[发明专利]基于车辆垂向振动系统辨识的路面识别系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于车辆工程中的路面识别技术领域，具体涉及一种利用车辆行驶时的垂向振动信号进行车辆振动系统参数辨识，并进行路面识别的系统及方法。

背景技术

随着汽车技术的不断发展，人们对车辆性能的要求也越来越高。在这样的大环境下，半主动悬架技术、主动悬架技术、ABS技术应运而生。这些新技术都一定程度地提高了车辆的舒适性以及安全性。如果能根据车辆的行车状态信号辨识出路面的类型，就能很大程度地优化上述新技术中的控制逻辑，从而进一步的提高车辆的性能。

国内外学者针对用于实车控制系统的路面识别方法做了大量的研究，取得了一定的成果。中国专利CN102289674A以及美国专利US4651290都公开了一种基于加速度信号的路面识别的方法，分别对加速度信号进行了频率分析和统计分析，但是这种方法用于不同的车上，都得进行大量的试验标定，而且即使同一辆车，载荷变化或者悬架系统变化（主动悬架在不同行驶工况下会自动调节阻尼或刚度参数）都会影响辨识的结果。Moustapha Doumiati在ACC（美国控制会议）上提出一种利用卡尔曼滤波来估计路面不平的方法，能较为简单地估计出路面的高程，但是这种方法不具备对车辆系统参数发生变化时的适应性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便快捷且能较为准确地估计路面类型的方法及其测量系统，有效改善现有车用路面识别技术不能适应车辆系统参数变化的不足之处。

本发明为解决上述技术问题，通过以下技术方案实现：

一种基于车辆垂向振动系统辨识的路面识别系统，主要由传感器信号采集模块Ⅰ、传感器信号处理模块Ⅱ、系统辨识模块Ⅲ、自适应状态观测模块Ⅳ、路面空间历程生成模块Ⅴ、路面特征参数提取模块Ⅵ和路面分类器Ⅶ组成，所述传感器信号处理模块Ⅱ、系统辨识模块Ⅲ、自适应状态观测模块Ⅳ、路面空间历程生成模块Ⅴ、路面特征参数提取模块Ⅵ和路面分类器Ⅶ集成在ECU芯片Ⅹ中，并通过总线进行相互之间的通信，所述传感器信号采集模块Ⅰ通过线束与ECU芯片Ⅹ进行数据传输。

所述的传感器信号采集模块Ⅰ包括车身加速度传感器1、悬架动行程传感器2、车速传感器3和A/D转换器4，所述车身加速度传感器1用于采集车辆垂直方向的垂直加速度信号，并安装在车辆前悬减振器上安装面上，悬架动行程传感器2采用角位移传感器，其一端连接在副车架上，另一端连接于车轮，以其角位移的变化来测量悬架的动行程，车速传感器3在中高级车上一般都会有现成的，可以直接从CAN总线上读取车速信息，也可以从车辆仪表盘中获得，所述的A/D转换器4具有高转换速率特性。

所述的传感器信号处理模块Ⅱ，主要功能是对采集到的传感器信号进行滤波去除噪声污染，同时为系统辨识模块Ⅲ做数据的前期处理，由于系统辨识模块Ⅲ要求车身垂向速度以及绝对位移信号作为其输入，这就要求对加速度信号做积分处理，可是由于测量得到的加速度信号存在无法预测的零点漂移以及噪声污染，而使直接积分得到的速度信号以及位移信号没有利用价值，故在传感器信号处理模块Ⅱ中加入了积分滤波的功能。

所述的系统辨识模块Ⅲ，主要功能是实时辨识车辆垂向振动的系统参数，为自适应状态观测模块Ⅳ的实现提供基础。

所述自适应状态观测模块Ⅳ是建立在系统辨识模块Ⅲ的基础上而实现的，能够适应不同载荷状态、不同行车工况车辆系统的参数蠕变。

所述路面空间历程生成模块Ⅴ是对自适应状态观测模块Ⅳ和车速传感器3的输出信号做一个整合，以实现将路面时间历程转换成路面空间历程。

所述路面特征参数提取模块Ⅵ对路面空间历程生成模块Ⅴ的信号输出做特征参数提取，以实现用一个或几个特征指标来代表其路面特征。

所述路面分类器Ⅶ的功能是为路面特征参数提取模块Ⅵ的特征参数输出定义门限值，从而很方便的区分不同的路面类型。

一种基于车辆垂向振动系统辨识的路面识别方法，包括以下步骤：

(一)由传感器信号采集模块Ⅰ采集车身垂向加速度信号、悬架动行程信号和车速信号；

(二)将上述采集到的信号通过传感器信号处理模块Ⅱ，以实现信号的滤波以及加速度信号的积分功能；

(三)将传感器信号处理模块Ⅱ得到的车身加速度信号、车身垂向速度信号，车身垂向位移信号以及悬架动行程信号传给系统辨识模块Ⅲ进行系统辨识，以实时监测出车辆垂向振动系统参数的变化；

(四)根据步骤（三）辨识得到的系统参数实时调整自适应状态观测模块Ⅳ中的系统参数；

(五)将车身加速度信号、车身垂向位移信号以及悬架动行程信号传给自适应状态观测模块Ⅳ，以实现对路面输入的辨识；