汽车座椅离心力主动补偿控制算法及隔振系统的制作方法

1.本发明涉及车辆减振技术领域，具体地，涉及一种汽车座椅离心力主动补偿控制算法及隔振系统。


背景技术：

2.对于精密仪器、血液以及乘员运输等场合,运输物往往会受到由车辆急转弯车辆颠簸等情形带来的不利影响，其中对于颠簸起伏的路面，车辆悬架系统可以起到衰减作用，但对于如何克服车辆急转弯引起的不利影响目前还尚未有深入的研究。对于车辆座椅、车辆急转弯时，乘员由于惯性的原因会有“甩出感”，在紧急状态下甚至会撞上车门引起受伤，因此，在诸多场景下，消除车辆惯性运动对运输物造成的不利影响十分重要。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种汽车座椅离心力主动补偿控制算法及隔振系统。
4.根据本发明提供的一种汽车座椅离心力主动补偿控制算法，包括如下步骤：
5.补偿角度计算步骤：基于车辆底盘速度信息、加速度信息以及角速度信息，通过传感器融合算法计算车辆急转弯时所期望的实时离心力补偿角度；
6.轨迹规划步骤：根据离心力最大补偿角度，对车辆过弯之后座椅本体回弹的过程中的轨迹进行规划；
7.pi控制步骤：根据实时离心力补偿角度和轨迹规划结果，对减振电机的角度进行调节，使减振电机实时跟上期望的离心力补偿角度。
8.优选的，所述补偿角度计算步骤具体包括如下步骤：
9.步骤a1：获取车辆在惯性空间侧向加速度、法向角速度以及速度信息；
10.步骤a2：对步骤a1中获取的信息的高频噪声进行滤波处理，对滤波后的信息进行归一化处理，得到归一化值；
11.步骤a3：根据步骤a2中的归一化值、车速与离心力补偿角度之间的映射关系获取减振电机期望的离心力补偿角度。
12.优选的，所述步骤a2中，通过fir数字滤波器对获取信息的高频噪声进行滤波处理，通过融合算法对滤波后的信息进行归一化处理。
13.优选的，所述步骤a3中，所述映射关系为基于小波神经网络的映射模型；
14.设置小波神经网络模型为三层网络，分别为输入层、隐含层及输出层；
15.神经网络的输入层节点数为3个，分别为车辆速度x1、归一化值x2以及误差反馈值x3；神经网络的隐含层节点数为4个；神经网络的输出层节点数1个，为离心力补偿角度；
16.小波神经网络模型的输出公式为：
[0017][0018]
其中，aj和bj分别为小波基函数的伸缩因子和平移因子，w
ij
为输入层第i个节点到隐含层第j个节点的权值，wj为隐含层第j个节点到输出层的权值，y为离心力补偿角度。
[0019]
优选的，所述步骤a3中，当归一化值的绝对值大于预设阈值时，计算减振电机的离心力补偿角度；当归一化值的绝对值小于等于预设阈值时，不计算减振电机的离心力补偿角度。
[0020]
优选的，所述轨迹规划步骤具体为：获取座椅本体在离心力补偿阶段的最大转角，以最大转角为起始点，零角度为末端点，在预设时间内进行轨迹规划。
[0021]
优选的，所述pi控制步骤具体为：对减振电机的角度进行跟踪，以电机编码器的位置信息为反馈信号，通过调节比例积分参数，使减振电机实时跟上期望的离心力补偿角度。
[0022]
优选的，还包括转弯类型检测步骤，具体为：检测车辆的转弯类型，转弯类型包括一般转弯、连续转弯以及s转弯；
[0023]
一般转弯为90度以内过弯，连续转弯为3秒以内连续过同一方向弯，s转弯为3秒以内连续过不同方向的弯。
[0024]
优选的，为连续转弯时，由补偿角度计算步骤计算出的归一化值在预设时间内正负号相同；
[0025]
为s转弯时，由补偿角度计算步骤计算出的归一化值在预设时间内正负号相反；
[0026]
为一般转弯时，由补偿角度计算步骤计算出的归一化值在预设时间内仅出现一次。
[0027]
本发明还提供一种汽车座椅隔振系统，采用上述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，包括：控制组件、减振电机、剪叉机构以及空气弹簧；
[0028]
所述剪叉机构转动设置在车辆底盘上，座椅本体通过所述剪叉机构连接设置在所述车辆底盘上，所述减振电机驱动所述剪叉机构转动；
[0029]
所述空气弹簧设置在所述剪叉机构上，所述空气弹簧用于缓冲所述剪叉机构在所述车辆底盘与所述座椅本体之间的压缩；
[0030]
所述控制组件与所述减振电机电连接，所述控制组件用于调节所述减振电机的转动。
[0031]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0032]
1、本发明具备多种复杂路况下的车辆离心力补偿功能，传感器融合感知算法综合了车辆底盘的加速度、角速度以及速度信息，实时计算不同转弯半径以及弯道曲率下所需的补偿角度，适用范围广；
[0033]
2、本发明的离心力补偿运动控制算法抗干扰能力强，不同负载下的跟踪精度和响应速度稳定可靠，具备载荷适应能力，车辆过弯后的缓慢回弹功能具有减缓冲击，提升乘坐舒适性的功能；
[0034]
3、本发明的被动隔振系统中将剪叉机构与空气弹簧结合，存在高频垂向振动时，空气弹簧将发挥被动隔振的效果，从而减少了高频垂向振动对于乘坐舒适性的影响。
附图说明
[0035]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0036]
图1为一实施例中的汽车隔振系统装置的结构示意图；
[0037]
图2为图1的局部放大图；
[0038]
图3为获得离心力补偿期望角度的原理示意图；
[0039]
图4为离心力补偿运动控制方法的原理示意图；
[0040]
图5为映射关系的原理示意图。
[0041]
图中示出：
[0042]
惯性测量单元1
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剪叉机构6
[0043]
控制器2
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空气弹簧7
[0044]
电机驱动器3
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转动轴承8
[0045]
减振电机4
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座椅本体9
[0046]
减速器5
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车辆底盘10
具体实施方式
[0047]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0048]
实施例1：
[0049]
如图1～5所示，本实施例提供一种汽车座椅离心力主动补偿控制算法，包括如下步骤：
[0050]
补偿角度计算步骤：基于车辆底盘速度信息、加速度信息以及角速度信息，通过传感器融合算法计算车辆急转弯时所期望的实时离心力补偿角度；补偿角度计算步骤具体包括如下步骤：
[0051]
步骤a1：获取车辆在惯性空间侧向加速度、法向角速度以及速度信息；
[0052]
步骤a2：对步骤a1中获取的信息的高频噪声进行滤波处理，对滤波后的信息进行归一化处理，得到归一化值；通过fir数字滤波器对获取信息的高频噪声进行滤波处理；通过融合算法对滤波后的信息进行归一化处理；
[0053]
步骤a3：根据步骤a2中的归一化值、车速与离心力补偿角度之间的映射关系获取减振电机期望的离心力补偿角度；当归一化值的绝对值大于预设阈值时，计算减振电机的离心力补偿角度，预设阈值为0.1；当归一化值的绝对值小于等于预设阈值时，不计算减振电机的离心力补偿角度，预设阈值为0.1；
[0054]
步骤a3中，映射关系为基于小波神经网络的映射模型，如图5所示，设置小波神经网络模型为三层网络，分别为输入层、隐含层及输出层，保证控制过程的实时性，神经网络的输入层节点数为3个，分别为车辆速度x1、归一化值x2以及误差反馈值x3，神经网络的隐含层节点数为4个，神经网络的输出层节点数1个，为离心力补偿角度，小波神经网络模型的输出公式为：
[0055][0056]
其中，aj和bj分别为小波基函数的伸缩因子和平移因子，w
ij
为输入层第i个节点到隐含层第j个节点的权值，wj为隐含层第j个节点到输出层的权值，y为离心力补偿角度。
[0057]
轨迹规划步骤：根据离心力最大补偿角度，对车辆过弯之后座椅本体回弹的过程中的轨迹进行规划；轨迹规划步骤具体为：获取座椅本体在离心力补偿阶段的最大转角，以最大转角为起始点，零角度为末端点，在预设时间内进行轨迹规划，预设时间为3～4秒。
[0058]
pi控制步骤：根据实时离心力补偿角度和轨迹规划结果，对减振电机的角度进行调节，使减振电机实时跟上期望的离心力补偿角度。pi控制步骤具体为：对减振电机的角度进行跟踪，以电机编码器的位置信息为反馈信号，通过调节比例积分参数，使减振电机实时跟上期望的离心力补偿角度。
[0059]
本实施例的汽车主被动隔振系统装置的控制方法还包括转弯类型检测步骤，具体为：检测车辆的转弯类型，转弯类型包括一般转弯、连续转弯以及s转弯；
[0060]
一般转弯为90度以内过弯，连续转弯为3秒以内连续过同一方向弯，s转弯为3秒以内连续过不同方向的弯。
[0061]
为连续转弯时，由补偿角度计算步骤计算出的归一化值在预设时间内正负号相同，预设时间为3秒；为s转弯时，由补偿角度计算步骤计算出的归一化值在预设时间内正负号相反，预设时间为3秒；为一般转弯时，由补偿角度计算步骤计算出的归一化值在预设时间内仅出现一次，预设时间为3秒。
[0062]
本实施例还提供一种汽车座椅隔振系统，采用上述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，包括：控制组件、减振电机4、剪叉机构6以及空气弹簧7，剪叉机构6转动设置在车辆底盘10上，座椅本体9通过剪叉机构6连接设置在车辆底盘10上，减振电机4驱动剪叉机构6转动，空气弹簧7设置在剪叉机构6上，空气弹簧7用于缓冲剪叉机构6在车辆底盘10与座椅本体9之间的压缩，控制组件与减振电机4电连接，控制组件用于调节减振电机4的转动。
[0063]
控制组件包括惯性测量单元1、控制器2以及电机驱动器3，惯性测量单元1与控制器2电连接，控制器2与电机驱动器电3连接，电机驱动器3与减振电机4电连接。
[0064]
车辆底盘10上设置有安装底座，剪叉机构6通过转动轴承8设置在安装底座上。
[0065]
剪叉机构6包括第一连接板、第一剪叉结构、第二剪叉结构以及第二连接板，第一连接板和第二连接板通过第一剪叉结构、第二剪叉结构连接，第一连接板的两端通过转动轴承8转动设置在安装底座上，第二连接板连接设置在座椅本体9上，减振电机4带动第一连接板转动，进而带动整个剪叉机构6转动，进而带动座椅本体9转动，减振电机4的驱动端设置有减速器5，第一连接板连接设置在减速器5上。
[0066]
空气弹簧7设置在第一连接板上，第一剪叉结构与第二剪叉结构之间连接设置有压缩板，空气弹簧7远离第一连接板的一端连接设置在压缩板上。
[0067]
剪叉机构6上还设置有阻尼器，通过阻尼器能够实现缓慢回弹过程。
[0068]
实施例2：
[0069]
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。
[0070]
本实施例提供了一种复杂场景下的离心力补偿控制算法以及主被动隔振系统。
[0071]
本实施例的离心力补偿控制算法主要由传感器融合算法、轨迹规划以及pd控制三部分组成。
[0072]
离心力补偿控制算法可以实现一般转弯、连续转弯以及s弯等多种复杂路况下的离心力运动补偿，一般转弯指的是90度以内过弯，连续转弯指的是3秒以内连续过同一方向弯，s弯指的是3秒以内连续过不同方向的弯。
[0073]
主被动混合减振系统主要由imu(inertial measurement unit，惯性测量单元)、控制器、驱动器、电机、减速器、剪叉机构、空气弹簧、阻尼器以及座椅组成。
[0074]
离心力补偿控制算法：
[0075]
传感器融合算法，主要用于计算车辆急转弯时所期望的离心力补偿角度。首先获取车辆在惯性空间侧向加速度、法向角速度以及速度信息，通过fir数字滤波器对获取信息的高频噪声进行滤除，再通过融合算法对滤波后的两种信息进行归一化，最后根据归一化值、车速与离心力补偿角度之间的映射关系获取电机期望角度。为保证系统的抗干扰性，所述归一化值的绝对值大于某一阈值时，才会计算电机的离心力补偿角度。
[0076]
轨迹规划算法，用于车辆过弯之后座椅缓慢回弹的过程，首先获取座椅在上一阶段的最大转角，其次以最大转角为起始点，零角度为末端点在较长时间内进行轨迹规划，这一步的目的是为了减缓座椅快速回弹时的不舒适感。
[0077]
pi控制，用于电机的角度跟踪，以电机编码器的位置信息为反馈信号，通过调节比例积分参数确保电机实时跟上期望角度。
[0078]
在离心力补偿控制算法中设置了转弯类型检测模块，可以区分一般转弯、连续转弯以及s转弯。在连续转弯时，由传感器融合算法计算出的归一化值在短时间内正负号相同；在s转弯时，由传感器融合算法计算出的归一化值在短时间内正负号相反；在一般转弯时，归一化值在短时间内仅出现一次。
[0079]
本发明具备多种复杂路况下的车辆离心力补偿功能，传感器融合感知算法综合了车辆底盘的加速度、角速度以及速度信息，实时计算不同转弯半径以及弯道曲率下所需的补偿角度，适用范围广。
[0080]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0081]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种汽车座椅离心力主动补偿控制算法，其特征在于，包括如下步骤：补偿角度计算步骤：基于车辆底盘速度信息、加速度信息以及角速度信息，通过传感器融合算法计算车辆急转弯时所期望的实时离心力补偿角度；轨迹规划步骤：根据离心力最大补偿角度，对车辆过弯之后座椅本体回弹的过程中的轨迹进行规划；pi控制步骤：根据实时离心力补偿角度和轨迹规划结果，对减振电机的角度进行调节，使减振电机实时跟上期望的离心力补偿角度。2.根据权利要求1所述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，其特征在于，所述补偿角度计算步骤具体包括如下步骤：步骤a1：获取车辆在惯性空间侧向加速度、法向角速度以及速度信息；步骤a2：对步骤a1中获取的信息的高频噪声进行滤波处理，对滤波后的信息进行归一化处理，得到归一化值；步骤a3：根据步骤a2中的归一化值、车速与离心力补偿角度之间的映射关系获取减振电机期望的离心力补偿角度。3.根据权利要求2所述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，其特征在于，所述步骤a2中，通过fir数字滤波器对获取信息的高频噪声进行滤波处理，通过融合算法对滤波后的信息进行归一化处理。4.根据权利要求2所述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，其特征在于，所述步骤a3中，所述映射关系为基于小波神经网络的映射模型；设置小波神经网络模型为三层网络，分别为输入层、隐含层及输出层；神经网络的输入层节点数为3个，分别为车辆速度x1、归一化值x2以及误差反馈值x3；神经网络的隐含层节点数为4个；神经网络的输出层节点数1个，为离心力补偿角度；小波神经网络模型的输出公式为：其中，a
j
和b
j
分别为小波基函数的伸缩因子和平移因子，w
ij
为输入层第i个节点到隐含层第j个节点的权值，w
j
为隐含层第j个节点到输出层的权值，y为离心力补偿角度。5.根据权利要求2所述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，其特征在于，所述步骤a3中，当归一化值的绝对值大于预设阈值时，计算减振电机的离心力补偿角度；当归一化值的绝对值小于等于预设阈值时，不计算减振电机的离心力补偿角度。6.根据权利要求1所述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，其特征在于，所述轨迹规划步骤具体为：获取座椅本体在离心力补偿阶段的最大转角，以最大转角为起始点，零角度为末端点，在预设时间内进行轨迹规划。7.根据权利要求1所述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，其特征在于，所述pi控制步骤具体为：对减振电机的角度进行跟踪，以电机编码器的位置信息为反馈信号，通过调节比例积分参数，使减振电机实时跟上期望的离心力补偿角度。
8.根据权利要求2所述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，其特征在于，还包括转弯类型检测步骤，具体为：检测车辆的转弯类型，转弯类型包括一般转弯、连续转弯以及s转弯；一般转弯为90度以内过弯，连续转弯为3秒以内连续过同一方向弯，s转弯为3秒以内连续过不同方向的弯。9.根据权利要求8所述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，其特征在于，为连续转弯时，由补偿角度计算步骤计算出的归一化值在预设时间内正负号相同；为s转弯时，由补偿角度计算步骤计算出的归一化值在预设时间内正负号相反；为一般转弯时，由补偿角度计算步骤计算出的归一化值在预设时间内仅出现一次。10.一种汽车座椅隔振系统，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的汽车座椅离心力主动补偿控制算法，包括：控制组件、减振电机(4)、剪叉机构(6)以及空气弹簧(7)；所述剪叉机构(6)转动设置在车辆底盘(10)上，座椅本体(9)通过所述剪叉机构(6)连接设置在所述车辆底盘(10)上，所述减振电机(4)驱动所述剪叉机构(6)转动；所述空气弹簧(7)设置在所述剪叉机构(6)上，所述空气弹簧(7)用于缓冲所述剪叉机构(6)在所述车辆底盘(10)与所述座椅本体(9)之间的压缩；所述控制组件与所述减振电机(4)电连接，所述控制组件用于调节所述减振电机(4)的转动。

技术总结
本发明提供了一种汽车座椅离心力主动补偿控制算法及隔振系统，包括如下步骤：补偿角度计算步骤：基于车辆底盘速度信息、加速度信息以及角速度信息，通过传感器融合算法计算车辆急转弯时所期望的实时离心力补偿角度；轨迹规划步骤：根据离心力最大补偿角度，对车辆过弯之后座椅本体回弹的过程中的轨迹进行规划；PI控制步骤：根据实时离心力补偿角度和轨迹规划结果，对减振电机的角度进行调节，使减振电机实时跟上期望的离心力补偿角度。本发明能够计算离心力补偿角度，进而能够通过减振电机对座椅本体实现更佳的离心力补偿功能。座椅本体实现更佳的离心力补偿功能。座椅本体实现更佳的离心力补偿功能。


技术研发人员：陈淼 郭启寅
受保护的技术使用者：上海新纪元机器人有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/6/28