一種車輛、磁流變液式車輛減振座椅控制裝置及其方法與流程
2023-06-17 07:48:46
本發明涉及車輛技術領域，特別是涉及一種車輛、磁流變液式車輛減振座椅控制裝置及其方法。
背景技術：
對於座椅舒適性問題，研究表明，車輛座椅的振動對人的生理和心理反應會產生十分不利影響，長時間處於低頻高強度的振動中會危及到駕駛員的心血管系統、神經組織、肌肉組織，會造成駕駛員的聽覺衰退，反應遲鈍，增加了駕駛員身體和精神上的負擔，更為嚴重的是增加了發生交通事故的概率。汽車在行駛的過程中會用各個方向的振動，因此座椅會相應地產生各個方向的振動，存在很大的舒適性問題，且目前的汽車減振座椅大多集中在上下方向的減振上，能進行多維減振的座椅較少；其次，現階段的減振座椅多採用的的是連杆和彈簧阻尼組合而成的機械機構，使用時間變長後會存在機構磨損、易損壞和座椅異響等問題。
因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現有技術的上述缺陷中的至少一個。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種磁流變液式車輛減振座椅控制裝置及其方法來克服或至少減輕現有技術的上述缺陷中的至少一個。
為實現上述目的，本發明提供一種磁流變液式車輛減振座椅控制裝置，所述磁流變液式車輛減振座椅控制裝置包括：座椅本體、阻尼組件、彈性密封連接構件、箱體、加速度傳感器和ECU，其中：所述阻尼組件包括以垂直方式固定連接在所述座椅本體底部的阻尼板以及貫穿所述阻尼板的阻尼孔；內部封裝有磁流變液的所述箱體通過彈性密封連接構件與所述阻尼組件密封連接；所述阻尼組件懸浮在所述磁流變液中而能夠與所述箱體的內表面保持為隔開狀態；所述加速度傳感器用於採集座椅加速度信息，並輸送給所述ECU；所述ECU用於接收所述加速度傳感器採集到的座椅加速度信息，並根據所述座椅加速度信息計算作用到所述磁流變液的電流控制量，以控制所述磁流變液流經所述阻尼孔時的阻尼特性。
進一步地，所述ECU包括：比較器，其用於比較所述加速度傳感器採集到的座椅加速度信息與期望值，得到差值；和專家PID控制器，其用於將所述比較器得到的差值作為誤差輸入量，利用專家PID控制方法計算出作用到所述磁流變液的電流控制量。
進一步地，所述專家PID控制器具體包括：
第一計算模塊：其用於設定離散化的e(k)、e(k-1)、e(k-2)作為誤差輸入量，e(k)為當前採樣周期的誤差值，e(k-1)為前一個採樣周期的誤差值，e(k-2)為前兩個採樣周期的誤差值，k為循環次數，則有關係式為：
Δ2e(k)＝e(k)-2e(k-1)+e(k-2)；以及
第二計算模塊，根據所述第一計算模塊確定的誤差輸入量，利用專家PID控制方法計算電流控制量，具體包括：
(1)在|e(k)|≥M1且M1為設定的最大誤差界限的情形下，電流控制量按照算法限定的最大值進行輸出；
(2)在e(k)Δe(k)≥0的情形下：
若|e(k)|>M2，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+k1{kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}；
或者，u(k)＝u(k-1)+k1[kpΔe(k)+kie(k)+kdΔ2e(k)]；
式中，u(k)為第k次輸出的電流控制量，u(k-1)為第(k-1)次輸出的電流控制量；k1為放大增益因數，k1>1；M2為設定的誤差界限，M1>M2；kp為PID的比例係數，ki為PID的積分係數，kd為PID的微分係數；
若|e(k)|<M2，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；
或者，u(k)＝u(k-1)+kpΔe(k)+kie(k)+kdΔ2e(k)；
(3)在e(k)Δe(k)0或e(k)＝0的情形下，電流控制量為：u(k)＝u(k-1)；
(4)在e(k)Δe(k)<0，Δe(k)Δe(k-1)<0的情形下，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+k1kpem(k)|e(k)|≥M2；
u(k)＝u(k-1)+k2kpem(k)|e(k)|<M2；
式中，k2為抑制係數，0<k2<1；em(k)為誤差e的第k個極值；
(5)在|e(k)|M2，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+k1{kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}；
或者，u(k)＝u(k-1)+k1[kpΔe(k)+kie(k)+kdΔ2e(k)]；
式中，u(k)為第k次輸出的電流控制量，u(k-1)為第(k-1)次輸出的電流控制量；k1為放大增益因數，k1>1；M2為設定的誤差界限，M1>M2；kp為PID的比例係數，ki為PID的積分係數，kd為PID的微分係數；
若|e(k)|<M2，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；
或者，u(k)＝u(k-1)+kpΔe(k)+kie(k)+kdΔ2e(k)；
(3)在e(k)Δe(k)0或e(k)＝0的情形下，電流控制量為：u(k)＝u(k-1)；
(4)在e(k)Δe(k)<0，Δe(k)Δe(k-1)<0的情形下，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+k1kpem(k)|e(k)|≥M2；
u(k)＝u(k-1)+k2kpem(k)|e(k)|<M2；
式中，k2為抑制係數，0<k2<1；em(k)為誤差e的第k個極值；
(5)在|e(k)|M2，此時的誤差輸入量的絕對值較大，可考慮由控制器實施較強的控制作用，使誤差輸入量的絕對值朝減小方向變化，迅速減小誤差輸入量的絕對值，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+k1{kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}；
或者，u(k)＝u(k-1)+k1[kpΔe(k)+kie(k)+kdΔ2e(k)]。
式中，u(k)為第k次輸出的電流控制量，u(k-1)為第(k-1)次輸出的電流控制量；k1為放大增益因數，k1>1；M2為設定的誤差界限，M1>M2；kp為PID的比例係數，ki為PID的積分係數，kd為PID的微分係數。
若|e(k)|<M2，此時的誤差輸入量在向著增大的方向變化，但是誤差輸入量的絕對值不大，可以考慮實施一般的控制作用，以減小誤差輸入量，使其朝誤差輸入量的絕對值減小方向變化，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；
或者，u(k)＝u(k-1)+kpΔe(k)+kie(k)+kdΔ2e(k)。
(3)在e(k)Δe(k)0或e(k)＝0的情形下，誤差輸入量的絕對值朝減小的方向變化，或者已經達到平衡狀態。此時，可考慮採取保持控制器輸出不變，電流控制量仍為：
u(k)＝u(k-1)
(4)在e(k)Δe(k)<0，Δe(k)Δe(k-1)M2，可考慮實施較強的控制作用；如果此時誤差輸入量的絕對值較小，即|e(k)|<M2，可考慮實施較弱的控制作用，則電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+k1kpem(k)|e(k)|≥M2；
u(k)＝u(k-1)+k2kpem(k)|e(k)|<M2；
式中，k2為抑制係數，0<k2<1；em(k)為誤差e的第k個極值，em(k)通過前面的各採樣周期獲得數據進行比對後獲得。
(5)在|e(k)|M2，此時的誤差輸入量的絕對值較大，可考慮由控制器實施較強的控制作用，使誤差輸入量的絕對值朝減小方向變化，迅速減小誤差輸入量的絕對值，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+k1{kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}；
或者，u(k)＝u(k-1)+k1[kpΔe(k)+kie(k)+kdΔ2e(k)]。
式中，u(k)為第k次輸出的電流控制量，u(k-1)為第(k-1)次輸出的電流控制量；k1為放大增益因數，k1>1；M2為設定的誤差界限，M1>M2；kp為PID的比例係數，ki為PID的積分係數，kd為PID的微分係數。
若|e(k)|<M2，此時的誤差輸入量在向著增大的方向變化，但是誤差輸入量的絕對值不大，可以考慮實施一般的控制作用，以減小誤差輸入量，使其朝誤差輸入量的絕對值減小方向變化，電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；
或者，u(k)＝u(k-1)+kpΔe(k)+kie(k)+kdΔ2e(k)。
(3)在e(k)Δe(k)0或e(k)＝0的情形下，誤差輸入量的絕對值朝減小的方向變化，或者已經達到平衡狀態。此時，可考慮採取保持控制器輸出不變，電流控制量仍為：
u(k)＝u(k-1)。
(4)在e(k)Δe(k)<0，Δe(k)Δe(k-1)M2，可考慮實施較強的控制作用；如果此時誤差輸入量的絕對值較小，即|e(k)|<M2，可考慮實施較弱的控制作用，則電流控制量為：
u(k)＝u(k-1)+k1kpem(k)|e(k)|≥M2；
u(k)＝u(k-1)+k2kpem(k)|e(k)|<M2；
式中，k2為抑制係數，0<k2<1；em(k)為誤差e的第k個極值，em(k)通過前面的各採樣周期獲得數據進行比對後獲得。
(5)在|e(k)|<ε的情形下，誤差輸入量的絕對值已經很小，此時加入積分環節，減少穩態誤差，電流控制量為：
式中，ε為所期望獲得的誤差精度值，可以為任意小的實數，為對誤差的積分項。
需要說明的是：上述提到的各種情形下的PID參數值kp、ki、kd是不同的，本實施例中，可將kp的起始值設定在30-70％之間、ki的起始值設定在24s-180s之間，kd的起始值設定在3-180s之間，然後利用多次試驗調試進行參數設計，調整各參數的取值，最後得到各個情形下比較理想的參數值。
最後需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。本領域的普通技術人員應當理解：可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。