位移傳感器a；10-位移傳感器b；11-電流放大器；12-d/a轉(zhuǎn)換器；13-信號儲存單元；14-ecu；15-功率放大器；16-a/d轉(zhuǎn)換器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

圖1是本發(fā)明中一種可模式切換懸架的結(jié)構(gòu)圖，所述懸架主要包括簧載質(zhì)量1、彈性元件2、減振器3、直線電機(jī)4、簧下質(zhì)量5、傳感器、電流放大器11、a/d轉(zhuǎn)換器12、信號儲存單元13、ecu14、功率放大器15和d/a轉(zhuǎn)換器16。

所述傳感器包括加速傳感器a7、加速傳感器b8、位移傳感器a9、位移傳感器b10；所述彈性元件2兩端分別固連在簧載質(zhì)量1與簧下質(zhì)量5上，減振器3固連在簧載質(zhì)量1與簧下質(zhì)量5之間，直線電機(jī)4套于彈性元件2內(nèi)部；加速度傳感器a7安裝在簧下質(zhì)量5上，用于采集簧下質(zhì)量5上的加速度信號；加速度傳感器b8安裝在簧載質(zhì)量1上，用于采集簧載質(zhì)量1上的加速度信號；位移傳感器a9安裝在簧下質(zhì)量5上，用于采集簧下質(zhì)量5上的位移信號；位移傳感器b10安裝在簧載質(zhì)量1上，用于采集簧載質(zhì)量1上的位移信號。

所述電流放大器11的一端分別與傳感器電連接，另一端依次與d/a轉(zhuǎn)換器12和信號儲存單元13電連接，所述信號儲存單元13與所述ecu14的信號處理模塊電連接，所述ecu14的控制模塊依次通過功率放大器15和a/d轉(zhuǎn)換器16與直線電機(jī)4電連接。所述電流放大器11，將信號電流放大，使其具有負(fù)載能力并傳給a/d轉(zhuǎn)換器12，把模擬信號轉(zhuǎn)換成電流信號，再傳到信號存儲單元13，把數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲存并傳給ecu14信號處理模塊。

如圖2所示，所述電控單元ecu14包括信號處理模塊、分析模塊、判斷模塊和控制模塊，信號處理模塊、分析模塊、判斷模塊和控制模塊之間通過can總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

所述的信號處理模塊，主要功能是對信號儲存單元13傳輸過來的信號進(jìn)行濾波去除無效的數(shù)據(jù)，避免信號污染。同時(shí)為分析模塊做預(yù)處理。

所述的分析模塊，主要功能是對處理模塊傳來的信號進(jìn)行分析計(jì)算，并整合獲取的懸架動(dòng)行程、車速、減振器3阻尼系數(shù)計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的路面等級。

所述判斷模塊根據(jù)車輛的行駛工況和一定時(shí)間段內(nèi)計(jì)算出的不同路面等級比重進(jìn)行判斷，并根據(jù)相應(yīng)規(guī)則確定當(dāng)前路面等級。

所述控制模塊根據(jù)判斷模塊所確定的路面等級以及當(dāng)前的車輛的行駛狀態(tài)確定懸架工作模式。

圖3是本發(fā)明為路面識別方法以及懸架模式切換方法提供的一種實(shí)施過程流程圖。

所述ecu14先識別系統(tǒng)是否處于轉(zhuǎn)向、剎車、加速工況，若存在其中一種，為保證車輛以及駕駛員的安全性，車輛工作模式直接調(diào)整到安全性模式，控制車輛車輪動(dòng)載荷，改善汽車操縱穩(wěn)定性，保證汽車安全。

若不處于轉(zhuǎn)向、剎車、加速工況其中的一種，則根據(jù)懸架動(dòng)行程、車速、減振器阻尼系數(shù)通過ecu14的分析模塊和判斷模塊來辨識當(dāng)前路面等級。再根據(jù)不同路面等級采取相對應(yīng)的懸架工作模式。分析模塊和判斷模塊的具體工作過程如下：

ecu14的分析模塊接收信號處理模塊經(jīng)過濾波之后的加速度信號和位移信號，并整合當(dāng)前車輛的車速、阻尼系數(shù)，懸架動(dòng)行程計(jì)算出實(shí)時(shí)的路面等級。車速可以從儀表盤上獲得，懸架動(dòng)行程為(zs-zu)，即簧載質(zhì)量1位移與簧下質(zhì)量5位移之差，可由位移傳感器測得并在分析模塊進(jìn)行計(jì)算得出，減振器阻尼系數(shù)可由減振器3規(guī)格參數(shù)獲取。

計(jì)算公式如下：

其中(zs-zu)為懸架動(dòng)行程，zs為簧載質(zhì)量1位移，zu為簧下質(zhì)量5位移，m為簧載質(zhì)量1，m為簧下質(zhì)量5，v汽車車速，c為減振器阻尼系數(shù)。計(jì)算得出r，再對r取對數(shù)，令q＝lg(r)。根據(jù)q的結(jié)果把路面分為四級。

這里根據(jù)flag的取值把路面分為高速路面、城市路面、砂石路面、崎嶇路面四種路況。

分別是當(dāng)flag＝1時(shí)識別為高速路面；

分別是當(dāng)flag＝2時(shí)識別為城市路面；

分別是當(dāng)flag＝3時(shí)識別為砂石路面；

分別是當(dāng)flag＝4時(shí)識別為崎嶇路面。

將ecu14的分析模塊得出的實(shí)時(shí)路面等級通過can總線傳輸?shù)絜cu14的判斷模塊，判斷模塊根據(jù)一定時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，以判斷標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)確定當(dāng)前路面等級；具體的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：

a)如果車輛處于轉(zhuǎn)向、剎車、加速工況，為保證車輛以及駕駛員的安全性，車輛工作模式調(diào)整到安全性模式，控制車輛車輪動(dòng)載荷，改善汽車操縱穩(wěn)定性。

b)當(dāng)不滿足a)時(shí)，將ecu判斷模塊確定的路面等級信息通過can總線傳輸?shù)娇刂颇K，并結(jié)合此時(shí)的車輛行駛工況選擇相應(yīng)的控制方法。具體的控制方法如下：

1)當(dāng)判斷模塊判別當(dāng)前路面為高速路面時(shí)，控制模塊相應(yīng)地選擇饋能模式，可以在路面相對平穩(wěn)的狀態(tài)下回收一部分懸架振動(dòng)能量。

2)當(dāng)判斷模塊判別當(dāng)前路面為城市路面時(shí)，控制模塊相應(yīng)地選擇綜合模式，此路面下車輛不需要主動(dòng)控制。

3)當(dāng)判斷模塊判別當(dāng)前路面為砂石路面時(shí)，控制模塊相應(yīng)地選擇舒適模式，采用主動(dòng)控制對車身加速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，改善汽車平順性。

4)當(dāng)判斷模塊判別當(dāng)前路面為崎嶇路面時(shí)，控制模塊相應(yīng)地選擇安全模式，采用主動(dòng)控制，對輪胎動(dòng)載荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，改善汽車操縱穩(wěn)定性。

圖4為本發(fā)明ecu判斷模塊流程圖，包括以下步驟：

b1)當(dāng)在任意一個(gè)時(shí)間段t＝3s內(nèi)，若有0.8t，即80％的時(shí)間段得到路面實(shí)時(shí)等級非于當(dāng)前系統(tǒng)路面等級，則切換為此刻的路面實(shí)時(shí)等級，并進(jìn)行相應(yīng)的模式切換；

b2)當(dāng)在任意一個(gè)時(shí)間段t＝5s內(nèi)，若有0.6t，即60％的時(shí)間段得到路面實(shí)時(shí)等級非于當(dāng)前系統(tǒng)路面等級，則切換為此刻的路面實(shí)時(shí)等級，并進(jìn)行相應(yīng)的模式切換；

b3)若不滿足上述b1)和b2)，則保持當(dāng)前的工作模式。

本發(fā)明根據(jù)車輛的行駛工況和車輛動(dòng)態(tài)參數(shù)對路面進(jìn)行評級，并以此為依據(jù)實(shí)時(shí)切換懸架工作模式，改善車輛在行駛過程中的乘坐舒適性、行駛安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個(gè)實(shí)施例描述的，但并非每個(gè)實(shí)施例僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實(shí)施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施例或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。