CN113060151A - 车辆发动机主动减振方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车辆发动机主动减振方法及设备。所述方法包括：获取发动机曲轴的转速信号，将转速信号滤波后得到参考信号；获取激振器周边的误差传感器的反馈信号，根据参考信号及反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号；根据控制信号控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应。本发明通过将发动机曲轴的转速信号滤波后得到参考信号，根据参考信号及激振器周边的误差传感器的反馈信号得到每个激振器的控制信号，进而控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应，可以实现在低动态刚度和高静态刚度工况下的低频隔振，较好地隔绝发动机传递给车体的振动，突破了被动隔振的技术瓶颈。
Description
技术领域
本发明实施例涉及车辆发动机技术领域，尤其涉及一种车辆发动机主动减振方法及设备。
背景技术
发动机作为旋转往复机械是汽车振动噪声的重要来源之一，是影响驾乘舒适性的重要因素。柴油机振动量级较汽油机更大，引起振动噪声问题更加突出。现有技术在隔离发动机传递到车身振动主要是增加橡胶悬置或液压悬置的被动方式，改变液压悬置的阻尼来实现振动衰减控制。被动隔振系统能有效地隔离机械设备的中高频振动，但其无法同时满足低频隔振对低动态刚度和高静态刚度的要求，所以低频隔振一直是被动隔振技术的瓶颈。因此，开发一种车辆发动机主动减振方法及设备，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种车辆发动机主动减振方法及设备。
第一方面，本发明的实施例提供了一种车辆发动机主动减振方法，包括：获取发动机曲轴的转速信号，将所述转速信号滤波后得到参考信号；获取激振器周边的误差传感器的反馈信号，根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号；根据所述控制信号控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振方法，所述根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号，包括：将参考信号及所述反馈信号输入多误差最小均方算法中，输出噪声消除量，将所述噪声消除量与实时发动机曲轴转速信号做差，若所述差值为最小差值，则将所述差值作为每个激振器的控制信号进行输出。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振方法，所述多误差最小均方算法，包括：
ek＝dk-yk
wk+1＝wk+αekxk
其中，xk为延迟线性抽样而得到的参考信号向量；
为每个抽样与相应的权值；yk为控制信号输出；dk为控制输入；α为沿估计的负梯度方向搜索的步长；ek为控制输入与控制信号输出的差值；k为第k个激振器。
第二方面，本发明的实施例提供了一种车辆发动机主动减振系统，包括：车辆发动机，用于产生发动机曲轴的转速信号；悬置，用于安装激振器及误差传感器；激振器，用于产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应；误差传感器，用于获取噪声消除量与实时发动机曲轴转速信号的差值；控制器，用于实现如权利要求1至3任一权利要求所述的车辆发动机主动减振方法。
在上述系统实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振系统，还包括：功放，用于放大控制器输出的控制信号。
第三方面，本发明的实施例提供了一种车辆发动机主动减振装置，包括：第一主模块，用于获取发动机曲轴的转速信号，将所述转速信号滤波后得到参考信号；第二主模块，用于获取激振器周边的误差传感器的反馈信号，根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号；第三主模块，用于根据所述控制信号控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振装置，还包括：第一子模块，用于实现所述根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号，包括：将参考信号及所述反馈信号输入多误差最小均方算法中，输出噪声消除量，将所述噪声消除量与实时发动机曲轴转速信号做差，若所述差值为最小差值，则将所述差值作为每个激振器的控制信号进行输出。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振装置，还包括：第二子模块，用于实现所述多误差最小均方算法，包括：
ek＝dk-yk
wk+1＝wk+αekxk
其中，xk为延迟线性抽样而得到的参考信号向量；
为每个抽样与相应的权值；yk为控制信号输出；dk为控制输入；α为沿估计的负梯度方向搜索的步长；ek为控制输入与控制信号输出的差值；k为第k个激振器。
第四方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的车辆发动机主动减振方法。
第五方面，本发明的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的车辆发动机主动减振方法。
本发明实施例提供的车辆发动机主动减振方法及设备，通过将发动机曲轴的转速信号滤波后得到参考信号，根据参考信号及激振器周边的误差传感器的反馈信号得到每个激振器的控制信号，进而控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应，可以实现在低动态刚度和高静态刚度工况下的低频隔振，较好地隔绝发动机传递给车体的振动，突破了被动隔振的技术瓶颈。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的车辆发动机主动减振方法流程图；
图2为本发明实施例提供的车辆发动机主动减振装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的车辆发动机主动减振结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一车辆发动机主动减振结构示意图；
图6为本发明实施例提供的自适应噪声对消原理示意图；
图7为本发明实施例提供的振动主动对消效果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
主动控制采用前馈控制，控制器根据被控对象在运行过程中可能出现的状态偏差，提前实施相应调控措施，调整被控对象的输入状态，以防止被控对象偏离给定目标。对于前馈控制，当已知对输出扰动的相关信号时，其可以得到相比于反馈控制更加突出的控制效果。发动机作为往复运动的旋转机械，振动激励具有与转速相关的特性，可以将转速信号作为前馈自适应滤波器的输入信号来实现干扰控制；在理想情况下，前馈控制可以完全消除所测量到的干扰的影响。前馈控制采用自适应控制，核心是采用LMS(Least MeanSquare最小均方)自适应算法。基于自适应滤波的结构振动主动控制，实质上是产生一个与目标振动信号大小相等且相位相反的信号，通过这两个信号的相互抵消实现总体振动的最小化。基于这种思想，本发明实施例提供了一种车辆发动机主动减振方法，参见图1，该方法包括：获取发动机曲轴的转速信号，将所述转速信号滤波后得到参考信号；获取激振器周边的误差传感器的反馈信号，根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号；根据所述控制信号控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应。需要说明的是，低通滤波器的截止频率即主动控制系统的工作频率上限。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振方法，所述根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号，包括：将参考信号及所述反馈信号输入多误差最小均方算法中，输出噪声消除量，将所述噪声消除量与实时发动机曲轴转速信号做差，若所述差值为最小差值，则将所述差值作为每个激振器的控制信号进行输出。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振方法，所述多误差最小均方算法，包括：
其中，xk为延迟线性抽样而得到的参考信号向量；
为每个抽样与相应的权值；yk为控制信号输出；dk为控制输入；α为沿估计的负梯度方向搜索的步长；ek为控制输入与控制信号输出的差值；k为第k个激振器。
具体可以参见图6，初级输入中包含信号和噪声s+n0，参考输入是噪声的相关量n1，将其输入自适应滤波器得到用以消除初级通道中噪声的信号量y。总的系统输出作为算法的误差信号e。此类控制核心是采用线性组合器这种基本的自适应结构形式，以及LMS(Least Mean Square最小均方)自适应算法。LMS算法为其自适应算法权值求解方法，主要推导结果如(1)式所示。LMS算法是一种沿负梯度方向迭代的算法，通过在误差平面上对梯度的估计来寻求对应最小均方误差的权向量。
本发明实施例提供的车辆发动机主动减振方法，通过将发动机曲轴的转速信号滤波后得到参考信号，根据参考信号及激振器周边的误差传感器的反馈信号得到每个激振器的控制信号，进而控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应，可以实现在低动态刚度和高静态刚度工况下的低频隔振，较好地隔绝发动机传递给车体的振动，突破了被动隔振的技术瓶颈。
本发明实施例提供的车辆发动机主动减振方法主要是基于以下原理：选取动力总成悬置位置安装惯性式激振器，激振器激振力作用在悬置下方(被动端)，同时在悬置被动端安装加速度传感器作为误差传感器，形成一个"N×N"的主动减振系统(N为悬置个数)。在发动机皮带轮处安装一个转速传感器拾取发动机转速信号，作为主动控制系统的参考输入。以悬置下的振动加速度响应(误差传感器的输出)的均方和最小为控制目标，调节DSP控制器的输出信号驱动两个主动激振器作用在悬置下方，使其振动响应最小。振动对消的效果可以参见图7，图7中上面的坐标系中的实线代表发动机的振动波形，虚线代表激振器发出的振动波形，二者结合后形成图7中下部的波形，可以看到，经过本发明实施例提供的车辆发动机主动减振方法控制激振器，可以有效消除发动机带来的冗余振动。
在振动传递路径上增加一套额外的能量控制系统来提供一个反向力抵消系统的振动，不仅能有效地隔离低频振动，还能适应外扰频率的变化，有效地弥补了被动隔振技术及半主动悬置的缺点和不足。在工程实际中，使用主、被动相结合的隔振方法可以有效地避免被动隔振方法对低频振动的放大作用和主动隔振方法对带宽的限制。此外，混合隔振方法当激振器发生失效，被动隔振部分仍然可以正常工作。基于这种思想，本发明实施例提供了一种车辆发动机主动减振系统，参见图4，该系统包括：车辆发动机，用于产生发动机曲轴的转速信号；悬置，用于安装激振器及误差传感器；激振器403和激振器404，用于产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应；误差传感器401和误差传感器402，用于获取噪声消除量与实时发动机曲轴转速信号的差值；控制器，用于实现如权利要求1至3任一权利要求所述的车辆发动机主动减振方法。
参见图5，基于上述系统实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振系统，还包括：功放，用于放大控制器输出的控制信号。
本发明实施例提供的车辆发动机主动减振系统，通过将发动机曲轴的转速信号滤波后得到参考信号，根据参考信号及激振器周边的误差传感器的反馈信号得到每个激振器的控制信号，进而控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应，可以实现在低动态刚度和高静态刚度工况下的低频隔振，较好地隔绝发动机传递给车体的振动，突破了被动隔振的技术瓶颈。
本发明各个实施例的实现基础是通过具有处理器功能的设备进行程序化的处理实现的。因此在工程实际中，可以将本发明各个实施例的技术方案及其功能封装成各种模块。基于这种现实情况，在上述各实施例的基础上，本发明的实施例提供了一种车辆发动机主动减振装置，该装置用于执行上述方法实施例中的车辆发动机主动减振方法。参见图2，该装置包括：第一主模块，用于获取发动机曲轴的转速信号，将所述转速信号滤波后得到参考信号；第二主模块，用于获取激振器周边的误差传感器的反馈信号，根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号；第三主模块，用于根据所述控制信号控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应。
本发明实施例提供的车辆发动机主动减振装置，采用图2中的若干模块，通过将发动机曲轴的转速信号滤波后得到参考信号，根据参考信号及激振器周边的误差传感器的反馈信号得到每个激振器的控制信号，进而控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应，可以实现在低动态刚度和高静态刚度工况下的低频隔振，较好地隔绝发动机传递给车体的振动，突破了被动隔振的技术瓶颈。
需要说明的是，本发明提供的装置实施例中的装置，除了可以用于实现上述方法实施例中的方法外，还可以用于实现本发明提供的其他方法实施例中的方法，区别仅仅在于设置相应的功能模块，其原理与本发明提供的上述装置实施例的原理基本相同，只要本领域技术人员在上述装置实施例的基础上，参考其他方法实施例中的具体技术方案，通过组合技术特征获得相应的技术手段，以及由这些技术手段构成的技术方案，在保证技术方案具备实用性的前提下，就可以对上述装置实施例中的装置进行改进，从而得到相应的装置类实施例，用于实现其他方法类实施例中的方法。例如：
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振装置，还包括：第一子模块，用于实现所述根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号，包括：将参考信号及所述反馈信号输入多误差最小均方算法中，输出噪声消除量，将所述噪声消除量与实时发动机曲轴转速信号做差，若所述差值为最小差值，则将所述差值作为每个激振器的控制信号进行输出。
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的车辆发动机主动减振装置，第二子模块，用于实现所述多误差最小均方算法，包括：
ek＝dk-yk
wk+1＝wk+αekxk
其中，xk为延迟线性抽样而得到的参考信号向量；
为每个抽样与相应的权值；yk为控制信号输出；dk为控制输入；α为沿估计的负梯度方向搜索的步长；ek为控制输入与控制信号输出的差值；k为第k个激振器。
本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图3所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以执行前述各个方法实施例提供的方法的全部或部分步骤。
此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于这种认识，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本专利中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种车辆发动机主动减振方法，其特征在于，包括：获取发动机曲轴的转速信号，将所述转速信号滤波后得到参考信号；获取激振器周边的误差传感器的反馈信号，根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号；根据所述控制信号控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应。
2.根据权利要求1所述的车辆发动机主动减振方法，其特征在于，所述根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号，包括：将参考信号及所述反馈信号输入多误差最小均方算法中，输出噪声消除量，将所述噪声消除量与实时发动机曲轴转速信号做差，若所述差值为最小差值，则将所述差值作为每个激振器的控制信号进行输出。
3.根据权利要求2所述的车辆发动机主动减振方法，其特征在于，所述多误差最小均方算法，包括：
ek＝dk-yk
wk+1＝wk+αekxk
其中，xk为延迟线性抽样而得到的参考信号向量；
为每个抽样与相应的权值；yk为控制信号输出；dk为控制输入；α为沿估计的负梯度方向搜索的步长；ek为控制输入与控制信号输出的差值；k为第k个激振器。
4.一种车辆发动机主动减振系统，其特征在于，包括：车辆发动机，用于产生发动机曲轴的转速信号；悬置，用于安装激振器及误差传感器；激振器，用于产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应；误差传感器，用于获取噪声消除量与实时发动机曲轴转速信号的差值；控制器，用于实现如权利要求1至3任一权利要求所述的车辆发动机主动减振方法。
5.根据权利要求4所述的车辆发动机主动减振系统，其特征在于，还包括：功放，用于放大控制器输出的控制信号。
6.一种车辆发动机主动减振装置，其特征在于，包括：第一主模块，用于获取发动机曲轴的转速信号，将所述转速信号滤波后得到参考信号；第二主模块，用于获取激振器周边的误差传感器的反馈信号，根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号；第三主模块，用于根据所述控制信号控制激振器产生与车辆发动机的发电机组振动方向相反的振动响应。
7.根据权利要求6所述的车辆发动机主动减振装置，其特征在于，还包括：第一子模块，用于实现所述根据参考信号及所述反馈信号，采用多误差最小均方算法得到每个激振器的控制信号，包括：将参考信号及所述反馈信号输入多误差最小均方算法中，输出噪声消除量，将所述噪声消除量与实时发动机曲轴转速信号做差，若所述差值为最小差值，则将所述差值作为每个激振器的控制信号进行输出。
8.根据权利要求6所述的车辆发动机主动减振装置，其特征在于，还包括：第二子模块，用于实现所述多误差最小均方算法，包括：
ek＝dk-yk
wk+1＝wk+αekxk
其中，xk为延迟线性抽样而得到的参考信号向量；
为每个抽样与相应的权值；yk为控制信号输出；dk为控制输入；α为沿估计的负梯度方向搜索的步长；ek为控制输入与控制信号输出的差值；k为第k个激振器。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，
所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行权利要求1至3任一项权利要求所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至3中任一项权利要求所述的方法。
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