发动机主动悬置混合控制方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及汽车发动机悬置振动控制领域，特别地涉及一种发动机主动悬置混合控制方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.汽车发动机主动悬置系统主要解决的问题是发动机传递到车架上的振动，而发生在不同工况下的振动状态差异很大，尤其是怠速工况，并且连接处模态、曲轴模态等固有因素使得发动激振振动模型非常复杂，也因此很多控制方法无法做到整个转速范围的减振效果。
3.相关技术中，汽车及其的主动减振控制方法和装置，其主要介绍一种基于转速的悬置主动控制方法，具有通用性，但是不能有效针对怠速、发动机及车体的模态进行辨识及抑制；本发明可采用最容易实现的pid控制即可实现对特殊因素如怠速、模态等问题的影响削弱，且在高频(高转速)时候，有更好的控制效果。
4.根据汽车动力总成振动主动控制关键技术研究相关论文中，其介绍了常用的自适应控制策略及算法，如x-lms，h∞最优控制等，旨在通过数学优化问实现振动抑制控制，需要一定的控制器资源支撑，并且也没有效针对怠速、发动机及车体的模态进行辨识及抑制。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本技术提供一种发动机主动悬置混合控制方法、装置、设备及存储介质。
6.本技术提供了一种发动机主动悬置混合控制方法，包括：
7.在汽车发动机怠速阶段，采集车架的振动信号作为反馈信号，根据反馈信号计算反馈控制的输出变量来控制执行机构产生次级激励力抵消发动机产生的初级激励力，对车架进行振动控制；
8.在车辆行驶阶段，将汽车发动机怠速阶段下的反馈控制切换到以发动机振动信号作为前馈控制的输入，计算前馈控制输出变量来控制执行机构产生次级激励力抵消初级激励力，对车架进行振动控制。
9.在一些实施例中，所述混合控制方法还包括：
10.设置前馈控制系数k1和反馈控制系数k2，通过调节系数k1和k2完成所述反馈控制到所述前馈控制的切换，使所述反馈控制到所述前馈控制的平稳过渡，当k1＝0，k2＝1时，为反馈控制；当k2＝0，k1＝1时，为前馈控制。
11.在一些实施例中，所述混合控制方法还包括：
12.在发动机及车体模态阶段，应用所述反馈控制和所述前馈控制共同完成发动机振动控制。
13.在一些实施例中，所述车架的振动信号为车架的振动加速度；所述发动机振动信号为发动机振动加速度。
14.在一些实施例中，所述车架的振动加速度应用加速度传感器来采集。
15.在一些实施例中，所述汽车发动机怠速阶段与所述发动机及车体模态阶段的过渡条件包括：
16.所述汽车发动机怠速阶段：发动机转速为600～1000rpm，发动机激振频率为20～33hz；
17.所述发动
18.本技术实施例提供一种发动机主动悬置混合控制装置，包括：
19.运算单元、前馈控制系数模块、反馈控制系数模块、执行机构和加速度传感器；
20.运算单元根据加速度传感器采集到的车架的振动加速度，计算反馈控制输出变量，运算单元根据发动机振动加速度计算前馈控制输出变量；所述反馈控制输出变量和前馈控制输出变量分别进入反馈控制系数模块和前馈控制系数模块，叠加后计算出混合控制输出变量，来控制执行机构产生次级激励力抵消发动机产生的初级激励力，对车架进行振动控制。
21.在一些实施例中，所述运算单元包括：反馈控制器和前馈控制器；
22.所述反馈控制器根据加速度传感器采集到的车架的振动加速度，计算反馈控制输出变量；
23.所述前馈控制器根据发动机振动加速度计算前馈控制输出变量。
24.本技术实施例提供一种发动机主动悬置混合控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行上述任意一项所述发动机主动悬置混合控制方法。
25.本技术实施例提供一种存储介质，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现上述任一项所述发动机主动悬置混合控制方法。
26.本技术提供的一种发动机主动悬置混合控制方法、装置、设备及存储介质，具有如下有益效果：
27.本设计简单，需求运行资源非常小，易于工程化及成本控制，该方法已成功在试验车上试用，控制效果优于欧洲产品水平。
附图说明
28.在下文中将基于实施例并参考附图来对本技术进行更详细的描述。
29.图1为本技术实施例提供的一种发动机主动悬置混合控制装置示意图；
30.图2为本技术实施例提供的前馈控制等效框图；
31.图3为本技术实施例提供的反馈控制等效框图；
32.图4为本技术实施例提供的一种发动机主动悬置混合控制设备示意图。
33.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
34.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本技术的限制，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它实施例，都属于本技术保护的范围。
35.在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
36.如果申请文件中出现“第一\第二\第三”的类似描述则增加以下的说明，在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本技术实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本技术实施例的目的，不是旨在限制本技术。
38.在介绍本技术实施例提供的一种发动机主动悬置混合控制方法之前，对相关技术中存在的问题进行简单介绍：
39.汽车发动机主动悬置系统主要解决的问题是发动机传递到车架上的振动，而发生在不同工况下的振动状态差异很大，尤其是怠速工况，并且连接处模态、曲轴模态等固有因素使得发动激振振动模型非常复杂，也因此很多控制方法无法做到整个转速范围的减振效果。
40.汽车及其的主动减振控制方法和装置，其主要介绍一种基于转速的悬置主动控制方法，具有通用性，但是不能有效针对怠速、发动机及车体的模态进行辨识及抑制；本发明可采用最容易实现的pid控制即可实现对特殊因素如怠速、模态等问题的影响削弱，且在高频(高转速)时候，有更好的控制效果。
41.汽车动力总成振动主动控制关键技术研究，其介绍了常用的自适应控制策略及算法，如x-lms，h∞最优控制等，旨在通过数学优化问实现振动抑制控制，需要一定的控制器资源支撑，并且也没有效针对怠速、发动机及车体的模态进行辨识及抑制；本发明可采用最容易实现的pid控制即可实现对特殊因素如怠速、模态等问题的影响削弱，耗费资源非常少，易于工程化及控本，且在高频(高转速)时候，有更好的控制效果。
42.基于相关技术中存在的问题，本技术实施例提供一种发动机主动悬置混合控制方法，所述方法应用于发动机主动悬置混合控制设备，所述发动机主动悬置混合控制设备可以为电子设备，例如计算机、移动终端等。本技术实施例提供的发动机主动悬置混合控制方法所实现的功能可以通过电子设备的处理器调用程序代码来实现，其中，程序代码可以保存在计算机存储介质中。
43.实施例一
44.本技术实施例提供一种发动机主动悬置混合控制方法，如图1所示，包括：
45.汽车发动机在怠速阶段下，如图3所示，只有发动机产生的振动传递到车架，发动机振动在该工况下主要为低频振动，发动机处于怠速工况阶段转速一般为600～1000rpm，对于四缸发动机而言，激振频率为20～33hz，控制器与作动器性能充分满足控制需求，采用反馈控制策略可以满足怠速段发动机振动控制的要求；具体控制方法包括：采集车架的振动信号作为反馈信号，用于判断是否需要增大或者降低电磁作动器的作动力输出，计算反馈控制输出变量来控制电磁作动器产生次级激励力(电磁作动器产生的振动加速度表征)抵消发动机产生的初级激励力，对车架进行振动控制；所述车架的振动信号为车架的振动
加速度；
46.在一些实施例中，所述车架的振动加速度应用加速度传感器来采集；在车辆行驶过程中，如图2所示，随着车速提高发动机振动频率由低频转为中高频，反馈控制策略出现响应不及时的问题，因此需要将控制策略调整为前馈控制策略，高转速阶段，可以获得较为准确的发动机激振振动模型，仅采取前馈控制策略能够达到高转速下的控制要求，并且可以减小反馈控制因迭代收敛及系统响应造成的控制延迟问题；具体控制方法包括：将怠速阶段下的反馈控制切换到以发动机振动信号作为前馈控制的输入计算前馈控制输出变量来控制电磁作动器产生次级激励力抵消初级激励力，对车架进行振动控制；所述发动机振动信号为发动机振动加速度；
47.在一些实施例中，所述混合控制方法还包括：
48.为实现所述反馈控制到前馈控制的平稳过渡，设置前馈控制系数k1和反馈控制系数k2，通过调节系数k1和k2完成反馈控制到前馈控制的切换。
49.如图1所示，以开关控制为例：当k1＝0，k2＝1时，为反馈控制；当k2＝0，k1＝1时，为前馈控制。若令k1+k2＝1，则可以得到更多种控制方式。
50.本发明经过实测，考虑到运算复杂度(太复杂要求更高mcu资源)，k1、k2均取频率(转速)的一次函数，较为合理。
51.在一些实施例中，其特征在于，所述混合控制方法还包括：
52.在发动机及车体模态阶段，车身与车架的低阶模态主要集中在20hz～40hz的低频段，对应四缸发动机转速为600rpm～1200rpm；由于发动机激振频率与车身车架模态的混叠，很难获取准确的辨识模型，需要引入前馈控制，应用反馈控制和前馈控制共同完成发动机振动控制；
53.所述怠速阶段与发动机及车体模态阶段过渡条件包括：
54.所述怠速阶段：转速为600～1000rpm，发动机激振频率为20～33hz；
55.发动机及车体模态阶段：转速为600～1200rpm，发动机激振频率为20～40hz。
56.在一些实施例中，可采用最容易实现的pid控制即可实现对特殊因素如怠速、模态等问题的影响削弱，耗费资源非常少，易于工程化及控本，且在高频(高转速)时候，有更好的控制效果。
57.本技术提供的一种发动机主动悬置混合控制方法，通过分段调节与策略优化，解决了怠速、发动机及车体模态等对控制的影响问题，也解决了主动悬置在反馈控制方案中对高频振动响应较慢、在前馈控制方案中对振动无法自适应调节等问题，可完美实现从怠速到的高转速的发动机振动控制，可以有效减弱发动机及车体模态对减振效果的影响，提高怠速工况的控制效果；
58.本设计简单，需求运行资源非常小，易于工程化及成本控制，该方法已成功在试验车上试用，控制效果优于欧洲产品水平。
59.实施例二
60.基于前述的实施例，本技术实施例提供一种发动机主动悬置混合控制装置，包括：
61.运算单元、前馈控制系数模块、反馈控制系数模块、执行机构和加速度传感器；所述执行结构为电磁作动器；
62.运算单元根据加速度传感器采集到的车架的振动加速度，计算反馈控制输出变
量，运算单元根据发动机振动加速度计算前馈控制输出变量；所述反馈控制输出变量和前馈控制输出变量分别进入反馈控制系数模块和前馈控制系数模块，叠加后计算出混合控制输出变量，来控制执行机构产生次级激励力抵消发动机产生的初级激励力，对车架进行振动控制。
63.在一些实施例中，如图2和图3所示，所述运算单元包括：反馈控制器和前馈控制器；
64.所述反馈控制器根据加速度传感器采集到的车架的振动加速度，计算反馈控制输出变量；
65.所述前馈控制器根据发动机振动加速度计算前馈控制输出变量。
66.需要说明的是，本技术实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的发动机主动悬置混合控制方法，并作为独立的产品销售或使用时，也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，本技术实施例的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)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分。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)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本技术实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
67.相应地，本技术实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中提供的发动机主动悬置混合控制方法中的步骤。
68.实施例三
69.本技术实施例提供一种发动机主动悬置混合控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，所述处理器配置为执行存储器中存储的发动机主动悬置混合控制方法的程序，以实现以上述实施例提供的实施例1中所述的发动机主动悬置混合控制方法中的步骤。
70.如图4所示，在一种实现方式中，发动机主动悬置混合控制设备100包括一个处理器101、至少一个通信总线102、用户接口103、至少一个外部通信接口104、存储器105。其中，通信总线102配置为实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口103可以包括显示屏，外部通信接口104可以包括标准的有线接口和无线接口。所述处理器101配置为执行存储器中存储的发动机主动悬置混合控制方法的程序，以实现以上述实施例提供的发动机主动悬置混合控制方法中的步骤。
71.以上显示设备和存储介质实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本技术计算机设备和存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本技术方法实施例的描述而理解。
72.实施例四
73.本技术实施例提供一种存储介质，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现如实施例1所述的发动机主动悬置混合控制方法。
74.以上显示设备和存储介质实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本技术计算机设备和存储介质实施例中未披露的技
术细节，请参照本技术方法实施例的描述而理解。
75.这里需要指出的是：以上存储介质和设备实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本技术存储介质和设备实施例中未披露的技术细节，请参照本技术方法实施例的描述而理解。
76.应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本技术的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
77.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
78.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
79.上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，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全部单元来实现本实施例方案的目的。
80.另外，在本技术各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
81.本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(rom，read only memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
82.或者，本技术上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也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，本技术实施例的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，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台控制器执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、rom、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
83.以上所述，仅为本技术的实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种发动机主动悬置混合控制方法，其特征在于，包括：在汽车发动机怠速阶段，采集车架的振动信号作为反馈信号，根据反馈信号计算反馈控制的输出变量来控制执行机构产生次级激励力抵消发动机产生的初级激励力，对车架进行振动控制；在车辆行驶阶段，将汽车发动机怠速阶段下的反馈控制切换到以发动机振动信号作为前馈控制的输入，计算前馈控制输出变量来控制执行机构产生次级激励力抵消初级激励力，对车架进行振动控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合控制方法还包括：设置前馈控制系数k1和反馈控制系数k2，通过调节系数k1和k2完成所述反馈控制到所述前馈控制的切换，使所述反馈控制到所述前馈控制的平稳过渡，当k1＝0，k2＝1时，为反馈控制；当k2＝0，k1＝1时，为前馈控制。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合控制方法还包括：在发动机及车体模态阶段，应用所述反馈控制和所述前馈控制共同完成发动机振动控制。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车架的振动信号为车架的振动加速度；所述发动机振动信号为发动机振动加速度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述车架的振动加速度应用加速度传感器来采集。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述汽车发动机怠速阶段与所述发动机及车体模态阶段的过渡条件包括：所述汽车发动机怠速阶段：发动机转速为600～1000rpm，发动机激振频率为20～33hz；所述发动机及车体模态阶段：发动机转速为600～1200rpm，发动机激振频率为20～40hz。7.一种发动机主动悬置混合控制装置，其特征在于，包括：运算单元、前馈控制系数模块、反馈控制系数模块、执行机构和加速度传感器；所述运算单元根据所述加速度传感器采集到的车架的振动加速度，计算反馈控制输出变量，所述运算单元根据发动机振动加速度计算前馈控制输出变量；所述反馈控制输出变量和前馈控制输出变量分别进入所述反馈控制系数模块和所述前馈控制系数模块，叠加后计算出混合控制输出变量，来控制所述执行机构产生次级激励力抵消发动机产生的初级激励力，对车架进行振动控制。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述运算单元包括：反馈控制器和前馈控制器；所述反馈控制器根据加速度传感器采集到的车架的振动加速度，计算反馈控制输出变量；所述前馈控制器根据发动机振动加速度计算前馈控制输出变量。9.一种发动机主动悬置混合控制设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行如权利要求1至6任意一项所述的发动机主动悬置混合控制方法。10.一种存储介质，其特征在于，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处
理器执行，能够用来实现如权利要求1至6中任一项所述的发动机主动悬置混合控制方法。

技术总结
本申请提供的一种发动机主动悬置混合控制方法、装置、设备及存储介质，包括：汽车发动机在怠速阶段下，采集车架的振动信号作为反馈信号，计算反馈控制输出变量来控制执行机构产生次级激励力抵消发动机产生的初级激励力，对车架进行振动控制；在车辆行驶过程中，将怠速阶段下的反馈控制切换到以发动机振动信号作为前馈控制的输入计算前馈控制输出变量来控制执行机构产生次级激励力抵消初级激励力，对车架进行振动控制。本设计简单，需求运行资源非常小，易于工程化及成本控制，该方法已成功在试验车上试用，控制效果优于欧洲产品水平。控制效果优于欧洲产品水平。控制效果优于欧洲产品水平。


技术研发人员：刘海涛 胡云卿 李状 吴斌 何川 武彬 王里达 王小虎
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车研究所有限公司
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2023/5/23