主動懸置被動側加速度主階次振動信號實時提取方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種主動懸置被動側加速度主階次振動信號實時提取方法，目的是克服現有方法在主動懸置隔振控制領域實時性及精度不理想的問題。該方法實現了對動力總成主動懸置被動側振動加速度中的主要階次信號的實時高精度在線提取。包括（1）發(fā)動機轉速提取算法；（2）加速度信號提取算法；（3）主階次信號提取及重構算法。發(fā)動機轉速提取算法通過對轉速脈沖進行在線處理得到發(fā)動機轉速,該算法實時性好，因為無需額外的轉速傳感器從而節(jié)省了成本，增加了集成度。加速度信號提取算法對加速度零電平及靈敏度進行校正，獲得精確的加速度信號。主階次信號提取及重構算法基于已獲得的轉速信號及加速度信號，對振動加速度進行發(fā)動機主階次提取。
【專利說明】
主動懸置被動側加速度主階次振動信號實時提取方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種主動懸置被動側加速度主階次振動信號實時提取方法，屬于汽車 動力總成主動懸置領域。
【背景技術】
[0002] 懸置的性能對汽車乘坐舒適性有著重要的影響，它的好壞直接關系到發(fā)動機振動 向車體的傳遞，影響整車的NVH(Noise, Vibration and Harshness)特性。目前，混合動力 汽車的開發(fā)蒸蒸日上，其急加速工況下發(fā)動機瞬時介入來了嚴重的振動噪聲問題;另外，為 了提高燃油經濟性，在一些高級轎車中，在負荷較小時，系統(tǒng)會自動關閉某些氣缸。這都對 汽車乘坐舒適性需求提出了更大挑戰(zhàn)。
[0003] 傳統(tǒng)的橡膠以及液壓懸置高頻時動剛度不夠低，隔振性能不夠優(yōu)越，半主動懸置 比傳統(tǒng)懸置多了些自主性，通過對剛度可變或阻尼可變的簡單控制來提高懸置的隔振性 能。但是半主動懸置的"開-關"模式只能改善單一頻率如怠速工況的振動，對發(fā)動機的寬頻 振動的隔離卻無能為力。然而，主動懸置可以實時跟隨發(fā)動機轉速，獲取懸置被動側加速度 信號，通過控制器計算出控制信號，驅動懸置內部作動器產生作動力，從而抑制振動傳遞到 車身，改善乘坐舒適性。
[0004] 主動懸置的研究開發(fā)過程中，控制算法的設計占據重要地位?？刂扑惴ㄖ械年P鍵 就是需根據發(fā)動機轉速，實時地獲得懸置被動側的加速度傳感器信號中發(fā)動機主要階次部 分。對于階次提取方法，常用的為Gabor算法，Gabor算法優(yōu)點是精度高，缺點是編寫復雜，實 時性差，應用范圍主要為離線提取，無法同時滿足主動懸置控制算法對階次跟蹤實時性以 及精度的需求。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明提供一種主動懸置被動側加速度主階次振動信號實時提取方法，目的是克 服現有方法在主動懸置隔振控制領域實時性及精度不理想的問題。
[0006] 本發(fā)明通過如下技術方案實現:該方法實現了對動力總成主動懸置被動側振動加 速度中的主要階次信號的實時高精度在線提取。包括（1)發(fā)動機轉速提取算法；（2)加速度 信號提取算法;（3)主階次信號提取及重構算法。
[0007] 所述的發(fā)動機轉速提取算法，通過對轉速脈沖進行在線處理得到發(fā)動機轉速，該 算法步驟包含檢測上升沿，輸出上升沿時刻，求微分以及轉速計算。
[0008] 所述的加速度信號提取算法步驟包含零點調整及靈敏度修正，計算出精確的振動 加速度信號。
[0009] 所述的主階次信號提取及重構算法，該算法步驟包括計算主階頻率，選取中心頻 率帶寬，對加速度信號FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里葉變換)處理，查找峰 值坐標以及重構主階時域信號，可以對振動加速度進行主階次信號的在線提取及重構。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是，發(fā)動機轉速提取算法通過對轉速脈沖進行實時處理得到轉 速，轉速脈沖是直接從發(fā)動機ECU PIN腳中引出，信噪比高，轉速實時性好，因為無需額外的 轉速傳感器從而節(jié)省了成本，增加了集成度。加速度提取算法對加速度零電平及靈敏度實 時校正，獲得更加精確的加速度信號。主階次提取及重構算法實時性好，精度高，克服了傳 統(tǒng)Gabor算法只能離線處理的缺點。當整個算法移植到整車上，不需要并入CAN中，可獨立開 發(fā)成主動懸置控制系統(tǒng)，因此可移植性好。
【附圖說明】
[0011] 圖1為xPC"雙機"連接示意圖； 圖2為xPC平臺算法編譯流程圖； 圖3為發(fā)動機主階次提取算法框架圖； 圖4為xPC平臺與LMS SCADAS數采的轉速提取對比圖； 圖5為二階加速度信號提取前后的三維幅值譜圖（實驗）； 圖6為xPC平臺與LMS SCADAS數采提取的二階加速度信號總體水平對比圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結合附圖進行詳細說明實施例： 步驟一:xPC平臺搭建。本實施例中設計的算法，都會通過xPC平臺進行實驗驗證。搭建 xPC平臺，首先需完成宿主機與工控機的配置與通信。在宿主機上安裝Matlab軟件，并為其 配置第三方C語言編譯器。宿主機與工控機執(zhí)行ping命令，確認雙機之間可以互相訪問，再 設置Target PC IP address地址，雙機通過TCP/IP協(xié)議連接，如圖1所示。完成雙機配置與 通信后，在宿主機上加載搭建的算法模型，模型通過編譯器自動生成C代碼，在工控機上運 行，在板卡驅動C代碼的引導下，進行信號的采集及輸出，如圖2所示。
[0013]步驟二:發(fā)動機轉速提取算法，如圖3所示，轉速提取算法設計流程包括采集脈沖， 檢測上升沿，輸出上升沿時刻，求微分以及計算轉速。發(fā)動機轉速脈沖可以從ECU轉速PIN 腳引出，作為轉速提取的輸入信號。然后，檢測該脈沖信號的上升沿，并立即輸出對應的時 間點。由于在相鄰近的上升沿之間發(fā)動機輸出軸剛好轉過一周，對兩個相鄰近的上升沿時 刻進行微分運算，就可以獲得轉速信號。轉速提取算法這里基于Matlab軟件的Simul ink模 塊進行搭建，然后編譯成C代碼。算法編寫完成后，基于xPC平臺對發(fā)動機轉速進行提取，與 工業(yè)界常用的LMS SCADAS數采測得的結果進行對比驗證，如圖4所示。
[0014] 步驟三:加速度信號提取算法，如圖3所示。該算法主要包括零點校正以及靈敏度 修正。加速度傳感器為電容式加速度傳感器，其中加速度與電壓成正比關系，《 =1·, - ◎)， 知:為加速度傳感器靈敏度，^為傳感器平衡電壓，曠為實測電壓。本實施例中，加速度傳感 器的安裝角度會影響到平衡電壓，因此在實際使用傳感器前，需對平衡電壓進行測量，以校 正零點，保證加速度計算精度。加速度傳感器靈敏度隨著實驗環(huán)境溫度，濕度等條件會發(fā)生 變化，因此本實施例中需要通過加速度傳感器校準器對靈敏度進行修正。
[0015] 步驟四：主階次信號提取及重構算法。如圖3所示，該算法包含計算二階頻率，選取 中心頻率帶寬，加速度信號FFT，查找峰值坐標以及重構二階時域信號。首先，根據步驟一已 經獲得發(fā)動機轉速！，因此發(fā)動機諧頻/二# η為階次。在本實施例中，以四缸發(fā)動機 為對象，其主要階次為2階，n=2。其次，對步驟二中加速度傳感器采集的振動信號求FFT，以 二階頻率作為中心頻帶，設置頻帶帶寬為〇.75f-1.25f，在該頻帶內對加速度信號的頻域信 號進行峰值搜索和篩選，計算得到實時的二階加速度的頻域幅值信號，再查找該幅值對應 的相位信號，從而重構出二階加速度時域信號?；趚PC平臺對二階加速度進行在線提取， 得到總體振動加速度與提取的二階振動三維幅值譜圖（如圖5所示）。為了驗證主階次加速 度信號提取算法的準確性與實時性，將xPC平臺的提取結果與LMS SCADAS數采的提取結果 進行對比，如圖6所示。
【主權項】
1. 一種主動懸置被動側加速度主階次振動信號實時提取方法，包括以下步驟： (1) 發(fā)動機轉速提取算法； (2) 加速度彳目號提取算法； (3) 主階次信號提取及重構算法； 所述的發(fā)動機轉速提取算法，通過對轉速脈沖進行在線處理得到發(fā)動機轉速，該算法 步驟包含檢測上升沿，輸出上升沿時刻，求微分以及轉速計算； 所述的加速度信號提取算法步驟包含零點調整及靈敏度修正，計算出精確的振動加速 度信號； 所述的主階次信號提取及重構算法，計算主階頻率，選取中心頻率帶寬，對加速度信號 進行快速傅里葉變換FFT處理，查找峰值坐標以及重構主階時域信號，對振動加速度進行主 階次信號的在線提取及重構。
【文檔編號】G06F17/50GK105844049SQ201610219654
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】郭榮, 周圣奇, 位小康, 高俊
【申請人】同濟大學