车辆减振系统的制作方法【专利摘要】检测来自控制对象的发生源的转动信号，并且在转数(频率)改变时，读取存储在控制装置(11)中的且基于与该频率相对应的过去控制结果的自适应滤波器(33,34)的滤波器系数的收敛值，并且将该收敛值设置在自适应滤波器(33,34)中作为初始值。通过使用滤波器系数的初始值来更新自适应滤波器(33,34)，且自适应滤波器(33,34)将控制信号(y(t))输出至致动器(ACM(3a))。LMS运算单元(37,39)读取根据转动信号计算出的参考信号和传感器(9)检测到的加速度信号(误差信号)(e(t))，并且进行更新自适应滤波器(33,34)的滤波器系数的处理。自适应滤波器(33,34)基于更新后的滤波器系数来将控制信号(y(t))输出至ACM(3a)。【专利说明】车辆减振系统【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种用于降低车辆内的预定位置处的振动的减振系统。【
背景技术：
】[0002]通常，为了降低振动和噪声的目的，已经广泛使用了利用自适应数字滤波器的自适应控制技术，并且已经提出了包括滤波XLMS(LeastMeanSquare:最小均方)的许多技术。此外，对于自适应滤波器的结构，已经提出了包括FIR(FiniteImpulseResponse:有限冲激响应)滤波器和SAN(Single-frequencyAdaptiveNotch:单频自适应陷波)滤波器的各种结构。[0003]其中，对于以机动车的发动机振动的周期信号为对象的自适应控制，在改善控制运算量和滤波器收敛性方面，主要普遍使用用以通过使用SAN滤波器来构成自适应数字滤波器的技术。[0004]此外，专利文献I提出了通过以控制偏差最大的振动检测位置为对象、利用自适应控制对电磁致动器进行驱动来抑制该振动检测位置处的振动的主动型防振装置。此外，已经提出了自适应控制的各种方法(例如，参见专利文献2)。[0005]现有技术文献[0006]专利文献[0007]专利文献1:日本特开2002-155985[0008]专利文献2:日本特开平8-44377【
发明内容】_9]发明要解决的问题[0010]在使用SAN滤波器的控制过程中，由于根据特定法则来更新自适应数字滤波器的系数，因此在滤波器收敛而控制良好地起作用时，作为控制对象的发动机振动取最小值。然而，滤波器收敛需要一些时间。[0011]此外，在自适应控制的过程中，考虑到所产生的发动机振动的频率的变化、即转速的变化，一般的方法是在该时刻将滤波器系数重置为O并且以该频率重新开始更新滤波器系数。[0012]也就是说，由于每当转速(频率)改变时将滤波器系数重置为0，因此每当频率改变时需要滤波器收敛所用的时间。因此，例如考虑到车辆的运行状态，针对加速器的各种踩踏方式难以全部获得良好的追踪性。[0013]考虑到与如上所述的滤波器收敛性有关的这种问题，本发明的目的是提供一种能够改善高速控制的车辆减振系统。[0014]用于解决问题的方案[0015]为了实现以上目的，根据本发明的第一方面，一种车辆减振系统，包括:至少一个激振装置，用于生成激振力；至少一个振动检测装置，用于检测车辆内的预定位置处的振动；以及控制装置，用于根据控制对象的发生源的转速信号来计算频率，生成频率是所述转速信号的频率的实数倍的余弦波和正弦波(参考信号)，基于通过将所述参考信号乘以从所述激振装置到所述振动检测装置为止的传递特性所获得的信号(滤波信号)和从所述振动检测装置所获得的信号来更新自适应滤波器，并且通过使用所述参考信号和所述自适应滤波器来控制所述激振装置以生成激振力，使得降低所述车辆内的预定位置处所产生的振动，其中，在所述控制对象的发生源的转速发生改变的情况下，所述控制装置将与所述频率相对应的过去控制结果的自适应滤波器的值作为初始值设置到所述自适应滤波器，并且通过使用从所述初始值起更新后的自适应滤波器来控制所述激振装置以生成激振力，使得降低所述车辆内的预定位置处所产生的振动。[0016]本发明的第二方面的特征在于，根据第一方面，所述控制装置利用更新后的自适应滤波器的值来覆盖针对各频率所存储的过去控制结果的自适应滤波器的值中的与所述频率相对应的过去控制结果的自适应滤波器的值。[0017]发明的效果[0018]根据本发明的第一方面，在期望降低的控制对象的频率改变时，在无需将自适应滤波器的初始值重置为O的情况下，给出预先存储的滤波器系数的数据作为初始值，并且从更接近收敛值(最优解)的滤波器系数起依次更新这些系数。因此，可以缩短达到滤波器的收敛值(最优解)所用的时间，并且可以改善高速控制。[0019]根据本发明的第二方面，与激振装置的老化劣化和激振装置的使用环境的变化(温度等)无关地，始终从更接近当前环境下的收敛值(最优解)的滤波器系数起依次更新这些系数。因此，缩短了达到滤波器的收敛值(最优解)所用的时间，并且可以改善高速控制，此外还可以维持控制的鲁棒性。【专利附图】【附图说明】[0020]图1是示出根据本发明的车辆减振系统的实施例的示意图。[0021]图2是示出根据车辆减振系统的实施例的控制系统的框图。[0022]图3是示出控制装置中所存储的各频率的估计传递特性的图。[0023]图4是示出控制装置中所存储的针对各频率的自适应滤波器系数的收敛值的图。[0024]图5是说明本发明的操作的流程图。[0025]图6是示出曲柄轴的转动脉冲信号与曲柄轴的转动一次振动和转动二次振动的波形之间的关系的图。[0026]图7是说明在更新控制装置中所存储的针对各频率的自适应滤波器系数的收敛值时的操作的流程图。【具体实施方式】[0027]将参考附图来说明本发明的实施例。图1是示出根据本发明的车辆减振系统的实施例的示意图。在图1中，发动机12由具有诸如音圈等的内置致动器的主动控制悬置(ACM)3a和多个发动机悬置5来支撑。除了用于支撑发动机12的功能以外，ACM3a具有作为激振装置的功能以主动地生成激振力，由此抑制车辆内的预定位置处的振动。发动机12设置有用于测量发动机的曲柄轴的转速的传感器6。在车辆内的预定位置处，安装有用于检测振动的传感器9。在驾驶员座椅前方的位置处(例如，在仪表板内)，配置有用于控制ACM3a的阻尼力的控制装置11。[0028]检测振动用的传感器9用于实时地检测车辆内的预定位置处的振动(例如，加速度)，并且优选配置在乘客高度灵敏地感觉到振动的位置或振动源附近的位置处(例如，发动机悬置的车体侧部位)。尽管上述示例的传感器9配置在方向盘4和驾驶员座椅的地板部上，但传感器9也可以配置在座椅13、车体14、前排座椅的头枕部或后排座椅的地板部等。传感器9例如可以是加速度传感器或负荷传感器等。[0029]控制装置11可以配置于车辆内的任意位置。[0030]图2是示出根据车辆减振系统的实施例的控制系统的框图。控制装置11包括控制频率计算单元48、余弦波生成器31、正弦波生成器32、自适应滤波器33、自适应滤波器34、加法器35、加法器36、LMS运算单元37、加法器38和LMS运算单元39。[0031]控制频率计算单元48根据从传感器6输出的曲柄轴的转动脉冲信号来计算控制所用的频率。余弦波生成器31生成采用控制频率计算单元48所计算出的频率的余弦波。正弦波生成器32生成采用控制频率计算单元48所计算出的频率的正弦波。自适应滤波器33调整从余弦波生成器31输出的余弦波(参考信号)的增益。自适应滤波器34调整从正弦波生成器32输出的正弦波(参考信号)的增益。加法器35通过将来自自适应滤波器33的控制信号和来自自适应滤波器34的控制信号相加，来将控制信号y(t)输出至ACM(致动器)3a。加法器36将如下两种信号相加:通过使来自余弦波生成器31的参考信号乘以从ACM(致动器)3a起直到传感器9为止的传递特性所获得的信号；以及通过使来自正弦波生成器32的参考信号乘以从ACM(致动器)3a起直到传感器9为止的传递特性所获得的信号。LMS运算单元37读取加法器36的输出和传感器9所检测到的加速度信号(误差信号)e(t)并且更新自适应滤波器33的滤波器系数。加法器38将如下两种信号相加:通过使来自余弦波生成器31的参考信号乘以从ACM(致动器)3a起直到传感器9为止的传递特性所获得的信号；以及通过使来自正弦波生成器32的参考信号乘以从ACM(致动器)3a起直到传感器9为止的传递特性所获得的信号。LMS运算单元39读取加法器38的输出和传感器9所检测到的加速度信号(误差信号)e(t)并且更新自适应滤波器34的滤波器系数。[0032]在图2中，C表示从ACM3a起直到传感器9为止的实际传递特性。Cr(fk)和Ci(fk)表示各控制频率fk处的从ACM3a起直到传感器9为止的估计传递特性。在频率fk处通过正弦成分和余弦成分的总和来表示ACM3a激振时的传感器9的应答的情况下，Cr(fk)和Ci(fk)分别表示余弦成分的系数和正弦成分的系数。控制装置11预先获得各控制频率fk处的Cr(fk)和Ci(fk)，并且如图3所示针对各频率存储这两者。[0033]如图4所示，控制装置11存储过去的自适应控制时针对各频率所获得的自适应滤波器33、34的滤波器系数的收敛值。尽管在图4中控制装置11针对各频率存储Wr(fk)和Wi(fk)中的每一个，但考虑到基于运行状态(基于缓慢加速、突然加速和不同路面状况的发动机负荷状态等)的最优解的改变，可以预先获得并且存储针对多个不同运行状态的Wr(fk)和Wi(fk)，以使得可以检索到与各时刻的运行状态相对应的Wr(fk)和Wi(fk)。[0034]图5是示出根据本发明的减振系统的操作的流程图。在控制装置11中，控制频率计算单元48检测控制对象的发生源处的转速并且根据转速信号来计算频率(SlOl)。接着，控制装置11判断频率(转速)是否改变(S102)。在频率已改变的情况下(“是”)，控制装置11检索基于控制装置11内所存储的与该频率相对应的过去控制结果的自适应滤波器33的滤波器系数的收敛值Wr(fk)和自适应滤波器34的滤波器系数的收敛值Wi(fk)，并且将这些值设置到自适应滤波器33、34作为初始值(S103)。然后，在控制装置11中，余弦波生成器31生成采用基频的余弦波和采用作为该基频的实数倍的频率的余弦波，并且自适应滤波器33通过使用上述滤波器系数的初始值来调整从余弦波生成器31输出的参考信号的增益。此外，在控制装置11中，正弦波生成器32生成采用基频的正弦波和采用作为该基频的实数倍的频率的正弦波，并且自适应滤波器34通过使用上述滤波器系数的初始值来调整从正弦波生成器32输出的参考信号的增益。接着，在控制装置11中，加法器35将来自自适应滤波器33的控制信号和来自自适应滤波器34的控制信号相加并且将控制信号y(t)输出至ACM(致动器)3a(S106)。[0035]接着，在控制装置11中，加法器36将如下两个信号相加(根据这两个信号创建滤波信号)(S104):通过使来自余弦波生成器31的参考信号乘以采用控制频率fk的Cr(fk)所获得的信号；以及通过使来自正弦波生成器32的参考信号乘以采用控制频率fk的Ci(fk)所获得的信号。在控制装置11中，LMS运算单元37读取来自加法器36的输出信号和传感器9所检测到的加速度信号(误差信号)e(t)并且执行用于更新自适应滤波器33的滤波器系数的处理(S105)。在控制装置11中，加法器38将如下两个信号相加(根据这两个信号创建滤波信号)(S104):通过使来自余弦波生成器31的参考信号乘以采用控制频率fk的Cr(fk)所获得的信号；以及通过使来自正弦波生成器32的参考信号乘以采用控制频率fk的-Ci(fk)所获得的信号。在控制装置11中，LMS运算单元39读取来自加法器38的输出和传感器9所检测到的加速度信号(误差信号)e(t)并且执行用于更新自适应滤波器34的滤波器系数的处理(S105)。[0036]自适应滤波器33、34基于更新后的滤波器系数来将控制信号y(t)输出至ACM3a(S106)。[0037]根据本发明，重复上述操作，并且在期望降低的控制对象的频率改变时，在无需将自适应滤波器的初始值重置为O的情况下，给出预先存储的滤波器系数的数据(基于过去的控制结果所创建的数据)作为初始值，由此从该初始值起进行滤波器系数的更新。根据本发明，由于滤波器系数的初始值大致为收敛值并且按从更接近收敛值的滤波器系数起的顺序依次更新这些滤波器系数，因此缩短了达到滤波器收敛值(最优解)所用的时间并且可以大幅改善高速控制。[0038]接着，将说明用于确定在余弦波生成器31生成余弦波并且正弦波生成器32生成正弦波时要使用的余弦波和正弦波的原点的方法。图6是示出曲柄轴的转动脉冲信号与曲柄轴的转动一次振动和曲柄轴的转动二次振动的波形之间的关系的图。图6所示的转动脉冲信号是检测曲柄轴的曲柄角等所使用的存在缺失部分的脉冲信号。[0039]在图6中，由于在a和b的位置处曲柄角处于相同位置，因此将这些位置设置为余弦波生成器31所生成的余弦波和正弦波生成器32所生成的正弦波的原点(正弦波的振幅变为O或者余弦波的振幅变为I的点)。这些原点是以曲柄轴的转动脉冲信号的缺失位置为基准所确定的。[0040]缺失位置是例如被判断为(前一高电平时间段)X2〈(低电平时间段)的位置。在图6所示的示例中，将检测到所确定的缺失位置(缺失时间段)之后的脉冲信号的最初下降沿的时点设置为原点。在采样频率充分高的情况下，可以将检测到脉冲信号的上升沿的时点设置为原点。[0041]控制装置11中所存储的自适应滤波器的滤波器系数是以原点为基准的滤波器系数。因此，根据本发明，例如，通过利用以上方法确定正弦波和余弦波的原点，可以通过使用控制装置11中所存储的滤波器系数来获得高速的控制效果。[0042]应当理解，除了上述的原点的确定方法以外，诸如在曲柄轴的转动脉冲信号无缺失部分的情况下，可以通过使用特定气缸的点火脉冲信号或用于检测TDC(TopDeadCenter:上止点)的位置的信号来确定曲柄轴的基准点(正弦波和余弦波的原点位置)。[0043]此外，对于诸如三气缸发动机等的具有奇数个气缸的发动机，主要关注诸如1.5次等的具有半次的振动和噪声。然而，在仅根据曲柄轴的转动脉冲信号获得原点并且执行上述控制的情况下，根据开始控制的定时，可以降低控制对象或者可以使控制对象激振。[0044]这是因为，对于具有奇数个气缸的发动机，利用上述方法作为原点所使用的曲柄角位置处的控制对象的振动方向不是唯一确定的，并且在当前控制开始时的原点位置处的振动方向与过去控制开始时的原点位置处的振动方向相反的情况下，发生这种情况。[0045]然而，即使在这种情况下，例如通过与曲柄轴的转动脉冲信号相结合地使用诸如上述的气缸的点火脉冲信号或用于检测TDC位置的信号等的其它信号，也可以唯一确定原点和该位置处的振动方向，由此可以应用所提出的控制方法。[0046]在图4中，由于针对各频率所存储的Wr(fk)和Wi(fk)因激振装置的老化劣化和使用环境的变化(温度等)而很可能偏离当前最优解，因此本发明可以具有利用最新的控制结果的收敛值来更新存储值的功能。[0047]图7是示出用于更新控制装置中所存储的针对各频率的自适应滤波器系数的收敛值的操作的流程图。图7示出根据需要来将各时刻更新后的自适应滤波器33、34的值存储作为该时刻的频率fk的Wr(fk)和Wi(fk)的实施例。[0048]控制装置11按采样时间η检测控制对象的发生源的转速并且根据转速信号来计算频率fk(S201)。接着，控制装置11检索控制装置11内所存储的与频率fk相对应的自适应滤波器的滤波器系数的收敛值Wr(fk)和Wi(fk)，将这些值设置到自适应滤波器作为初始值，并且以与图5所示的S104相同的方式生成滤波信号(S202)。接着，控制装置11以与图5所示的S105相同的方式读取该滤波信号和传感器9检测到的加速度信号(误差信号)e(n)并且执行用于更新自适应滤波器的滤波器系数的处理(S203)。控制装置11在更新了自适应滤波器之后，利用更新后的自适应滤波器的值来覆盖Wr(fk)和Wi(fk)(S204)。自适应滤波器基于更新后的滤波器系数来将控制信号y(n)输出至ACM3a(S205)。此外，控制装置11按采样时间n+1重复上述处理，检索所存储的Wr(fk)和Wi(fk)，并且更新自适应滤波器。[0049]通过重复以上处理，始终继续更新针对各频率所存储的Wr(fk)和Wi(fk)作为当前使用环境中的最佳值。根据本发明，可以省略用于检测图5所示的频率的变化的处理。[0050]在存在多个控制频率的情况下，例如，在同时控制诸如四气缸发动机的转动二次成分和转动四次成分等的根据转动信号所确定的基频的多个谐波时，根据本发明的具有能够计算要控制的多个频率的功能的控制频率计算单元48计算根据转动信号所确定的基频和作为该基频的实数倍的频率。然后，余弦波生成器31和正弦波生成器32可以分别生成采用所选择的频率的余弦波和正弦波。[0051]顺便提及，由于将车辆中产生的振动在各相中进行合成并且存在0.5倍和1.5倍的频率的振动可能增大的可能性，因此本发明的余弦波生成器31和正弦波生成器32生成采用设置频率和作为该设置频率的实数倍的频率的正弦波和余弦波。根据本发明，针对期望降低的频率数，需要进行并行运算。[0052]此外，在上述实施例中，尽管利用一个ACM和一个振动检测传感器来降低振动，但本发明还可应用于存在两个以上的ACM和/或振动检测传感器的情况。[0053]此外,激振装置不限于ACM,而且可以是主动质量阻尼器(ActiveMassDamper)或扭转杆型。激振装置的安装位置不限于发动机底部，而且可以是悬架装置和车体之间。根据本发明，例如通过在悬架装置和车体之间安装激振装置，可以高效地降低由轮胎的转动所引起的振动。[0054]此外，本发明不仅可应用于降低振动还可应用于减少声音。在这种情况下，本发明具有用于减少声音的扬声器来代替激振装置并且具有诸如麦克风等的噪声检测装置麦克风来代替振动检测装置。[0055]此外，在上述实施例中，尽管用于更新自适应滤波器的滤波器系数的处理是通过使用LMS算法来执行的，但应当理解，用于更新滤波器系数的处理可以通过使用诸如以下等的各种算法来执行:复杂LMS算法(ComplexLeastMeanSquareAlgorithm:复杂最小均方算法)、归一化LMS算法(NormalizedLeastMeanSquareAlgorithm:归一化最小均方算法)、投影算法(ProjectionAlgorithm:投影算法)、SHARF算法(SimpleHyperstableAdaptiveRecursiveFilterAlgorithm:简单超稳自适应递归滤波算法)、RLS算法(RecursiveLeastSquareAlgorithm:递归最小二乘算法)、FLMS算法(FastLeastMeanSquareAlgorithm:快速最小均方算法)、使用DCT的自适应滤波器(AdaptiveFilterusingDiscreteCosineTransform:使用离散余弦变换的自适应滤波器)、SAN滤波器(SingleFrequencyAdaptiveNotchFilter:单频自适应陷波滤波器)、神经网络(NeuralNetwork)和遗传算法(GeneticAlgorithm)等。[0056]附图标记说明[0057]3aACM[0058]4方向盘[0059]6传感器[0060]7传感器[0061]9传感器[0062]10车辆[0063]11控制装置[0064]12发动机[0065]13座椅[0066]14车体[0067]31余弦波生成器[0068]32正弦波生成器[0069]33，34自适应滤波器[0070]35，36，38加法器[0071]37，39LMS运算单元[0072]48控制频率计算单元【权利要求】1.一种车辆减振系统,包括:至少一个激振装置，用于生成激振力；至少一个振动检测装置，用于检测车辆内的预定位置处的振动；以及控制装置，用于根据控制对象的发生源的转速信号来计算频率，生成频率是所述转速信号的频率的实数倍的参考信号，基于所述参考信号和从所述振动检测装置所获得的信号来更新自适应滤波器，并且通过使用所述自适应滤波器来控制所述激振装置以生成激振力，使得降低所述车辆内的预定位置处所产生的振动，其中，在所述控制对象的发生源的转速发生改变的情况下，所述控制装置将与所述频率相对应的过去控制结果的自适应滤波器的值作为初始值设置到所述自适应滤波器，并且通过使用从所述初始值起更新后的自适应滤波器来控制所述激振装置以生成激振力，使得降低所述车辆内的预定位置处所产生的振动。2.根据权利要求1所述的车辆减振系统，其中，所述控制装置利用更新后的自适应滤波器的值来覆盖针对各频率所存储的过去控制结果的自适应滤波器的值中的与所述频率相对应的过去控制结果的自适应滤波器的值。【文档编号】G05B13/02GK103477116SQ201280017522【公开日】2013年12月25日申请日期:2012年3月13日优先权日:2011年4月5日【发明者】渡井宏和,村上和朋申请人:株式会社普利司通