一种车辆悬挂故障的智能监测装置

技术领域

本发明涉及悬挂系统故障监测技术领域，尤其涉及一种车辆悬挂故障的智能监测装置。

背景技术

悬挂系统是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其功能是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车平顺行驶，悬挂系统是现代汽车十分关键的部件之一。悬挂系统应有的功能是支持车身，改善乘坐的感觉，不同的悬挂设置会使驾驶者有不同的驾驶感受。

中国专利公开号：CN110308002B公开了一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法，包括：利用SIMPACK车辆动力学仿真软件和ABAQUS有限元分析软件，构建轮轨接触的刚柔耦合模型，分析列车振动产生的力的传递规律，得到在轨道布设加速度传感器方案；根据SIMPACK车辆动力学仿真软件计算结果，结合轮轨接触的刚柔耦合模型中列车运行时相应信号变化情况，验证轨道布设加速度传感器方案的合理性，计算传感器布设间隔和测量误差，构建列车故障仿真模型，得出传感器的布设规律；在轨道两侧布设加速度传感器，采集轮轨振动加速度信号，对加速度信号进行处理，利用时频分析和谱细化分析方法实现列车悬挂系统故障的检测；由此可见，所述基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法存在以下问题：没有对车辆的综合悬挂性能进行检测并评价，导致对悬挂系统故障诊断不准确。

发明内容

为此，本发明提供一种车辆悬挂故障的智能监测装置，用以克服现有技术中没有对车辆的综合悬挂性能进行检测并评价，导致对悬挂系统故障诊断不准确的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种车辆悬挂故障的智能监测装置，包括：

驾驶环境检测模块，其用以检测车辆驾驶中的各项路面数据；

悬挂参数检测模块，其与所述驾驶环境检测模块相连，用以检测车辆的悬挂系统的悬挂高度、车身晃动程度和悬挂响应时间；

故障检测模块，其与所述悬挂参数检测模块相连，获取车辆在驾驶过程中所述悬挂高度的超标次数、所述车身晃动程度的超标次数以及所述悬挂响应时间的超标次数；

故障分析模块，其分别与所述驾驶环境检测模块、所述悬挂参数检测模块和所述故障检测模块相连，用以根据所述路面数据对应的各项额定悬挂参数和实际悬挂参数确定所述悬挂系统的悬挂性能度，根据各项悬挂参数的超标次数和路面数据确定悬挂系统的悬挂稳定度；

监测预警模块，其与所述故障分析模块相连，用以根据所述悬挂性能度和所述悬挂稳定度判断所述悬挂系统的工作状态，以及发出对应工作状态的预警信号。

进一步地，所述悬挂参数检测模块包括：

悬挂高度检测单元，其用以检测车辆底盘到地面的所述悬挂高度以及各个弹簧的相对位移量；

车身晃动检测单元，其与所述悬挂高度检测单元相连，用以检测车辆的车身摇晃程度；

时间检测单元，其与所述悬挂高度检测单元相连，用以检测各个所述弹簧的复位时间。

进一步地，所述故障检测模块包括：

模型仿真单元，其用以构建包括悬挂系统的仿真模型；

频率检测单元，其用以获取各所述实际悬挂参数在检测周期内的超标次数；

颜色反馈单元，其分别与所述模型仿真单元和所述频率检测单元相连，用以将各所述实际悬挂参数在检测周期内的超标次数在所述仿真模型中使用不同的颜色进行显示；

其中，所述实际悬挂参数在检测周期内的超标次数越多，在仿真模型中对应的颜色越深。

进一步地，所述悬挂性能度根据下式确定：

，

其中，α为悬挂性能度，β为弹簧位移与悬挂高度转化系数，h

进一步地，所述悬挂稳定度根据各项所述悬挂参数的超标次数和所述路面数据确定；

其中，所述超标次数根据对应的颜色深度确定，根据所述路面数据确定路面平稳度。

进一步地，所述悬挂稳定度与所述超标次数根据对应的颜色深度成负相关，所述路面平稳度与所述悬挂稳定度成正相关。

进一步地，所述监测预警模块根据所述悬挂性能度与预设性能度的比较结果，以及所述悬挂稳定度与预设稳定度的比较结果确定所述悬挂系统是否处于正常状态；

其中，所述预设性能度和所述预设稳定度根据各项所述路面数据确定。

进一步地，所述监测预警模块根据所述悬挂稳定度和所述悬挂性能度判断所述悬挂系统的工作状态；

若所述悬挂稳定度小于所述预设稳定度，则不对所述悬挂性能度进行比较，判定悬挂系统的工作稳定性低于要求稳定性；

若所述悬挂性能度小于所述预设性能度且所述悬挂稳定度大于等于所述预设稳定度，则判定所述悬挂系统的工作性能低于要求性能。

进一步地，所述监测预警模块根据判定的所述悬挂系统的工作状态确定向悬挂系统发出预警信号的位置与信号内容。

进一步地，所述故障检测模块在接收到所述监测预警模块发出的所述预警信号后，提高对所述实际悬挂参数进行检测的检测频率；

其中，所述检测频率与所述悬挂稳定度成负相关。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过进行驾驶环境检测、悬挂参数检测、故障检测，能够全面监测和评估车辆悬挂系统的工作状态，故障分析模块能够根据路面数据和悬挂参数的超标次数，对悬挂系统的性能和稳定度进行分析，有助于准确定位悬挂系统的问题，监测预警模块能够根据悬挂性能度和悬挂稳定度判断悬挂系统的工作状态，并发出相应的预警信号，使驾驶员和维修人员能够及时采取措施，避免悬挂系统出现问题导致安全隐患。

进一步地，在本发明车辆悬挂故障的智能监测装置中，悬挂参数检测模块能够实时监测车辆的悬挂状态和车身摇晃情况，提供精准的数据，并且在不同路况下通过监测车辆悬挂状态，可用于判断悬挂系统的健康状况，及时进行维护和修复提高驾驶安全性。

进一步地，在本发明车辆悬挂故障的智能监测装置中，通过模型仿真单元，系统能够实时构建悬挂系统的仿真模型，这有助于更准确地模拟实际运行情况，并将超标次数在仿真模型中以不同颜色显示，使对系统进行故障监测时能够直观地了解悬挂系统各个参数的状态，颜色深度与超标次数的关系提供了直观的视觉反馈，使问题易于察觉。

进一步地，在本发明车辆悬挂故障的智能监测装置中，结合了悬挂系统参数异常次数、颜色深度、路面平稳度等多个因素，从而提供了对悬挂系统稳定性的全面评估，通过颜色深度的可视化，可以直观地了解悬挂系统的问题程度，使得问题的定位更加直观，通过考虑路面数据，该方法更贴近实际道路行驶情况，使得悬挂系统的稳定性评估更为综合。

进一步地，在本发明车辆悬挂故障的智能监测装置中，通过监测预警模块对悬挂系统的工作状态进行判定并发出预警信号，系统可以实时识别潜在的问题，对可能出现的故障并提前发出警示，避免可能的损坏或安全隐患，这种即时性有助于更快地捕获潜在问题，并在早期阶段进行干预和修复，减少因故障造成的不便和损失，并且通过提高检测频率，系统能够仔细地监视悬挂参数的变化，实时监测和更频繁的检测可以提高系统的可靠性，通过快速响应可能的问题，可以降低意外故障发生的概率，增强悬挂系统的稳定性和持久性。

附图说明

图1为本发明实施例车辆悬挂故障的智能监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例车辆悬挂故障的智能监测装置的检测流程图；

图3为本发明实施例车辆悬挂故障的智能监测装置的悬挂参数检测模块结构示意图；

图4为本发明实施例车辆悬挂故障的智能监测装置的故障检测模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2所示，图1为本发明实施例车辆悬挂故障的智能监测装置的结构示意图，图2为本发明实施例车辆悬挂故障的智能监测装置的检测流程；本发明提供一种车辆悬挂故障的智能监测装置，包括：

驾驶环境检测模块，其用以检测车辆驾驶中的各项路面数据；

悬挂参数检测模块，其与所述驾驶环境检测模块相连，用以检测车辆的悬挂系统的悬挂高度、车身晃动程度和悬挂响应时间；

故障检测模块，其与所述悬挂参数检测模块相连，获取车辆在驾驶过程中所述悬挂高度的超标次数、所述车身晃动程度的超标次数以及所述悬挂响应时间的超标次数；

故障分析模块，其分别与所述驾驶环境检测模块、所述悬挂参数检测模块和所述故障检测模块相连，用以根据所述路面数据对应的各项额定悬挂参数和实际悬挂参数确定所述悬挂系统的悬挂性能度，根据各项悬挂参数的超标次数和路面数据确定悬挂系统的悬挂稳定度；

监测预警模块，其与所述故障分析模块相连，用以根据所述悬挂性能度和所述悬挂稳定度判断所述悬挂系统的工作状态，以及发出对应工作状态的预警信号。

本发明通过进行驾驶环境检测、悬挂参数检测、故障检测，能够全面监测和评估车辆悬挂系统的工作状态，故障分析模块能够根据路面数据和悬挂参数的超标次数，对悬挂系统的性能和稳定度进行分析，有助于准确定位悬挂系统的问题，监测预警模块能够根据悬挂性能度和悬挂稳定度判断悬挂系统的工作状态，并发出相应的预警信号，使驾驶员和维修人员能够及时采取措施，避免悬挂系统出现问题导致安全隐患。

请参阅图3所示，其为本发明实施例车辆悬挂故障的智能监测装置的悬挂参数检测模块结构示意图，所述悬挂参数检测模块包括：

悬挂高度检测单元，其用以检测车辆底盘到地面的所述悬挂高度以及各个弹簧的相对位移量；

车身晃动检测单元，其与所述悬挂高度检测单元相连，用以检测车辆的车身摇晃程度；

时间检测单元，其与所述悬挂高度检测单元相连，用以检测各个所述弹簧的复位时间。

在实施中，弹簧的相对位移量可以通过现有技术中任意一种测量得到，在此不做具体限定，弹簧的相对位移量为弹簧的形变量，根据弹簧的弹性系数和形变量可以得到车辆在当前行驶过程中悬挂系统因路面情况产生的恢复力；

车身摇晃程度根据车上的任意一点在车辆行驶过程中在垂直于车辆行驶方向的竖直方向上最大位移量与预设位移量确定；

弹簧的复位时间为弹簧发生明显形变的时间至弹簧恢复至不发生明显形变的时间，其中，弹簧发生明显形变根据弹簧自身特性确定，弹簧在车辆处于静止时的形变量为初始形变量，若车辆在形式过程中弹簧的形变量达到1.1倍的初始形变量则判定弹簧发生明显形变。

在本发明车辆悬挂故障的智能监测装置中，悬挂参数检测模块能够实时监测车辆的悬挂状态和车身摇晃情况，提供精准的数据，并且在不同路况下通过监测车辆悬挂状态，可用于判断悬挂系统的健康状况，及时进行维护和修复提高驾驶安全性。

请参阅图4所示，其为本发明实施例车辆悬挂故障的智能监测装置的故障检测模块的结构示意图，所述故障检测模块包括：

模型仿真单元，其用以构建包括悬挂系统的仿真模型；

频率检测单元，其用以获取各所述实际悬挂参数在检测周期内的超标次数；

颜色反馈单元，其分别与所述模型仿真单元和所述频率检测单元相连，用以将各所述实际悬挂参数在检测周期内的超标次数在所述仿真模型中使用不同的颜色进行显示；

其中，所述实际悬挂参数在检测周期内的超标次数越多，在仿真模型中对应的颜色越深。

在实施中，仿真模型包括车辆的4个轮胎、悬挂系统和车身外壳，其中，轮胎部分的颜色为红色，悬挂系统部分的颜色为黄色，车身外壳部分的颜色为蓝色；轮胎部分对应车辆悬挂高度超标次数显示，悬挂系统部分对应弹簧的复位时间显示，车身外壳部分对应车身晃动程度的超标次数；

对于实际悬挂参数在检测周期内的超标次数在仿真模型中进行显示时，模型实际展示结果根据实际参数对应的颜色，和频率检测单元在检测周期内检测到的参数超标次数对应的颜色深度确定。

在本发明车辆悬挂故障的智能监测装置中，通过模型仿真单元，系统能够实时构建悬挂系统的仿真模型，这有助于更准确地模拟实际运行情况，并将超标次数在仿真模型中以不同颜色显示，使对系统进行故障监测时能够直观地了解悬挂系统各个参数的状态，颜色深度与超标次数的关系提供了直观的视觉反馈，使问题易于察觉。

具体而言，所述悬挂性能度根据下式确定：

，

其中，α为悬挂性能度，β为弹簧位移与悬挂高度转化系数，h

在实施中，额定悬挂高度根据车辆自身性能确定，弹簧位移与悬挂高度转化系数根据弹簧与水平方向形成的夹角的角度确定，允许最大车身晃动幅度根据车辆当前驾驶模式的要求确定，可以理解的是，车辆在驾驶过程中分为多种驾驶模式，例如越野模式、舒适模式等，不同的驾驶模式对悬挂系统的要求不同，这种功能通常被称为“可调悬挂”或“主动悬挂系统”，其目的是优化车辆在不同驾驶条件下的性能和舒适性。

具体而言，所述悬挂稳定度根据各项所述悬挂参数的超标次数和所述路面数据确定；

其中，所述超标次数根据对应的颜色深度确定，根据所述路面数据确定路面平稳度。

具体而言，所述悬挂稳定度与所述超标次数根据对应的颜色深度成负相关，所述路面平稳度与所述悬挂稳定度成正相关。

在实施中，悬挂参数的超标次数越多，在模型中显示的对应颜色越深；

路面平稳度根据各项路面数据确定，包括检测周期内车辆行驶过的路面与水平方向上的平均角度与检测周期内车辆行驶过的路面的凸起次数；

路面平稳度根据下式确定：

γ=n/4×sinθ，其中，γ为路面平稳度，n为检测周期内车辆行驶过的路面的凸起总次数，θ为检测周期内车辆行驶过的路面与水平方向形成夹角的平均角度；

可以理解的是，路面平稳度越大说明在检测周期内行驶过的路面越不稳定，对悬挂系统的稳定度要求越高，路面平稳度取值为0～100。

悬挂稳定度根据下式确定

可以理解的是，rgb值越大，说明该颜色越浅，rgb值越小，说明该颜色越深，在计算时，各个部分的rgb值仅计算对应的颜色，

在实际应用中，若出现一次参数超标，其对应的rgb值在255的基础上减30，例如车身外壳部分对应车身晃动程度的超标次数为3次，则车身外壳部分的蓝色的rgb值为255-30×3=145。

在本发明车辆悬挂故障的智能监测装置中，结合了悬挂系统参数异常次数、颜色深度、路面平稳度等多个因素，从而提供了对悬挂系统稳定性的全面评估，通过颜色深度的可视化，可以直观地了解悬挂系统的问题程度，使得问题的定位更加直观，通过考虑路面数据，该方法更贴近实际道路行驶情况，使得悬挂系统的稳定性评估更为综合。

具体而言，所述监测预警模块根据所述悬挂性能度与预设性能度的比较结果，以及所述悬挂稳定度与预设稳定度的比较结果确定所述悬挂系统是否处于正常状态；

其中，所述预设性能度和所述预设稳定度根据各项所述路面数据确定。

在实施中，预设性能度和预设稳定度根据路面平稳度确定，路面平稳度越大，预设性能度越低，预设稳定度越高。一般的，在路面平稳度为50时，预设性能度为0.8，预设稳定度为145；路面平稳度的变化量达到10时，预设性能度的变化量为0.3，预设稳定度的变化量为30。

具体而言，所述监测预警模块根据所述悬挂稳定度和所述悬挂性能度判断所述悬挂系统的工作状态；

若所述悬挂稳定度小于所述预设稳定度，则不对所述悬挂性能度进行比较，判定悬挂系统的工作稳定性低于要求稳定性；

若所述悬挂性能度小于所述预设性能度且所述悬挂稳定度大于等于所述预设稳定度，则判定所述悬挂系统的工作性能低于要求性能。

在实施中，对于车辆来说，悬挂系统的工作稳定对车辆驾驶的平稳性要求更高，若平稳性低，同时可以说明悬挂参数经常无法达到额定悬挂参数，因此悬挂稳定度的判断优先级大于悬挂性能度。

具体而言，所述监测预警模块根据判定的所述悬挂系统的工作状态确定向悬挂系统发出预警信号的位置与信号内容。

在实施中，若监测预警模块判断悬挂系统的工作稳定性低于要求稳定性或悬挂系统的工作性能低于要求性能时，则确定预警信号的内容，并根据等于0的rgb值对应的悬挂参数确定报警位置。

具体而言，所述故障检测模块在接收到所述监测预警模块发出的所述预警信号后，提高对所述实际悬挂参数进行检测的检测频率；

其中，所述检测频率与所述悬挂稳定度成负相关。

在实施中，提高检测频率即为缩短检测周期，检测周期的缩短量根据轮胎部分红色的rgb值、悬挂系统部分黄色的rgb值以及车身外壳部分蓝色的rgb值中达到0的值中对应的超标次数确定，缩短后的检测周期的检测结果满足计算悬挂稳定度时的每个rgb值大于0；根据悬挂稳定度确定公式可知，rgb值大于0对应的最大超标次数为8；

例如，R1=0，R2=45，R3=105，则获取轮胎部分对应的车辆悬挂高度超标次数，若车辆悬挂高度超标次数为10次，则缩短后的检测周期为原先检测周期的（10-8）/10=0.8倍。

在本发明车辆悬挂故障的智能监测装置中，通过监测预警模块对悬挂系统的工作状态进行判定并发出预警信号，系统可以实时识别潜在的问题，对可能出现的故障并提前发出警示，避免可能的损坏或安全隐患，这种即时性有助于更快地捕获潜在问题，并在早期阶段进行干预和修复，减少因故障造成的不便和损失，并且通过提高检测频率，系统能够仔细地监视悬挂参数的变化，实时监测和更频繁的检测可以提高系统的可靠性，通过快速响应可能的问题，可以降低意外故障发生的概率，增强悬挂系统的稳定性和持久性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。