一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法和装置与流程

1.本发明涉及半主动悬架控制技术领域，尤其涉及一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法和装置。


背景技术：

2.现如今，可变阻尼减振器随着技术的愈发成熟，成本控制得越来越低，且有望搭载到更多的车型上，以提高车辆舒适性或操控性。在汽车智能化的趋势下，域控制器等越来越多的智能化配置也逐渐投入使用并应用到汽车上，为用户提供更多的选择和更好的用车体验。
3.目前，主流的可调阻尼减振器包括cdc电磁阀减振器，mr磁流变减振器，主要通过电流或其他仿真实时对减振器阻尼进行调整。而设计合理的减振器控制方法，对半主动悬架的实际性能有至关重要的作用。现有的减振器阻尼控制策略例如天棚加速度混合控制算法，需要用到簧上质量的垂向速度和相对速度。但垂向速度信号难以直接获取，一般通过加速度信号积分或其他方式进行估计或间接获取，然而加速度积分即便通过处理系统的运行仍会存在误差。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法和装置，解决了现有技术需要通过加速度积分来间接获取垂向速度，从而导致误差积累的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法，包括：
6.通过位移传感器实时获取减振器的相对位移；
7.根据所述相对位移，结合振动系统预设的高低频分界点，计算所述振动系统的分频参数；
8.根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，并向所述减振器发送对应于所述目标输出阻尼力的第一控制指令，以使所述减振器响应所述第一控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。
9.作为优选方案，所述根据所述相对位移，结合振动系统预设的高低频分界点，计算所述振动系统的分频参数，具体为：
10.根据所述相对位移计算减振器的相对加速度；
11.根据所述相对位移δs和所述相对加速度δa，结合所述高低频分界点α，计算所述振动系统的分频参数δa
2-α2δs2。
12.作为优选方案，所述高低频分界点根据所述振动系统的固有频率确定。
13.作为优选方案，所述根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，具体为：
14.当所述分频参数大于等于零，确定所述目标输出阻尼力为所述减振器当前相对速
度下能调节的最小阻尼输出力；
15.当所述分频参数小于零，确定所述目标输出阻尼力为所述减振器当前相对速度下能调节的最大阻尼输出力。
16.作为优选方案，在所述计算所述振动系统的分频参数之前，还包括：
17.当所述相对位移的绝对值小于通过实测数据标定的振动阈值时，确定所述目标输出阻尼力为所述减振器当前相对速度下能调节的最小阻尼输出力，并向所述减振器发送对应于所述目标输出阻尼力的第二控制指令，以使所述减振器响应所述第二控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。
18.相应的，本发明实施例还提供了一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制装置，包括获取模块、分频参数计算模块和第一阻尼控制模块；其中，
19.所述获取模块用于通过位移传感器实时获取减振器的相对位移；
20.所述分频参数计算模块用于根据所述相对位移，结合振动系统预设的高低频分界点，计算所述振动系统的分频参数；
21.所述第一阻尼控制模块用于根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，并向所述减振器发送对应于所述目标输出阻尼力的第一控制指令，以使所述减振器响应所述第一控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。
22.作为优选方案，所述分频参数计算模块根据所述相对位移，结合振动系统预设的高低频分界点，计算所述振动系统的分频参数，具体为：
23.所述分频参数计算模块根据所述相对位移计算减振器的相对加速度；
24.根据所述相对位移δs和所述相对加速度δa，结合所述高低频分界点α，计算所述振动系统的分频参数δa
2-α2δs2。
25.作为优选方案，所述高低频分界点根据所述振动系统的固有频率确定。
26.作为优选方案，所述第一阻尼控制模块根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，具体为：
27.当所述分频参数大于等于零，所述第一阻尼控制模块确定所述目标输出阻尼力为所述减振器当前相对速度下能调节的最小阻尼输出力；
28.当所述分频参数小于零，所述第一阻尼控制模块确定所述目标输出阻尼力为所述减振器当前相对速度下能调节的最大阻尼输出力。
29.作为优选方案，所述减振器阻尼控制装置还包括第二阻尼控制模块，所述第二阻尼控制模块用于在所述计算所述振动系统的分频参数之前，当所述相对位移的绝对值小于通过实测数据标定的振动阈值时，确定所述目标输出阻尼力为所述减振器当前相对速度下能调节的最小阻尼输出力，并向所述减振器发送对应于所述目标输出阻尼力的第二控制指令，以使所述减振器响应所述第二控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。
30.相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
31.本发明实施例提供了一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法和装置，所述减振器阻尼控制方法包括：通过位移传感器实时获取减振器的相对位移；根据所述相对位移，结合振动系统预设的高低频分界点，计算所述振动系统的分频参数；根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，并向所述减振器发送对应于所述目标输出阻尼力的第一控制指令，以使所述减振器响应所述第一控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。相
比于现有技术，通过相对位移信号计算分频参数，避免了现有技术对加速度信号积分处理间接获取垂向速度导致的累计误差，同样可以实现有效的频率区分，具有更高的准确性。
附图说明
32.图1：为本发明提供的基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法的一种实施例的流程示意图。
33.图2：为本发明提供的传感器布置的一种实施例的布置示意图。
34.图3：为本发明提供的一种实施例的基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法与现有技术被动减振器的加速度响应对比示意图。
35.图4：为本发明提供的基于相对位移分频的减振器阻尼控制装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，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。
37.根据相关技术记载，现有技术主要采用天棚加速度混合控制算法，具体地：
[0038][0039]
其中，fc为减振器的输出阻尼力，f
max
和f
min
分为减振器于当前相对速度下能调节的最大阻尼力以及最小阻尼力，为簧上质量的垂向加速度，为簧上质量的垂向速度，为减振器相对速度，α为高低频分界点，根据系统的特性选取，一般取值为
[0040]
在该控制方法中，其本质是对频率进行区分，低频区使用天棚阻尼控制，高频区则使用加速度进行控制，需要用到簧上质量的垂向速度和相对速度。但是，垂向速度只能依靠估算获取或间接地获取，一般是通过加速度信号积分处理，但是这种处理方式会累计误差，即使通过处理系统长时间运行，误差依然会存在，难以完全消去。
[0041]
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法，在可以实现频率区分和判别的同时，避免了这类误差，有效提高了阻尼控制的准确性，使用户可以获得更优的用车体验。
[0042]
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法，包括步骤s1至步骤s3，其中，
[0043]
步骤s1，通过位移传感器实时获取减振器的相对位移。
[0044]
步骤s2，根据所述相对位移，结合振动系统预设的高低频分界点，计算所述振动系统的分频参数。
[0045]
步骤s3，根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，并向所述减振器
发送对应于所述目标输出阻尼力的第一控制指令，以使所述减振器响应所述第一控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。
[0046]
本实施例以商用车驾驶室半主动悬置为例进行进一步说明，参照图2，商用车驾驶室示意图以及传感器的布置如图所示(1为驾驶室，2为车架，3为弹性部件，4为可调阻尼减振器，5为位移传感器)，车架、弹性部件、可调阻尼减振器以及位移传感器等构成一个振动系统，商用车驾驶室半主动悬置分别在驾驶室端左前、右前、左后和右后端布置一个位移传感器，传感器接入控制器单元，驾驶室悬置的减振器均采用可调阻尼减振器，阻尼调节受电流控制，控制电流由控制器计算并用pwn的方式进行控制，实现对减振器阻尼的实时调节。
[0047]
在步骤s1中，通过安装在驾驶室悬置减振器上的位移传感器实时测得相对位移。本实施例分别在驾驶室端左前、右前、左后和右后端的悬置上方布置一个位移传感器，但是实际应用中根据实际的车型和振动系统的设计确定。各位移传感器均与控制器连接，控制器实时读取所测得的相对位移数值并进行后续处理。
[0048]
在步骤s2中，所述高低频分界点根据所述振动系统的固有频率确定。优选地，在本实施例中，所述高低频分界点其中，k为弹簧的刚度系数，m为质量。此式可以理解为，所述高低频分界点即振动系统的固有频率的倍，另外实际应用中也可以选取固有频率附近的值，商用车驾驶室悬置一般取9至15rad/s之间。
[0049]
根据一位移传感器测得的相对位移，可以计算得到相对加速度。具体地，通过对相对位移δs求微分可以得到相对速度δv，再对所述相对速度δv求微分可以得到相对加速度δa。
[0050]
根据所述相对位移δs和所述相对加速度δa，结合所述高低频分界点α，计算所述振动系统的分频参数δa
2-α2δs2。
[0051]
在步骤s3中，所述根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，示例性地：
[0052]
当所述分频参数δa
2-α2δs2大于等于零，确定所述目标输出阻尼力fc为所述减振器当前相对速度下能调节的最小阻尼输出力f
min
；
[0053]
当所述分频参数δa
2-α2δs2小于零，确定所述目标输出阻尼力fc为所述减振器当前相对速度下能调节的最大阻尼输出力f
max
。
[0054]
实际上，本实施例是以δa
2-α2δs2作为频率区分的条件，以此为依据确定悬置减振器的阻尼大小。
[0055]
在振动系统收到单频激励时，δs＝a1sin(ωt+φ)-a2sin(ωt)；
[0056]
对该式进行一阶导数，可得相对速度δv：
[0057]
δv＝a1ωcos(ωt+φ)-a2ωcos(ωt)；
[0058]
对δv对t求一阶导数，得到相对加速度δa：
[0059][0060]
进而可得：
[0061][0062]
其中，ω为激励频率，φ为受到激励时的相位差，α为高低频分界值，a1为簧上的振动幅度，a2为簧下的振动幅度，t为任意时刻。
[0063]
[a1sin(ωt+φ)-a
2 sin(ωt)]2恒大于等于0。等号左边为δa
2-α2δs2的式子为一种分频器。也即δa
2-α2δs2大于0时，ω
2-α2》0，即ω》α，可以认为处于高频激励。而δa
2-α2δs2小于0时，ω
2-α2》0，即ω》α，可认为处于低频激励。实施本技术实施例，对振动系统受到的激励进行了区分，在分频参数δa
2-α2δs2大于等于0时，此时发送第一控制指令，以使减振器对阻尼输出相应调节为减振器当前相对速度下能调节的最小阻尼输出力，反之，则调节为当前相对速度下能调节的最大阻尼输出力。由于微分计算不存在误差，有效解决了现有技术通过加速度信号积分求得垂向速度从而产生误差的问题，避免了簧上速度误差影响阻尼控制的判断并影响控制和优化的效果，依靠位移传感器测得的相对位移自适应判别振动所属的频段，提高了分频的精度以及阻尼控制的准确度，进而可以适应大部分的路面状况，提高整体减振性能。
[0064]
本实施例中，在步骤s1之后，步骤s2之前，还包括：当所述相对位移的绝对值小于通过实测数据标定的振动阈值时(该振动阈值大于0)，确定所述目标输出阻尼力fc为所述减振器当前相对速度下能调节的最小阻尼输出力f
min
，并向所述减振器发送对应于所述目标输出阻尼力的第二控制指令，以使所述减振器响应所述第二控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。
[0065]
以典型牵引车为例，参照图3，驾驶室悬置搭载连续阻尼可调减振器，减振器阻尼控制运用了本发明实施例所述的基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法。通过搭载整车动力学模型进行仿真对比，在随机路面工况下，对比被动悬置(为现有技术常用方法)与本实施例的方法的实施效果，对比结果如图3所示。与被动悬置相比，本发明基于相对位移分频提供的减振器阻尼控制方法控制的半主动悬置的驾驶室质心垂向加速度明显降低，垂向加速度通过rms值进行评价。此举例中搭载被动悬置的rms值为0.8262，而搭载半主动悬置的rms值为0.7215，效果的提升达到13％，具有相对优良的性能。本实施例提供的减振器阻尼控制方法不仅可以在商用车驾驶室悬置使用，也可拓展到作为半主动悬架的减振器阻尼控制。
[0066]
相应的，参照图4，本发明实施例还提供了一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制装置，包括获取模块101、分频参数计算模块102和第一阻尼控制模块103；其中，
[0067]
所述获取模块101用于通过位移传感器实时获取减振器的相对位移；
[0068]
所述分频参数计算模块102用于根据所述相对位移，结合振动系统预设的高低频分界点，计算所述振动系统的分频参数；
[0069]
所述第一阻尼控制模块103用于根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，并向所述减振器发送对应于所述目标输出阻尼力的第一控制指令，以使所述减振器响应所述第一控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。
[0070]
在本实施例中，所述分频参数计算模块102根据所述相对位移，结合振动系统预设的高低频分界点，计算所述振动系统的分频参数，具体为：
[0071]
所述分频参数计算模块102根据所述相对位移计算减振器的相对加速度；
[0072]
根据所述相对位移δs和所述相对加速度δa，结合所述高低频分界点α，计算所述振动系统的分频参数δa
2-α2δs2。
[0073]
在本实施例中，所述高低频分界点根据所述振动系统的固有频率确定。
[0074]
在本实施例中，所述第一阻尼控制模块103根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，具体为：
[0075]
当所述分频参数大于等于零，所述第一阻尼控制模块103确定所述目标输出阻尼力为所述减振器当前相对速度下能调节的最小阻尼输出力；
[0076]
当所述分频参数小于零，所述第一阻尼控制模块103确定所述目标输出阻尼力为所述减振器当前相对速度下能调节的最大阻尼输出力。
[0077]
在本实施例中，所述减振器阻尼控制装置还包括第二阻尼控制模块，所述第二阻尼控制模块用于在所述计算所述振动系统的分频参数之前，当所述相对位移的绝对值小于通过实测数据标定的振动阈值时，确定所述目标输出阻尼力为所述减振器当前相对速度下能调节的最小阻尼输出力，并向所述减振器发送对应于所述目标输出阻尼力的第二控制指令，以使所述减振器响应所述第二控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。
[0078]
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
[0079]
本发明实施例提供了一种基于相对位移分频的减振器阻尼控制方法和装置，所述减振器阻尼控制方法包括：通过位移传感器实时获取减振器的相对位移；根据所述相对位移，结合振动系统预设的高低频分界点，计算所述振动系统的分频参数；根据所述分频参数，确定所述减振器的目标输出阻尼力，并向所述减振器发送对应于所述目标输出阻尼力的第一控制指令，以使所述减振器响应所述第一控制指令，调节为所述目标输出阻尼力。相比于现有技术，通过相对位移信号计算分频参数，避免了现有技术对加速度信号积分处理间接获取垂向速度导致的累计误差，同样可以实现有效的频率区分，具有更高的准确性。
[0080]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。