CN114670593A - 一种车身姿态控制*** - Google Patents

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CN114670593A CN202011551879.0A CN202011551879A CN114670593A CN 114670593 A CN114670593 A CN 114670593A CN 202011551879 A CN202011551879 A CN 202011551879A CN 114670593 A CN114670593 A CN 114670593A
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张亮修
王胜全
李岭
肖付瑞
李平阳
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Abstract

本发明涉及一种车身姿态控制***。该车身姿态控制***包括陀螺仪传感器，用于获取第一运动信号，第一运动信号包括车身在X/Y/Z轴方向上的加速度和角速度信号；轮端加速度传感器，用于获取第二运动信号，第二运动信号包括车轮的加速度信号；多个阻尼减振器，用于控制车身姿态；***控制器ECU，包括姿态解算模块、悬架状态计算模块和悬架主控算法模块，姿态解算模块根据第一运动信号获得车身运动状态信息和车身点运动状态信息，悬架状态计算模块根据第二运动信号和车身点运动状态信息以获得悬架运动状态信息，悬架主控算法模块根据车身运动状态信息和悬架运动状态信息获得期望电流值，***控制器ECU通过期望电流值控制多个阻尼减振器动作。本发明提出了一种车身姿态控制***，成本低且能更好地执行车身姿态控制。

Description

一种车身姿态控制***
技术领域
本发明涉及车辆减振控制技术领域，尤其涉及一种基于陀螺仪传感器的车身姿态控制***。
背景技术
电控悬架***是能够根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号，由电子控制单元控制悬架执行机构，使悬架***的刚度、减振器的阻尼力及车身高度等参数得以改变，从而使汽车具有良好的乘坐舒适性和操纵稳定性的一个***。
目前，大部分的电控悬架***的成本变高，同时测量车辆角运动姿态也使用近似估计的方法，使得在***成本和姿态测量精度上有一定缺失。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种车身姿态控制***，成本低且能更好地执行车身姿态控制。
具体地，本发明提出了一种车身姿态控制***，包括：
陀螺仪传感器，用于获取第一运动信号，所述第一运动信号包括车身在X/Y/Z轴方向上的加速度和角速度信号；
轮端加速度传感器，用于获取第二运动信号，所述第二运动信号包括车轮的加速度信号；
多个阻尼减振器，用于控制车身姿态；
***控制器ECU，包括姿态解算模块、悬架状态计算模块和悬架主控算法模块，所述姿态解算模块根据所述第一运动信号获得车身运动状态信息和车身点运动状态信息，所述悬架状态计算模块根据所述第二运动信号和所述车身点运动状态信息以获得悬架运动状态信息，所述悬架主控算法模块根据所述车身运动状态信息和悬架运动状态信息获得期望电流值，所述***控制器ECU通过所述期望电流值控制多个所述阻尼减振器动作。
根据本发明的一个实施例，所述陀螺仪传感器嵌入在所述***控制器ECU中。
根据本发明的一个实施例，所述陀螺仪传感器包括加速度测量芯片和角速度测量芯片，所述加速度测量芯片用于检测车身在X/Y/Z轴方向上的加速度信号，所述角速度测量芯片用于检测车身在X/Y/Z轴方向上的角速度信号，所述加速度测量芯片和角速度测量芯片通过SPI的主从通讯方式与所述***控制器ECU通信。
根据本发明的一个实施例，所述***控制器ECU设置在车身的后备箱的左侧支架处。
根据本发明的一个实施例，所述轮端加速度传感器设置在所述阻尼减振器的支柱的外筒上。
根据本发明的一个实施例，所述***控制器ECU还包括滤波处理模块，所述滤波处理模块用于对所述第一运动信号进行滤波处理，并将处理结果发送到所述姿态解算模块。
根据本发明的一个实施例，所述***控制器ECU还包括信号预处理模块，所述信号预处理模块与车身的中央控制面板连接，所述信号预处理模块通过所述中央控制面板获取驾驶员控制信号，所述悬架主控算法模块根据所述驾驶员控制信号调整所述期望电流值。
根据本发明的一个实施例，所述信号预处理模块通过CAN总线网络连接到所述中央控制面板。
根据本发明的一个实施例，所述车身姿态控制***还包括电流驱动模块，所述悬架主控算法模块通过所述电流驱动模块来控制多个所述阻尼减振器动作。
根据本发明的一个实施例，所述姿态解算模块对所述第一运动信号进行处理，包括：
步骤S01，根据所述陀螺仪传感器获得点O的三个方向的角速度信息，通过欧拉角计算处理获得欧拉角信息；
步骤S02，根据所述欧拉角信息和所述陀螺仪传感器获得点O的三个方向的加速度信息，通过加速度坐标变换计算得到绝对坐标下的加速度；
步骤S03，对所述加速度进行积分，得到点O在绝对坐标系下的运动速度；
步骤S04，所述运动速度经过由绝对坐标系到随动坐标系的坐标变换，得到点O在车身随动坐标系下的速度；
步骤S05，结合点R相对于点O的位置信息，所述欧拉角信息和陀螺仪传感器测得的三个方向的角速度信息，根据刚体相对运动速度计算方法，求得点R在车身随动坐标系下的速度；
其中，点O为陀螺仪传感器的安装点，点R为车身上任一点。
本发明提供的一种车身姿态控制***，设置陀螺仪传感器和轮端加速度传感器，能降低整个***的物料成本且更好地实现车身姿态控制。
应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1示出了本发明一个实施例的车身姿态控制***的结构示意图。
图2示出了本发明一个实施例的车身姿态控制***与车身结合的简要示意图。
图3示出了车身坐标系和***控制器ECU的位置关系示意图。
图4示出了姿态解算模块根据第一运动信号计算车身点运动状态信息的流程框图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
车身姿态控制*** 100 陀螺仪传感器 101
轮端加速度传感器 102 阻尼减振器 103
***控制器ECU 104 姿态解算模块 105
悬架状态计算模块 106 悬架主控算法模块 107
滤波处理模块 108 信号预处理模块 109
中央控制面板 110 电流驱动模块 111
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：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讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
图1示出了本发明一个实施例的车身姿态控制***的结构示意图。图2示出了本发明一个实施例的车身姿态控制***与车身结合的简要示意图。如图所示，一种车身姿态控制***100主要包括陀螺仪传感器101、轮端加速度传感器102、多个阻尼减振器103和***控制器ECU 104。
陀螺仪传感器101用于获取第一运动信号。第一运动信号包括车身在X/Y/Z轴方向上的加速度和角速度信号。X/Y/Z轴方向是指车身的前后、左右和上下方向。车辆在路面上行驶过程中，陀螺仪传感器101测量所在车身位置处的X/Y/Z轴三个方向的加速度以及车身运动的角速度。
轮端加速度传感器102用于获取第二运动信号。第二运动信号包括车轮的加速度信号。
多个阻尼减振器103用于控制车身姿态，提升车辆的舒适性和操作稳定性。
***控制器ECU 104包括姿态解算模块105、悬架状态计算模块106和悬架主控算法模块107。姿态解算模块105根据第一运动信号获得车身运动状态信息和车身点运动状态信息，悬架状态计算模块106根据第二运动信号和车身点运动状态信息以获得悬架运动状态信息，悬架主控算法模块107根据车身运动状态信息和悬架运动状态信息获得期望电流值。***控制器ECU 104将相应的电流值输出到阻尼减振器103，从而控制多个阻尼减振器103动作以控制车身姿态，提升操控舒适性。
较佳地，陀螺仪传感器101嵌入在***控制器ECU 104中。在本实施例中采用一个陀螺仪传感器101，设置在***控制器ECU 104中。***控制器ECU 104通过姿态解算模块105处理第一运动信号以获得车身运动状态信息，作为悬架主控算法模块107的输入信号源之一。陀螺仪传感器101与***控制器ECU 104一体，这样从***结构上可以节约成本，并且提高角运动姿态的测量精度。
较佳地，陀螺仪传感器101包括加速度测量芯片和角速度测量芯片。加速度测量芯片用于检测车身在X/Y/Z轴方向上的加速度信号，角速度测量芯片用于检测车身在X/Y/Z轴方向上的角速度信号。加速度测量芯片和角速度测量芯片通过SPI的主从通讯方式与***控制器ECU 104通信。加速度测量芯片和角速度测量芯片将测量得到的第一运动信号反馈给***控制器ECU 104进行处理。
较佳地，***控制器ECU 104设置在车身的后备箱的左侧支架处。由于***控制器ECU 104集成了陀螺仪传感器101。在***控制器ECU 104的电路板上布置陀螺仪传感器101时，务必考虑其芯片测量的物理量的方向应该与车身坐标系的方向相重合，这样布置能够简化后续姿态解算的处理，提高第一运动信号的可用性，得到精确的车身运动状态。图3示出了车身坐标系和***控制器ECU 104的位置关系示意图。当需要测量车身特定点的运动状态时，需要明确车身特定点与***控制器ECU 104之间的位置关系，以便解算方法中的运动量求解。如图3所示，TFR和TFL分别表示在车辆坐标系下，***控制器ECU 104中心点与右前车轮和左前车轮轮心的Y方向距离，TRR和TRL分别表示在车辆坐标系下，***控制器ECU104中心点与右后车轮和左后车轮轮心的Y方向距离，LF和LR分别表示在车身坐标系下，***控制器ECU 104中心点与前轴车轮和后轴车轮轮心的X方向距离，CH表示***控制器ECU104中心点与左后侧车轮轮心的Z方向距离。
较佳地，参考图2，轮端加速度传感器102设置在阻尼减振器103的支柱的外筒上。在本实施例中包含两个轮端加速度传感器102。阻尼减振器103有四个，分别设置在左前轮、右前轮、左后轮和右后轮位置上。其中，两个轮端加速度传感器102分别布置在左前轮侧的阻尼减振器103，以及右前轮侧的阻尼减振器103上。容易理解的，作为举例而非限制，为了提高测量精度，轮端加速度传感器102也可以增加为四个，将另外两个设置在左后轮和右后轮位置上的阻尼减振器103。
较佳地，***控制器ECU 104还包括滤波处理模块108。滤波处理模块108用于对第一运动信号进行滤波处理，并将处理结果发送到姿态解算模块105。实际上，姿态解算模块105所获得的是经过滤波处理后的第一运动信号。
较佳地，***控制器ECU 104还包括信号预处理模块109。信号预处理模块109与车身的中央控制面板110连接。信号预处理模块109通过中央控制面板110获取驾驶员控制信号，悬架主控算法模块107根据驾驶员控制信号调整期望电流值。具体来说，驾驶员可以向中央控制面板110输入控制请求，例如加速、制动和方向盘等指令信息。信号预处理模块109获得驾驶员控制信号并发送到悬架主控算法模块107以利于调整最终获得的期望电流值，进一步提升驾驶的操控舒适度。在本实施例中，信号预处理模块109通过CAN总线网络连接到中央控制面板110。
较佳地，驾驶员还可以通过车辆显示屏来选择***控制器ECU 104的模式，以在不同模式之间进行切换。***控制器ECU 104主要包括三种模式：“舒适模式”，“标准模式”和“运动模式”，不同模式之间的差别主要在于悬架主控算法模块107对于控制程度的强弱，对于车身的乘坐舒适性和操控性各有偏重。“舒适模式”使悬架更舒适，更偏重车辆的乘坐舒适性，“运动模式”使悬架更硬朗，更偏重于车辆的操控性。“标准模式”为车辆的乘坐舒适性和操控性提供更好的折中和匹配，达到更好的性能体验效果。
较佳地，参考图2，车身姿态控制***100还包括电流驱动模块111。悬架主控算法模块107通过电流驱动模块111来控制多个阻尼减振器103动作。如图所示，悬架主控算法模块107计算出位于左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的每个阻尼减振器103的期望电流值。电流驱动模块111获得期望电流值并用于驱动各自对应位置的阻尼减振器103。
较佳地，姿态解算模块105对经过滤波处理后的第一运动信号进行处理以获得车身点运动状态信息。该处理步骤包括通过坐标变换的方法得到车身上的特定点在车身的随动坐标系下的相关物理参数，通过对相关物理参数做微分或积分处理得到车身上的特定点的其他物理量，再利用车身的不同点处的运动关系，即可得到车身点运动状态信息。图4示出了姿态解算模块105根据第一运动信号计算车身点运动状态信息的流程框图。结合图3所示，设点O为集成了陀螺仪传感器101的***控制器ECU 104的安装点，利用这一点测得的第一运动信号来计算身点运动状态信息，即计算车身上任一点R在车身随动坐标系的速度的过程如下：
步骤S01，根据陀螺仪传感器101获得点O的三个方向的角速度信息，通过欧拉角计算处理获得欧拉角信息。首先利用在点O测得的三个方向角速度信息，通过欧拉角计算处理模块计算得到欧拉角信息。
步骤S02，根据该欧拉角信息和陀螺仪传感器101获得点O的三个方向的加速度信息，通过加速度坐标变换计算得到绝对坐标下的加速度。
步骤S03，对加速度进行积分，得到点O在绝对坐标系下的运动速度。
步骤S04，经过由绝对坐标系到随动坐标系的坐标变换，得到点O在车身随动坐标系下的速度。
步骤S05，结合点R相对于点O的位置信息，欧拉角信息和陀螺仪传感器101测得的三个方向的角速度信息，根据刚体相对运动速度计算方法，求得点R在车身随动坐标系下的速度，即获得车身点运动状态信息。
本发明提供的一种车身姿态控制***，将集成于***控制器ECU的陀螺仪传感器作为车身姿态测量的硬件基础，同时，利用第一运动信号和第二运动信号，结合驾驶员控制信号，得到***控制器ECU应当输出的电流值，通过电流驱动模块输出供给阻尼减振器的电磁阀的电流值，从而实现车身姿态控制并降低整个***的物料成本。
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种车身姿态控制***，包括：
陀螺仪传感器，用于获取第一运动信号，所述第一运动信号包括车身在X/Y/Z轴方向上的加速度和角速度信号；
轮端加速度传感器，用于获取第二运动信号，所述第二运动信号包括车轮的加速度信号；
多个阻尼减振器，用于控制车身姿态；
***控制器ECU，包括姿态解算模块、悬架状态计算模块和悬架主控算法模块，所述姿态解算模块根据所述第一运动信号获得车身运动状态信息和车身点运动状态信息，所述悬架状态计算模块根据所述第二运动信号和所述车身点运动状态信息以获得悬架运动状态信息，所述悬架主控算法模块根据所述车身运动状态信息和悬架运动状态信息获得期望电流值，所述***控制器ECU通过所述期望电流值控制多个所述阻尼减振器动作。
2.如权利要求1所述的车身姿态控制***，其特征在于，所述陀螺仪传感器嵌入在所述***控制器ECU中。
3.如权利要求2所述的车身姿态控制***，其特征在于，所述陀螺仪传感器包括加速度测量芯片和角速度测量芯片，所述加速度测量芯片用于检测车身在X/Y/Z轴方向上的加速度信号，所述角速度测量芯片用于检测车身在X/Y/Z轴方向上的角速度信号，所述加速度测量芯片和角速度测量芯片通过SPI的主从通讯方式与所述***控制器ECU通信。
4.如权利要求2所述的车身姿态控制***，其特征在于，所述***控制器ECU设置在车身的后备箱的左侧支架处。
5.如权利要求1所述的车身姿态控制***，其特征在于，所述轮端加速度传感器设置在所述阻尼减振器的支柱的外筒上。
6.如权利要求1所述的车身姿态控制***，其特征在于，所述***控制器ECU还包括滤波处理模块，所述滤波处理模块用于对所述第一运动信号进行滤波处理，并将处理结果发送到所述姿态解算模块。
7.如权利要求1所述的车身姿态控制***，其特征在于，所述***控制器ECU还包括信号预处理模块，所述信号预处理模块与车身的中央控制面板连接，所述信号预处理模块通过所述中央控制面板获取驾驶员控制信号，所述悬架主控算法模块根据所述驾驶员控制信号调整所述期望电流值。
8.如权利要求7所述的车身姿态控制***，其特征在于，所述信号预处理模块通过CAN总线网络连接到所述中央控制面板。
9.如权利要求1所述的车身姿态控制***，其特征在于，所述车身姿态控制***还包括电流驱动模块，所述悬架主控算法模块通过所述电流驱动模块来控制多个所述阻尼减振器动作。
10.如权利要求1所述的车身姿态控制***，其特征在于，所述姿态解算模块对所述第一运动信号进行处理，包括：
步骤S01，根据所述陀螺仪传感器获得点O的三个方向的角速度信息，通过欧拉角计算处理获得欧拉角信息；
步骤S02，根据所述欧拉角信息和所述陀螺仪传感器获得点O的三个方向的加速度信息，通过加速度坐标变换计算得到绝对坐标下的加速度；
步骤S03，对所述加速度进行积分，得到点O在绝对坐标系下的运动速度；
步骤S04，所述运动速度经过由绝对坐标系到随动坐标系的坐标变换，得到点O在车身随动坐标系下的速度；
步骤S05，结合点R相对于点O的位置信息，所述欧拉角信息和陀螺仪传感器测得的三个方向的角速度信息，根据刚体相对运动速度计算方法，求得点R在车身随动坐标系下的速度；
其中，点O为陀螺仪传感器的安装点，点R为车身上任一点。
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