CN105844049A - 主动悬置被动侧加速度主阶次振动信号实时提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种主动悬置被动侧加速度主阶次振动信号实时提取方法，目的是克服现有方法在主动悬置隔振控制领域实时性及精度不理想的问题。该方法实现了对动力总成主动悬置被动侧振动加速度中的主要阶次信号的实时高精度在线提取。包括（1）发动机转速提取算法；（2）加速度信号提取算法；（3）主阶次信号提取及重构算法。发动机转速提取算法通过对转速脉冲进行在线处理得到发动机转速,该算法实时性好，因为无需额外的转速传感器从而节省了成本，增加了集成度。加速度信号提取算法对加速度零电平及灵敏度进行校正，获得精确的加速度信号。主阶次信号提取及重构算法基于已获得的转速信号及加速度信号，对振动加速度进行发动机主阶次提取。

Description

主动悬置被动侧加速度主阶次振动信号实时提取方法
技术领域
本发明涉及一种主动悬置被动侧加速度主阶次振动信号实时提取方法，属于汽车动力总成主动悬置领域。
背景技术
悬置的性能对汽车乘坐舒适性有着重要的影响，它的好坏直接关系到发动机振动向车体的传递，影响整车的NVH（Noise, Vibration and Harshness）特性。目前，混合动力汽车的开发蒸蒸日上，其急加速工况下发动机瞬时介入来了严重的振动噪声问题；另外，为了提高燃油经济性，在一些高级轿车中，在负荷较小时，系统会自动关闭某些气缸。这都对汽车乘坐舒适性需求提出了更大挑战。
传统的橡胶以及液压悬置高频时动刚度不够低，隔振性能不够优越，半主动悬置比传统悬置多了些自主性，通过对刚度可变或阻尼可变的简单控制来提高悬置的隔振性能。但是半主动悬置的“开-关”模式只能改善单一频率如怠速工况的振动，对发动机的宽频振动的隔离却无能为力。然而，主动悬置可以实时跟随发动机转速，获取悬置被动侧加速度信号，通过控制器计算出控制信号，驱动悬置内部作动器产生作动力，从而抑制振动传递到车身，改善乘坐舒适性。
主动悬置的研究开发过程中，控制算法的设计占据重要地位。控制算法中的关键就是需根据发动机转速，实时地获得悬置被动侧的加速度传感器信号中发动机主要阶次部分。对于阶次提取方法，常用的为Gabor算法，Gabor算法优点是精度高，缺点是编写复杂，实时性差，应用范围主要为离线提取，无法同时满足主动悬置控制算法对阶次跟踪实时性以及精度的需求。
发明内容
本发明提供一种主动悬置被动侧加速度主阶次振动信号实时提取方法，目的是克服现有方法在主动悬置隔振控制领域实时性及精度不理想的问题。
本发明通过如下技术方案实现：该方法实现了对动力总成主动悬置被动侧振动加速度中的主要阶次信号的实时高精度在线提取。包括（1）发动机转速提取算法；（2）加速度信号提取算法；（3）主阶次信号提取及重构算法。
所述的发动机转速提取算法，通过对转速脉冲进行在线处理得到发动机转速，该算法步骤包含检测上升沿，输出上升沿时刻，求微分以及转速计算。
所述的加速度信号提取算法步骤包含零点调整及灵敏度修正，计算出精确的振动加速度信号。
所述的主阶次信号提取及重构算法，该算法步骤包括计算主阶频率，选取中心频率带宽，对加速度信号FFT（Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换）处理，查找峰值坐标以及重构主阶时域信号，可以对振动加速度进行主阶次信号的在线提取及重构。
本发明的有益效果是，发动机转速提取算法通过对转速脉冲进行实时处理得到转速，转速脉冲是直接从发动机ECU PIN脚中引出，信噪比高，转速实时性好，因为无需额外的转速传感器从而节省了成本，增加了集成度。加速度提取算法对加速度零电平及灵敏度实时校正，获得更加精确的加速度信号。主阶次提取及重构算法实时性好，精度高，克服了传统Gabor算法只能离线处理的缺点。当整个算法移植到整车上，不需要并入CAN中，可独立开发成主动悬置控制系统，因此可移植性好。
附图说明
图1为xPC“双机”连接示意图；
图2为xPC平台算法编译流程图；
图3为发动机主阶次提取算法框架图；
图4为xPC平台与LMS SCADAS数采的转速提取对比图；
图5为二阶加速度信号提取前后的三维幅值谱图（实验）；
图6为xPC平台与LMS SCADAS数采提取的二阶加速度信号总体水平对比图。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明实施例：
步骤一：xPC平台搭建。本实施例中设计的算法，都会通过xPC平台进行实验验证。搭建xPC平台，首先需完成宿主机与工控机的配置与通信。在宿主机上安装Matlab软件，并为其配置第三方C语言编译器。宿主机与工控机执行ping命令，确认双机之间可以互相访问，再设置Target PC IP address地址，双机通过TCP/IP协议连接，如图1所示。完成双机配置与通信后，在宿主机上加载搭建的算法模型，模型通过编译器自动生成C代码，在工控机上运行，在板卡驱动C代码的引导下，进行信号的采集及输出，如图2所示。
步骤二：发动机转速提取算法，如图3所示，转速提取算法设计流程包括采集脉冲，检测上升沿，输出上升沿时刻，求微分以及计算转速。发动机转速脉冲可以从ECU 转速PIN脚引出，作为转速提取的输入信号。然后，检测该脉冲信号的上升沿，并立即输出对应的时间点。由于在相邻近的上升沿之间发动机输出轴刚好转过一周，对两个相邻近的上升沿时刻进行微分运算，就可以获得转速信号。转速提取算法这里基于Matlab软件的Simulink模块进行搭建，然后编译成C代码。算法编写完成后，基于xPC平台对发动机转速进行提取，与工业界常用的LMS SCADAS数采测得的结果进行对比验证，如图4所示。
步骤三：加速度信号提取算法，如图3所示。该算法主要包括零点校正以及灵敏度修正。加速度传感器为电容式加速度传感器，其中加速度与电压成正比关系，，为加速度传感器灵敏度，为传感器平衡电压，为实测电压。本实施例中，加速度传感器的安装角度会影响到平衡电压，因此在实际使用传感器前，需对平衡电压进行测量，以校正零点，保证加速度计算精度。加速度传感器灵敏度随着实验环境温度，湿度等条件会发生变化，因此本实施例中需要通过加速度传感器校准器对灵敏度进行修正。
步骤四：主阶次信号提取及重构算法。如图3所示，该算法包含计算二阶频率，选取中心频率带宽，加速度信号FFT，查找峰值坐标以及重构二阶时域信号。首先，根据步骤一已经获得发动机转速，因此发动机谐频，n为阶次。在本实施例中，以四缸发动机为对象，其主要阶次为2阶，n=2。其次，对步骤二中加速度传感器采集的振动信号求FFT，以二阶频率作为中心频带，设置频带带宽为0.75f-1.25f，在该频带内对加速度信号的频域信号进行峰值搜索和筛选，计算得到实时的二阶加速度的频域幅值信号，再查找该幅值对应的相位信号，从而重构出二阶加速度时域信号。基于xPC平台对二阶加速度进行在线提取，得到总体振动加速度与提取的二阶振动三维幅值谱图（如图5所示）。为了验证主阶次加速度信号提取算法的准确性与实时性，将xPC平台的提取结果与LMS SCADAS数采的提取结果进行对比，如图6所示。

Claims (1)

1.一种主动悬置被动侧加速度主阶次振动信号实时提取方法，包括以下步骤：
（1）发动机转速提取算法；
（2）加速度信号提取算法；
（3）主阶次信号提取及重构算法；
所述的发动机转速提取算法，通过对转速脉冲进行在线处理得到发动机转速，该算法步骤包含检测上升沿，输出上升沿时刻，求微分以及转速计算；
所述的加速度信号提取算法步骤包含零点调整及灵敏度修正，计算出精确的振动加速度信号；
所述的主阶次信号提取及重构算法，计算主阶频率，选取中心频率带宽，对加速度信号进行快速傅里叶变换FFT处理，查找峰值坐标以及重构主阶时域信号，对振动加速度进行主阶次信号的在线提取及重构。
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