一种基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法及装置
阅读说明：本技术 一种基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法及装置 (Cab semi-active suspension control method and device based on frequency division control ) 是由 邓聚才 唐振天 陈钟 周上奎 周文 许恩永 冯哲 周志斌 栗广生 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法及装置,通过获取待控制车辆驾驶室悬置点的加速度信号；对所述加速度信号进行积分处理,获取对应的速度信号；根据所述速度信号,确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动或低频率振动；根据所述振动类型匹配相应的阻尼,并输出所述阻尼对应的电流到半主动悬置的电磁阀,从而控制所述待控制车辆驾驶室半主动悬置,与现有技术相比,本发明通过提供一种分频控制算法,优化了车辆在行驶过程中的振动情况,提高驾驶的舒适性。(The invention discloses a cab semi-active suspension control method and device based on frequency division control, which comprises the steps of obtaining an acceleration signal of a suspension point of a cab of a vehicle to be controlled; integrating the acceleration signal to obtain a corresponding speed signal; determining the vibration type of the vehicle to be controlled to be high-frequency vibration or low-frequency vibration according to the speed signal; and matching corresponding damping according to the vibration type, and outputting current corresponding to the damping to a solenoid valve of a semi-active suspension so as to control the semi-active suspension of the cab of the vehicle to be controlled.)
技术领域
本发明涉及半主动悬置的技术领域，特别是涉及一种基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法及装置。
背景技术
随着现代物流产业的飞速发展，现代物流产业对货运的安全性和连续性有更高的需求，这就要求汽车运行时在舒适感、可控性和稳定性等方面具备更好的性能。悬架是现代汽车的重要总成之一，悬架要缓和由不平路面传给车身的冲击载荷，衰减由冲击载荷引起的承载系统的振动，其中，汽车的振动是影响汽车行驶性能的重要因素，它不仅降低了汽车的行驶平顺性，还影响汽车的接地安全性和操纵稳定性。
目前，半主动悬置和主动悬置的技术愈发成熟，逐渐成为提高舒适性的一个选择。
半主动悬置性能的发挥与其控制算法有很大关系。目前能直接应用于实车的半主动悬置控制算法较少，大部分控制算法的研究局限于1/4车辆模型，且需要测量的数据多，对控制芯片的计算能力要求高，不适合在实车直接使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法及装置，通过提供一种分频控制算法，优化了车辆在行驶过程中的振动情况，提高驾驶的舒适性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法，包括：
获取待控制车辆驾驶室悬置点的加速度信号；
对所述加速度信号进行积分处理，获取对应的速度信号；
根据所述速度信号，确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动或低频率振动；
根据所述振动类型匹配相应的阻尼，并输出所述阻尼对应的电流到半主动悬置的电磁阀，从而控制所述待控制车辆驾驶室半主动悬置。
进一步地，对所述加速度信号进行积分处理，具体为：
根据零均值去趋势项的方法对加速度信号进行积分计算；其计算公式为：
i＝200～+∞；
其中，为加速度传感器直接采集到的加速度信号；为经过零均值方法去趋势项处理的加速度信号；为通过龙格库塔积分直接获取的速度信号；h为加速度传感器采样步长；为经过零均值方法去趋势项处理的速度信号。
进一步地，根据所述速度信号，确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动或低频率振动，具体为：
将所述速度信号代入分频函数中进行计算，若计算值大于等于0，则确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动；若计算值小于0，则确定所述待控制车辆的振动类型为低频率振动；
其中，所述分频函数为：式中，α为分频参考频率。
进一步地，根据所述振动类型匹配相应的阻尼，具体为：
当所述振动类型为高频率振动时选取小阻尼，当所述振动类型为低频率振动时选取大阻尼；
根据分频函数得出阻尼输出公式：
其中，cmax，cmin分别为阻尼可调减振器的最大阻尼输出值、最小阻尼输出值。
进一步地，本发明还提供一种基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制装置，其特征在于，包括：获取模块、信号处理模块、分类模块和控制模块；
所述获取模块用于获取待控制车辆驾驶室悬置点的加速度信号；
所述信号处理模块用于对所述加速度信号进行积分处理，获取对应的速度信号；
所述分类模块用于根据所述速度信号，确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动或低频率振动；
所述控制模块根据所述振动类型匹配相应的阻尼，并输出所述阻尼对应的电流到半主动悬置的电磁阀，从而控制所述待控制车辆驾驶室半主动悬置。
进一步地，所述信号处理模块用于对所述加速度信号进行积分处理，具体为：
根据零均值去趋势项的方法对加速度信号进行积分计算；其计算公式为：
i＝200～+∞；
其中，为加速度传感器直接采集到的加速度信号；为经过零均值方法去趋势项处理的加速度信号；为通过龙格库塔积分直接获取的速度信号；h为加速度传感器采样步长；为经过零均值方法去趋势项处理的速度信号。
进一步地，所述分类模块根据所述速度信号，确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动或低频率振动，具体为：
将所述速度信号代入分频函数中进行计算，若计算值大于等于0，则确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动；若计算值小于0，则确定所述待控制车辆的振动类型为低频率振动；
其中，所述分频函数为：式中，α为分频参考频率。
进一步地，所述控制模块根据所述振动类型匹配相应的阻尼，具体为：
当所述振动类型为高频率振动时选取小阻尼，当所述振动类型为低频率振动时选取大阻尼；
根据分频函数得出阻尼输出公式：
其中，cmax，cmin分别为阻尼可调减振器的最大阻尼输出值、最小阻尼输出值。
本发明实施例一种基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法及装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明通过对加速度传感器所得信号积分获得速度信号的方法，获取待控制车辆驾驶室悬置点的加速度信号；并对所述加速度信号进行积分处理，其中，使用零均值去趋势项的方法对加速度信号和速度信号进行处理，能获取较为准确地速度信号，再结合减振器实际振动的特点，根据所述速度信号确定所述待控制车辆的振动类型为高频率或低频率，根据所述振动类型匹配相应的阻尼，并输出所述阻尼对应的电流到半主动悬置的电磁阀，使得减震器的振动情况得到优化，从而控制所述待控制车辆驾驶室半主动悬置，优化了车辆在行驶过程中的振动情况，提高驾驶的舒适性。
附图说明
图1是本发明提供的车辆驾驶室半主动悬置控制方法的一种实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的车辆驾驶室半主动悬置控制方法的一种实施例的加速度传感器部署结构示意图；
图3是本发明提供的车辆驾驶室半主动悬置控制方法的一种实施例的振动原理的单质量系统幅频特性示意图；
图4是本发明提供的车辆驾驶室半主动悬置控制方法的一种实施例的垂向加速度仿真结果对比示意图；
图5是本发明提供的车辆驾驶室半主动悬置控制方法的一种实施例的侧倾加速度仿真结果对比示意图；
图6是本发明提供的车辆驾驶室半主动悬置控制方法的一种实施例的俯仰加速度仿真结果对比示意图；
图7是本发明提供的车辆驾驶室半主动悬置控制装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1，图1是本发明提供的车辆驾驶室半主动悬置控制方法的一种实施例的流程示意图，如图1所示，该方法包括步骤101－步骤104，具体如下：
步骤101：获取待控制车辆驾驶室悬置点的加速度信号。
本实施例中，在待控制车辆驾驶室的各个半主动悬置上端设置1个加速度传感器，用于在车辆行驶过程中获取各个悬置上端的加速度信号作为所述待控制车辆控制系统的输入。
作为本实施例的一种优选案例，设置加速度传感器的数量为4个，其中，加速度传感器设置在驾驶室的四个角落处，加速度传感器的部署方案如图2所述，包括但不限于图2的形式，根据需求可以减少加速度传感器至3个，安装位置也不局限于悬置点上端，只要能根据加速度传感器信号计算出各悬置点上端的加速度即可；且加速度传感器成本较低，计算量小，容易在实际应用中实现。
步骤102：对所述加速度信号进行积分处理，获取对应的速度信号。
本实施例中，将步骤101中获取的加速度信号输入控制系统，使用零均值去趋势项的方法对加速度信号进行积分处理；将加速度传感器采集得到的加速度信号输入到芯片中，通过设置程序计算出输入加速度信号的均值，将加速度传感器采集得到的加速度信号减去加速度信号的均值作为经过零均值去趋势项方法处理后的加速度信号，公式如下：
其中，为加速度传感器直接采集到的加速度信号；为经过零均值方法去趋势项处理的加速度信号，i为加速度采样数据的编号，从50开始是为了在开始计算去趋势项时保证有足够多的数据计算出一个趋向于0的均值。
本实施例中，使用龙格库塔积分方法对经过零均值去趋势项方法处理后的加速度信号进行数值积分获得初始的速度信号，公式如下：
其中，为通过龙格库塔积分直接获取的速度信号；h为加速度传感器采样时长。
本实施例中，在获得初始的速度信号后，对初始速度信号也进行去趋势项处理，得到经过零均值方法去趋势项处理的速度信号。作为零均值去趋势项方法的一种拓展，为了降低运算量，同时提高去趋势项的精度，将初始的速度信号减去当前时刻点前200个采样点中最大值和最小值的均值，公式如下：
i＝200～+∞；
其中，为经过零均值方法去趋势项处理的速度信号，用于后续计算，为当前时刻点前200个点积分获得的速度信号到当前时刻点速度信号中的最大值；同理为其中最小值。
本实施例中，由于对加速度信号进行积分获得的速度信号中常有趋势项信号混合，会造成计算所得速度信号的误差，且由于待控制驾驶室的悬置上端质量的振动总是在一定范围内，悬置上端质量振动的加速度、速度总是在平衡位置上下进行波动。因此，从长时间来看，悬置上端质量振动的加速度、速度的均值应该趋向于0。因此，基于均值趋向0的特性，本实施例中提出一种零均值去趋势项的方法，对加速度传感器实测的信号以及积分后获得的速度信号进行一定的零均值去趋势项处理，从而获得较为准确的信号。
步骤103：根据所述速度信号，确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动或低频率振动。
本实施例中，根据步骤102中得到的将处理过的加速度信号和速度信号代入分频函数中进行计算，若计算值大于等于0，则确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动；若计算值小于0，则确定所述待控制车辆的振动类型为低频率振动；其中，所述分频函数为：式中，α为分频参考频率。
步骤104：根据所述振动类型匹配相应的阻尼，并输出所述阻尼对应的电流到半主动悬置的电磁阀，从而控制所述待控制车辆驾驶室半主动悬置。
本实施例中，根据振动理论，即单质量系统幅频特性，如图3所示，为实现较好的减震效果，应在低频段应选取大阻尼，在高频振动段应选取小阻尼。因此，本实施例中，当所述振动类型为高频率振动时选取小阻尼，当所述振动类型为低频率振动时选取大阻尼；根据步骤103中的经处理后的加速度信号、速度信号和分频函数得到阻尼输出公式，如下所示：
其中，cmax，cmin分别为阻尼可调减振器的最大阻尼输出值、最小阻尼输出值。
本实施例中，利用高低频分频控制的方法可以得出每个减振器需要的阻尼大小，最后，待控制车辆的控制系统根据减振器需要的阻尼，输出相应的电流到减振器电磁阀，实现控制，其中减振器采用连续可变阻尼减振器。
本实施例中，利用步骤101－步骤104中任意一项所述的基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法、，在仿真软件中，结合动力学原理建立整车动力学模型，其中，整车动力学模型包括轮胎－底盘悬架系统－车架等效部分－驾驶室悬置系统－驾驶室。以某企业重型载货汽车的参数，建立随机路面数据为模型的路面输入，分别将利用上述分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法的半主动悬置和原车被动悬置进行仿真，对比驾驶室的振动情况，以驾驶室质心三个方向的加速度均方值作为评价指标，三个方向分别为：垂向加速度、侧倾加速度和俯仰加速度。均根方值的计算公式如下：
从三个方向的仿真结果对比图可以表明，使用分频控制算法的半主动悬置相比于被动悬置有较好的减振效果，其中，三个方向的仿真结果对比图如图4、图5和图6所示，垂向加速度的rms均方根值优化了14.2％，侧倾加速度的rms均方根值优化了18.3％，俯仰加速度的rms均方根值优化了30.8％，三个方向的振动情况均有较好的优化，实现了改善平顺性的目标，提升了驾驶员驾驶的舒适性。
参见图7，图7是本发明提供的车辆驾驶室半主动悬置控制装置的一种实施例的结构示意图，如图7所示，该结构包括获取模块701、信号处理模块702、分类模块703和控制模块704，具体如下：
所述获取模块701用于获取待控制车辆驾驶室悬置点的加速度信号。
本实施例中，在待控制车辆驾驶室的各个半主动悬置上端设置1个加速度传感器，用于在车辆行驶过程中获取各个悬置上端的加速度信号作为所述待控制车辆控制系统的输入。
作为本实施例的一种优选案例，设置加速度传感器的数量为4个，其中，加速度传感器设置在驾驶室的四个角落处，加速度传感器的部署方案如图2所述，包括但不限于图2的形式，根据需求可以减少加速度传感器至3个，安装位置也不局限于悬置点上端，只要能根据加速度传感器信号计算出各悬置点上端的加速度即可；且加速度传感器成本较低，计算量小，容易在实际应用中实现。
所述信号处理模块702用于对所述加速度信号进行积分处理，获取对应的速度信号。
本实施例中，将获取模块701中获取的加速度信号输入控制系统，使用零均值去趋势项的方法对加速度信号进行积分处理；将加速度传感器采集得到的加速度信号输入到芯片中，通过设置程序计算出输入加速度信号的均值，将加速度传感器采集得到的加速度信号减去加速度信号的均值作为经过零均值去趋势项方法处理后的加速度信号，公式如下：
其中，为加速度传感器直接采集到的加速度信号；为经过零均值方法去趋势项处理的加速度信号，i为加速度采样数据的编号，从50开始是为了在开始计算去趋势项时保证有足够多的数据计算出一个趋向于0的均值。
本实施例中，使用龙格库塔积分方法对经过零均值去趋势项方法处理后的加速度信号进行数值积分获得初始的速度信号，公式如下：
其中，为通过龙格库塔积分直接获取的速度信号；h为加速度传感器采样时长。
本实施例中，在获得初始的速度信号后，对初始速度信号也进行去趋势项处理，得到经过零均值方法去趋势项处理的速度信号。作为零均值去趋势项方法的一种拓展，为了降低运算量，同时提高去趋势项的精度，将初始的速度信号减去当前时刻点前200个采样点中最大值和最小值的均值，公式如下：
i＝200～+∞；
其中，为经过零均值方法去趋势项处理的速度信号，用于后续计算，为当前时刻点前200个点积分获得的速度信号到当前时刻点速度信号中的最大值；同理为其中最小值。
本实施例中，由于对加速度信号进行积分获得的速度信号中常有趋势项信号混合，会造成计算所得速度信号的误差，且由于待控制驾驶室的悬置上端质量的振动总是在一定范围内，悬置上端质量振动的加速度、速度总是在平衡位置上下进行波动。因此，从长时间来看，悬置上端质量振动的加速度、速度的均值应该趋向于0。因此，基于均值趋向0的特性，本实施例中提出一种零均值去趋势项的方法，对加速度传感器实测的信号以及积分后获得的速度信号进行一定的零均值去趋势项处理，从而获得较为准确的信号。
所述分类模块703用于根据所述速度信号，确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动或低频率振动。
本实施例中，根据信号处理模块702中得到的将处理过的加速度信号和速度信号代入分频函数中进行计算，若计算值大于等于0，则确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动；若计算值小于0，则确定所述待控制车辆的振动类型为低频率振动；其中，所述分频函数为：式中，α为分频参考频率。
所述控制模块704根据所述振动类型匹配相应的阻尼，并输出所述阻尼对应的电流到半主动悬置的电磁阀，从而控制所述待控制车辆驾驶室半主动悬置。
本实施例中，根据振动理论，即单质量系统幅频特性，如图3所示，为实现较好的减震效果，应在低频段应选取大阻尼，在高频振动段应选取小阻尼。因此，本实施例中，当所述振动类型为高频率振动时选取小阻尼，当所述振动类型为低频率振动时选取大阻尼；根据分类模块703中的经处理后的加速度信号、速度信号和分频函数得到阻尼输出公式，如下所示：
其中，cmax，cmin分别为阻尼可调减振器的最大阻尼输出值、最小阻尼输出值。
本实施例中，利用高低频分频控制的方法可以得出每个减振器需要的阻尼大小，最后，待控制车辆的控制系统根据减振器需要的阻尼，输出相应的电流到减振器电磁阀，实现控制，其中减振器采用连续可变阻尼减振器。
综上，本发明一种基于分频控制的驾驶室半主动悬置控制方法及装置，通过获取待控制车辆驾驶室悬置点的加速度信号；对所述加速度信号进行积分处理，获取对应的速度信号；根据所述速度信号，确定所述待控制车辆的振动类型为高频率振动或低频率振动；根据所述振动类型匹配相应的阻尼，并输出所述阻尼对应的电流到半主动悬置的电磁阀，从而控制所述待控制车辆驾驶室半主动悬置，与现有技术相比，本发明通过提供一种分频控制算法，优化了车辆在行驶过程中的振动情况，提高驾驶的舒适性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。