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1、(10)申请公布号 CN 103529696 A (43)申请公布日 2014.01.22 CN 103529696 A (21)申请号 201310475630.X (22)申请日 2013.10.12 G05B 11/42(2006.01) H03H 17/00(2006.01) (71)申请人 上海信耀电子有限公司 地址 201821 上海市嘉定区嘉定工业区招贤 路 928 号 2 幢 1 楼 (72)发明人 陈思益 朱懿 王永和 石超 (74)专利代理机构 上海光华专利事务所 31219 代理人 张明 (54) 发明名称 适用于车身高度判断的 PID 滤波方法和 PID 滤波电路 (5。
2、7) 摘要 本发明提供一种适用于车身高度判断的 PID 滤波方法和 PID 滤波电路， 所述 PID 方法包括 ： 获得采集的车身高度信息 ； 获取车辆的行驶信 息， 根据所述行驶信息来确定所述车辆的车辆状 态 ； 利用惯性环节及加载于所述惯性环节上的比 例-积分-微分PID调节， 接收采集的车身高度信 息并对所述车身高度信息进行滤波后输出滤波结 果 ； 所述比例-积分-微分PID调节的控制系数是 由所述车辆状态决定的。本发明可根据车辆行驶 状况， 灵活选择控制环境， 改变 PID 调节中的各个 控制系数， 从而大大改善了原来一阶惯性系统的 滤波效果， 无论从动态性和抗干扰性都有很大优 势。 。
3、(51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 10 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书10页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103529696 A CN 103529696 A 1/3 页 2 1. 一种适用于车身高度判断的 PID 滤波方法， 其特征在于， 包括 ： 获得采集的车身高度信息 ； 获取车辆的行驶信息， 根据所述行驶信息来确定所述车辆的车辆状态 ； 利用惯性环节及加载于所述惯性环节上的比例 - 积分 - 微分 PID 调节， 接收采集的车 身高度信息并对所述车身高度信息进行滤波后输出滤波结果 ； 所述比。
4、例 - 积分 - 微分 PID 调节的控制系数是由所述车辆状态决定的。 2.如权利要求1所述的适用于车身高度判断的PID滤波方法， 其特征在于， 所述惯性环 节为一阶惯性环节， 其传递函数为 ：等效于在一个积分环节上加一负反 馈。 3. 如权利要求 2 所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波方法， 其特征在于， 所述比 例 - 积分 - 微分 PID 调节包括 ： 比例环节 P、 积分环节 I、 以及微分环节 D， 其中， 所述比例环 节 P 由比例系数 KP控制， 所述积分环节 I 由积分系数 KI控制， 所述微分环节 D 由微分系数 KD控制 ； 加载有比例 - 积分 - 微分 PID 。
5、调节的惯性环节的传递函数为 ： 其中， E(s) 为输入值 R(s) 和输出值 C(s) 的偏差值 ； KP为比例环节 P 的比例系数 ； KD为 微分环节 D 的微分系数 ； KI为积分环节 I 的积分系数。 4. 如权利要求 3 所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波方法， 其特征在于， 所述比 例 - 积分 - 微分 PID 调节中所述微分环节 D 为具有低通滤波效果的不完全微分环节。 5. 如权利要求 2 所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波方法， 其特征在于， 所述比 例 - 积分 - 微分 PID 调节包括 ： 比例 - 积分环节 PI、 以及加载于所述惯性环节的负反馈上 的。
6、微分先行环节 D1 ； 所述微分先行环节 D1 的传递函数为 ： G微分先行(s)=K微分先行s+1 其中， K微分先行为微分先行系数。 6. 如权利要求 4 所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波方法， 其特征在于 ： 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节还包括加载于所述惯性环节的负反馈上的微分先行环 节 D1 ； 所述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 分别由微分系数 KD和微分先行系数 K微分先行来 控制， 且， 所述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 不能同时使用， 即， 微分系数 KD和微分先 行系数 K微分先行中的至少一个得取 0， 微分系数 KD和微分先行系数 K。
7、微分先行中的任一者取 0 值 时， 即表示屏蔽与所述微分系数KD对应的所述微分环节D或屏蔽与微分先行系数K微分先行对 应的所述微分先行环节 D1。 7.如权利要求1所述的适用于车身高度判断的PID滤波方法， 其特征在于， 获取车辆当 前的行驶信息， 根据所述行驶信息来确定所述车辆的车辆状态， 包括 ： 获取车辆行驶过程中的行驶信息， 所述行驶信息包括但不限于 ： 车速信号、 刹车信号、 以及油门信号 ； 权 利 要 求 书 CN 103529696 A 2 2/3 页 3 将获取的所述行驶信息输入一真值表中来获得与所述行驶信息对应的车辆状态， 所述 车辆状态包括但不限于 ： 低速行驶、 低速加。
8、速、 低速减速、 低速状态切换、 高速行驶、 高速加 速、 高速减速、 以及高速状态切换。 8. 一种适用于车身高度判断的 PID 滤波电路， 其特征在于， 包括 ： 惯性环节 ； 加载在所述惯性环节上的比例 - 积分 - 微分 PID 调节， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调 节与所述惯性环节配合， 用于接收采集的车身高度信息并对所述车身高度信息进行滤波后 输出滤波结果 ； 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节的控制系数是由车辆行驶信息所确定的车 辆状态而决定的。 9.如权利要求8所述的适用于车身高度判断的PID滤波电路， 其特征在于， 所述惯性环 节为一阶惯性环节， 其传递函。
9、数为 ：等效于在一个积分环节上加一负反 馈 ； 所述惯性环节相当于将输入值 R(s) 和输出值 C(s) 的偏差值 E(s) 通过积分环节作积 分， 即 ： 10. 如权利要求 9 所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波电路， 其特征在于 ： 所述比例-积分-微分PID调节与所述积分环节相连， 包括 ： 相互并联的比例环节P、 积分环节 I、 以及微分环节 D， 其中， 所述比例环节 P 由比例系数 KP控制， 所述积分环节 I 由 积分系数 KI控制， 所述微分环节 D 由微分系数 KD控制 ； 加载有比例 - 积分 - 微分 PID 调节的惯性环节的传递函数为 ： 其中， E(s) 为输。
10、入值 R(s) 和输出值 C(s) 的偏差值 ； KP为比例环节 P 的比例系数 ； KD为 微分环节 D 的微分系数 ； KI为积分环节 I 的积分系数。 11. 如权利要求 10 所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波电路， 其特征在于， 所述比 例 - 积分 - 微分 PID 调节还包括与所述微分环节 D 的前端相连的低通滤波器， 使得所述微 分环节 D 和所述低通滤波器构成不完全微分环节。 12. 如权利要求 9 所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波电路， 其特征在于， 所述比 例-积分-微分PID调节包括 ： 与所述积分环节相连的比例-积分环节PI、 以及位于所述 负反馈处的微。
11、分先行环节 D1， 所述微分先行环节 D1 的输出信号中包括有被控参数及其变 化速度值， 将所述被控参数及其变化速度值作为测量值输入到所述比例 - 积分环节 PI 中 ； 所述微分先行环节 D1 的传递函数为 ： G微分先行(s)=K微分先行s+1 其中， K微分先行为微分先行系数。 13. 如权利要求 11 所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波电路， 其特征在于 ： 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节还包括位于所述负反馈处的微分先行环节 D1 ； 权 利 要 求 书 CN 103529696 A 3 3/3 页 4 所述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 分别由微分系数 KD。
12、和微分先行系数 K微分先行来 控制， 且， 所述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 不能同时使用， 即， 微分系数 KD和微分先 行系数 K微分先行中的至少一个得取 0， 微分系数 KD和微分先行系数 K微分先行中的任一者取 0 值 时， 即表示屏蔽与所述微分系数KD对应的所述微分环节D或屏蔽与微分先行系数K微分先行对 应的所述微分先行环节 D1。 14. 如权利要求 8 所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波电路， 其特征在于， 所述行驶 信息包括但不限于 ： 车速、 刹车、 以及油门， 由所述行驶信息所确定的车辆状态包括但不限 于 ： 低速加速、 高速加速、 高速刹车、 低速刹车、 。
13、高速行驶、 低速行驶、 低速状态切换、 以及高 速状态切换。 权 利 要 求 书 CN 103529696 A 4 1/10 页 5 适用于车身高度判断的 PID 滤波方法和 PID 滤波电路 技术领域 0001 本发明属于汽车领域， 特别是涉及一种适用于车身高度判断的 PID 滤波方法和 PID 滤波电路。 背景技术 0002 汽车作为便捷的运输工具， 随着人们的生活水平提升， 在我国已经逐步走入家庭。 至 2009 年， 我国的汽车全年产销量位居世界第一。 0003 车身高度是一个在汽车的多个控制器算法中常用的参数， 它通常是由车身高度传 感器来测量的。但是， 由于在车辆行驶的实际过程中，。
14、 可能受到多种类型的激振源干扰， 使 得车身高度传感器读取得到的车身高度信息无法用来准确有效地判断车身的实际姿态。 0004 这些激振源干扰主要有如下几个 ： 0005 路面不平度 ： 路面不平度包括从局部路面损坏产生的凹坑到反映路面建设及维护 实际精确度界限始终存在的随机的路面高度的变化。 当然， 即使是平整的高速公路上， 也无 法做到道路完全平整以至于不对车身高度产生影响。 0006 轮胎 / 车轮总成 ： 总成中各个元件沿着或相对旋转轴质量的不均匀分布产生不平 衡， 因而同时产生径向和纵向的激振。 0007 传动系统激振 ： 传动系统包括传动轴、 驱动轴内的注减速齿轮和差速器以及连接 到。
15、车轮的驱动轴， 由于结构不对称、 摆差、 结构松动等种种原因会带来激振。 0008 发动机 / 变速器 ： 发动机是车辆的主要动力来源， 它旋转和传递扭矩到传动系统， 使其可能成为车辆上激振来源。 0009 以上这些激振和其他的干扰因素互相作用互相叠加， 导致使用车身高度传感器的 实际数据无法得到实际的车身姿态。 0010 而车辆中主要关注的是车身姿态， 造成车身姿态变化的原因主要有车载重量的变 化， 车辆刹车、 加速， 和上下坡等因素。这些变化相对周期比较长， 例如刹车会导致车身前 倾， 然后回复， 整个过程大概经过 5s 10s。对车身高度曲线进行适当的滤波， 找出契合其 变化趋势的曲线，。
16、 便可以接近、 合理的呈现车身姿态。 0011 可见， 对车身高度曲线的滤波是有其必要性， 而良好的滤波效果， 对涉及的控制器 算法颇有裨益。 发明内容 0012 鉴于以上所述现有技术的缺点， 本发明的目的在于提供一种适用于车身高度判断 的滤波技术， 以解决车身高度传感器的实际采集到的车身高度信号振荡很大， 无法准确描 述出车身状态， 很难被车辆控制器所直接使用等问题。 0013 为解决上述问题及其他问题， 本发明在一方面提供一种适用于车身高度判断的 PID 滤波方法， 包括 ： 获得采集的车身高度信息 ； 获取车辆的行驶信息， 根据所述行驶信息 来确定所述车辆的车辆状态 ； 利用惯性环节及加。
17、载于所述惯性环节上的比例 - 积分 - 微分 说 明 书 CN 103529696 A 5 2/10 页 6 PID 调节， 接收采集的车身高度信息并对所述车身高度信息进行滤波后输出滤波结果 ； 所 述比例 - 积分 - 微分 PID 调节的控制系数是由所述车辆状态决定的。 0014 可选地， 所述惯性环节为一阶惯性环节， 其传递函数为 ：等效于 在一个积分环节上加一负反馈。 0015 可选地， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节包括 ： 比例环节 P、 积分环节 I、 以及微分 环节 D， 其中， 所述比例环节 P 由比例系数 KP控制， 所述积分环节 I 由积分系数 KI控制， 所。
18、 述微分环节 D 由微分系数 KD控制 ； 加载有比例 - 积分 - 微分 PID 调节的惯性环节的传递函 数为 ：其中， E(s) 为输入值 R(s) 和输出值 C(s) 的偏差值 ； KP为比例环节 P 的比例系数 ； KD为微分环节 D 的微分系数 ； KI为积分环节 I 的积分系数。 0016 可选地， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节中所述微分环节 D 为具有低通滤波效果 的不完全微分环节。 0017 可选地， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节包括 ： 比例 - 积分环节 PI、 以及加载于所 述惯性环节的负反馈上的微分先行环节 D1 ； 所述微分先行环节 D1 。
19、的传递函数为 ： G微分先行 (s)=K微分先行s+1， 其中， K微分先行为微分先行系数。 0018 可选地， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节还包括加载于所述惯性环节的负反馈上 的微分先行环节 D1 ； 所述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 分别由微分系数 KD和微分先 行系数 K微分先行来控制， 且， 所述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 不能同时使用， 即， 微分 系数 KD和微分先行系数 K微分先行中的至少一个得取 0， 微分系数 KD和微分先行系数 K微分先行 中的任一者取 0 值时， 即表示屏蔽与所述微分系数 KD对应的所述微分环节 D 或屏蔽与微分 先行系。
20、数 K微分先行对应的所述微分先行环节 D1。 0019 可选地， 获取车辆当前的行驶信息， 根据所述行驶信息来确定所述车辆的车辆状 态， 包括 ： 获取车辆行驶过程中的行驶信息， 所述行驶信息包括但不限于 ： 车速信号、 刹车 信号、 以及油门信号 ； 将获取的所述行驶信息输入一真值表中来获得与所述行驶信息对应 的车辆状态， 所述车辆状态包括但不限于 ： 低速行驶、 低速加速、 低速减速、 低速状态切换、 高速行驶、 高速加速、 高速减速、 以及高速状态切换。 0020 本发明在另一方面提供适用于车身高度判断的 PID 滤波电路， 包括 ： 惯性环节 ； 加 载在所述惯性环节上的比例 - 积分。
21、 - 微分 PID 调节， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节与所 述惯性环节配合， 用于接收采集的车身高度信息并对所述车身高度信息进行滤波后输出滤 波结果 ； 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节的控制系数是由车辆行驶信息所确定的车辆状态 而决定的。 0021 可选地， 所述惯性环节为一阶惯性环节， 其传递函数为 ：等效于 在一个积分环节上加一负反馈 ； 所述惯性环节相当于将输入值 R(s) 和输出值 C(s) 的偏 说 明 书 CN 103529696 A 6 3/10 页 7 差值 E(s) 通过积分环节作积分， 即 ： 0022 可选地， 所述比例 - 积分 - 微分 P。
22、ID 调节与所述积分环节相连， 包括 ： 相互并联 的比例环节 P、 积分环节 I、 以及微分环节 D， 其中， 所述比例环节 P 由比例系数 KP控制， 所述 积分环节I由积分系数KI控制， 所述微分环节D由微分系数KD控制 ； 加载有比例-积分-微 分 PID 调节的惯性环节的传递函数为 ：其 中， E(s) 为输入值 R(s) 和输出值 C(s) 的偏差值 ； KP为比例环节 P 的比例系数 ； KD为微分环 节 D 的微分系数 ； KI为积分环节 I 的积分系数。 0023 可选地， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节还包括与所述微分环节 D 的前端相连的 低通滤波器， 使得所。
23、述微分环节 D 和所述低通滤波器构成不完全微分环节。 0024 可选地， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节包括 ： 与所述积分环节相连的比例 - 积 分环节PI、 以及位于所述负反馈处的微分先行环节D1， 所述微分先行环节D1的输出信号中 包括有被控参数及其变化速度值， 将所述被控参数及其变化速度值作为测量值输入到所述 比例 - 积分环节 PI 中 ； 所述微分先行环节 D1 的传递函数为 ： G微分先行(s)=K微分先行s+1， 其 中， K微分先行为微分先行系数。 0025 可选地， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节还包括位于所述负反馈处的微分先行环 节 D1 ； 所述。
24、微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 分别由微分系数 KD和微分先行系数 K微分先行 来控制， 且， 所述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 不能同时使用， 即， 微分系数 KD和微分 先行系数 K微分先行中的至少一个得取 0， 微分系数 KD和微分先行系数 K微分先行中的任一者取 0 值时， 即表示屏蔽与所述微分系数KD对应的所述微分环节D或屏蔽与微分先行系数K微分先行 对应的所述微分先行环节 D1。 0026 可选地， 所述行驶信息包括但不限于 ： 车速、 刹车、 以及油门， 由所述行驶信息所确 定的车辆状态包括但不限于 ： 低速加速、 高速加速、 高速刹车、 低速刹车、 高速行驶、。
25、 低速行 驶、 低速状态切换、 以及高速状态切换。 0027 本发明所提供的适用于车身高度判断的 PID 滤波方法和 PID 滤波电路， 利用惯性 环节及加载于所述惯性环节上的比例 - 积分 - 微分 PID 调节， 可对接收采集的车身高度信 息进行滤波处理并输出滤波结果， 在实际应用中， 可根据车辆行驶状况， 灵活选择控制环 境， 改变 PID 调节中的各个控制系数， 从而大大改善了原来一阶惯性系统的滤波效果， 无论 从动态性和抗干扰性都有很大优势。 附图说明 0028 图 1 为本发明 PID 滤波方法的流程示意图。 0029 图 2 为图 1 中步骤 S103 的进一步流程示意图。 00。
26、30 图 3 为本发明 PID 滤波电路的系统框图。 0031 图 4 为图 3 中惯性环节的系统框图。 0032 图 5 为图 3 中 PID 环节内部框图。 说 明 书 CN 103529696 A 7 4/10 页 8 0033 图 6 为采用不完全微分环节的 PID 环节内部框图。 0034 图 7 为采用微分先行环节的系统框图。 0035 图 8 为集合不完全微分环节和微分先行环节的 PID 环节的系统框图。 0036 图 9 为阶段加速 - 前传感器高度采样曲线。 0037 图 10 为阶段加速 - 速度曲线。 0038 图 11 为阶段加速 - 油门曲线。 0039 图 12 为。
27、阶段加速 - 滤波效果图。 具体实施方式 0040 本发明的发明人发现 ： 在现有技术中， 车身高度传感器的实际采集到的车身高度 信号振荡很大， 无法准确描述出车身状态， 很难被车辆控制器所直接使用， 而通过简单的惯 性环节进行滤波的效果不佳。 0041 因此， 本发明的发明人对现有技术进行了改进， 提供一种适用于车身高度判断的 PID滤波方法和PID滤波电路， 可根据车辆行驶状况， 灵活选择控制环境， 改变PID调节中的 各个控制系数， 从而可对采集的车身高度信息进行滤波， 从而大大改善了原来一阶惯性系 统的滤波效果， 可被车辆控制器所直接使用。 0042 以下通过特定的具体实例说明本发明的。
28、实施方式， 本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。 本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用， 本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用， 在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。 0043 需要说明的是， 本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想， 遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、 形状及尺寸绘 制， 其实际实施时各组件的型态、 数量及比例可为一种随意的改变， 且其组件布局型态也可 能更为复杂。 0044 本发明提供了一种适用于车身高度判断的 PID 滤波方法。图 1 即显示了所述 PI。
29、D 滤波方法的流程示意图。在实际应用中， 本发明的 PID 滤波方法用于对采集的车身高度信 息进行滤波， 从而改善车身高度信息的滤波效果， 使得高度传感器读取得高度信息能准确 有效地判断车身的实际姿态。 0045 如图 1 所示， 所述 PID 滤波方法包括 ： 0046 步骤S101， 获得采集的车身高度信息。 在本实施例中， 所述车身高度信息是由配置 在车辆前后轮的前后高度传感器 （但并不以此为限， 配置在车辆上的位置及数量仍可有其 他变化） 所采集的。 0047 步骤S103， 利用惯性环节及加载于所述惯性环节上的比例-积分-微分PID调节， 对接收采集的车身高度信息进行滤波后输出滤波结。
30、果。 在本实施例中， 所述比例-积分-微 分 PID 调节的控制系数是由车辆行驶信息所确定的车辆状态而决定的。如图 2 所示， 步 骤 S103 更进一步包括 ： S103a、 获取车辆当前的行驶信息 ； S103b、 根据所获取的所述行驶信 息， 确定所述车辆的车辆状态 ； 在本实施例中， 所述行驶信息包括但不限于 ： 车速信号、 刹 车信号、 以及油门信号， 由所述行驶信息所确定的车辆状态包括但不限于 ： 低速行驶、 低速 加速、 低速减速、 低速状态切换、 高速行驶、 高速加速、 高速减速、 以及高速状态切换 ； S103c、 说 明 书 CN 103529696 A 8 5/10 页 。
31、9 根据所确定的所述车辆状态， 选用所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节中的各个控制系数。 0048 针对上述的惯性环节， 所述惯性环节为一阶惯性环节， 其传递函数为 ： 等效于在一个积分环节上加一负反馈。 0049 针对加载于所述惯性环节上的比例 - 积分 - 微分 PID 调节， 所述比例 - 积分 - 微 分 PID 调节中的控制参数可包括但不限于 ： 比例系数 KP、 积分系数 KI、 微分系数 KD、 以及微 分先行系数K微分先行。 根据不同的车辆状态， 选取各个所述控制系数的选取， 从而可对车身高 度信息实现良好的滤波效果。 比例系数KP， 可以针对偏差直接进行控制， 一旦输。
32、入值发生变 化， 就能是滤波值向输入值靠拢， 使偏差值变小， 偏差减小的速度取决于 KP的大小， 但 KP过 大的话， 在输入震荡强烈的情况下， 滤波值也跟着振荡。比例系数 KP适用于大多数情况下， 大小根据需要有所不同。在车身变化幅度比较大 （如低速下加速） ， 虽然其变化幅度大， 但振 荡现象比较弱， 增大 KP可以有效改善滤波动态性。积分系数 KI， 可以让输入值和滤波值之 间的偏差积累， 并施加指向输入值的作用力， 这种调整缓慢、 稳定， 可以消除比例控制所没 办法消除的静差。 但积分控制会有一定的惯性， 会造成滤波值超调， 大小选用需依据实际情 况。为避免超调作用， 实施方案中采用边。
33、界清零的操作。一旦偏差值和积分值作用方向相 反 （符号相反） ， 代表积分效果达到， 为避免过冲， 将其清 0 （可根据实际情况来选择是否进行 上述操作） 。微分系数 KD， 可以让滤波值更快的靠近输入值， 有一定提前预判性。微分先行 系数 K微分先行， 微分先行控制只对反馈量进行微分， 而对输入值不作微分， 这种先行微分控制 适用于输入值频繁升降的场合。微分先行对信号的输出有一个平滑的作用， 但也会相对减 慢系统的响应速度。微分先行适合在车身无大幅度变动且存在小幅频繁振动， 如低速和高 速匀速行驶的情况， 对滤波值有平滑的作用。 0050 在一个实施例中， 所述比例 - 积分 - 微分 PI。
34、D 调节包括 ： 比例环节 P、 积分环节 I、 以及微分环节 D， 其中， 所述比例环节 P 由比例系数 KP控制， 所述积分环节 I 由积分系数 KI 控制， 所述微分环节D由微分系数KD控制 ； 加载有比例-积分-微分PID调节的惯性环节的 传递函数为 ：其中， E(s) 为输入值 R(s) 和 输出值 C(s) 的偏差值 ； KP为比例环节 P 的比例系数 ； KD为微分环节 D 的微分系数 ； KI为积 分环节 I 的积分系数。 0051 进一步地， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节中所述微分环节 D 为具有低通滤波效 果的不完全微分环节。 所述不完全微分环节D由微分系数K。
35、D控制， 通过增加低通滤波效果， 可以有效减小振荡的影响， 可提高高频干扰的抑制效果， 而， 不完全微分的作用是在避免高 频干扰的前提下增加了系统的动态性能， 使其响应更快， 从而可适用于车身姿态有较大变 化的情况 （比如 ： 刹车、 加速） 。 0052 在另一实施例中， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节包括 ： 比例 - 积分环节 PI、 以及 加载于所述惯性环节的负反馈上的微分先行环节 D1 ； 所述微分先行环节 D1 的传递函数为 ： G微分先行(s)=K微分先行 s+1， 其中， K微分先行为微分先行系数。 在这里， 是将微分作用提前， 即包含 了一个先行的微分环节， 微分。
36、先行的作用是在输出仍有极大波动的情况下， 对其进行平滑， 适用于在均值变化不大， 扰动却非常显著的情况下， 可适用于车身姿态变化较小、 激振影响 却很大的情况。 说 明 书 CN 103529696 A 9 6/10 页 10 0053 在又一实施例中， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节包括 ： 比例环节 P、 积分环节 I、 具有低通滤波效果的不完全微分环节 D、 以及微分先行环节 D1， 其中， 所述比例环节 P 由比 例系数 KP控制， 所述积分环节 I 由积分系数 KI控制， 所述不完全微分环节 D 由微分系数 KD 控制， 所述微分先行环节 D1 由微分先行系数 K微分先行。
37、控制， 需特别说明的是， 在本发明中， 所 述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 不能同时使用， 即 ： 由于使用情况不同， 两者只取其 一。 0054 由上可知， 本发明所述的适用于车身高度判断的 PID 滤波方法， 根据车辆行驶状 况， 灵活选择控制环境， 改变控制系数， 同时结合了不完全微分环节、 微分先行环节对 PID 调节进行改良， 从而改善滤波效果。 0055 请参阅图 3， 显示了本发明所提供的一种适用于车身高度判断的 PID 滤波电路的 系统框图。在实际应用中， 本发明的 PID 滤波电路用于对采集的车身高度信息进行滤波， 从 而改善车身高度信息的滤波效果， 使得高度传感器。
38、读取得高度信息能准确有效地判断车身 的实际姿态。 另外， 所述车身高度信息是由配置在车辆前后轮的前后高度传感器 （但并不以 此为限， 配置在车辆上的位置及数量仍可有其他变化） 所采集的。 0056 如图 3 所示， 本发明的 PID 滤波电路包括 ： 惯性环节 ； 加载在所述惯性环节上的比 例 - 积分 - 微分 PID 调节， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节的控制系数是由车辆行驶信息 所确定的车辆状态而决定的。 所述行驶信息包括但不限于 ： 车速、 刹车、 以及油门， 由所述行 驶信息所确定的车辆状态包括但不限于 ： 低速加速、 高速加速、 高速刹车、 低速刹车、 高速行 驶、 。
39、低速行驶、 低速状态切换、 以及高速状态切换。 在实际应用中， 根据不同的车辆状态而自 适应地调节所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节的控制系数。 0057 另请参阅图 4， 其显示了图 3 中惯性环节的系统框图。如图 4 所示， 惯性环节为一 阶惯性环节， 可对前后车身高度传感器采到车身高度曲线进行滤波， 所述惯性环节的传递 函数为 ：等效于在一个积分环节上加一负反馈。 所述惯性环节相当于将 输入值 R(s) 和输出值 C(s) 的偏差值 E(s) 通过积分环节作积分， 即 ：偏差 值 E(s) 以积分的形式来改变输出值 C(s)， 让输出值 C(s) 逼近输入值 R(s)。可见， 所。
40、述惯 性环节可以滤掉一些高频信号， 但离控制目标还有很大的差距。 0058 请继续参阅图 5， 其显示了图 3 中比例 - 积分 - 微分 PID 调节的内部框图。本 发明即是在原有的惯性环节中创造性地加入有比例 - 积分 - 微分 PID 调节。结合图 3 和图 5， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节与所述积分环节相连， 包括 ： 相互并联的比例 环节 P、 积分环节 I、 以及微分环节 D， 其中， 所述比例环节 P 由比例系数 KP控制， 所述积 分环节 I 由积分系数 KI控制， 所述微分环节 D 由微分系数 KD控制。这样， 在图 3 中， 本 发明在原有的惯性环节中加入有。
41、比例 - 积分 - 微分 PID 调节的目的即在于以 PID 调节 来控制偏差量 E(s)， 使得输出值 C(s) 按照实际要求来逼近输入值 R(s)， 以达到符合要 求的滤波效果。具体地， 加带有比例 - 积分 - 微分 PID 调节的惯性环节的传递函数为 ： 说 明 书 CN 103529696 A 10 7/10 页 11 其中， 其中， C（s） 为系统输出值， R（s） 为 系统输入值， E（s） 为输入值和输出值的偏差值 ； KP为比例环节 P 的比例系数 ； KD为微分环 节 D 的微分系数 ； KI为积分环节 I 的积分系数。比例系数 KP， 可以针对偏差直接进行控制， 一旦输。
42、入值发生变化， 就能是滤波值向输入值靠拢， 使偏差值变小， 偏差减小的速度取决于 KP的大小， 但 KP过大的话， 在输入震荡强烈的情况下， 滤波值也跟着振荡。比例系数 KP适用 于大多数情况下， 大小根据需要有所不同。在车身变化幅度比较大 （如低速下加速） ， 虽然其 变化幅度大， 但振荡现象比较弱， 增大 KP可以有效改善滤波动态性。积分系数 KI， 可以让输 入值和滤波值之间的偏差积累， 并施加指向输入值的作用力， 这种调整缓慢、 稳定， 可以消 除比例控制所没办法消除的静差。 但积分控制会有一定的惯性， 会造成滤波值超调， 大小选 用需依据实际情况。为避免超调作用， 实施方案中采用边界。
43、清零的操作。一旦偏差值和积 分值作用方向相反 （符号相反） ， 代表积分效果达到， 为避免过冲， 将其清 0 （可根据实际情况 来选择是否进行上述操作） 。微分系数 KD， 可以让滤波值更快的靠近输入值， 有一定提前预 判性。 0059 另外， 由于车身高度信息受到激振源影响， 受到很多高频干扰， 比例 - 积分 - 微分 PID 调节中的微分环节 D 虽然改善了系统的动态特性， 但对干扰特别敏感， 有时反而会降低 控制效果。有鉴于此， 进一步地， 提出了一种改进结构， 具体请参阅图 6， 相对于图 5 中的比 例 - 积分 - 微分 PID 调节， 在图 6 中， 所述比例 - 积分 - 微。
44、分 PID 调节还包括与所述微分环 节 D 的相连的前置低通滤波器 （即在所述微分环节 D 的前端加带有低通滤波器） ， 低通滤波 器的选择可根据实际情况来选用。由此， 使得所述低通滤波器和所述微分环节 D 构成不完 全微分环节， 所述不完全微分环节 D 由微分系数 KD控制， 通过加带的低通滤波器， 可提高高 频干扰的抑制效果， 而， 不完全微分的作用是在避免高频干扰的前提下增加了系统的动态 性能， 使其响应更快。 所述改进方案适用于车身姿态有较大变化的情况 （比如 ： 刹车、 加速） 。 0060 再有， 在车身姿态变化不大但激振源干扰强烈的情况下， 可采用如图 7 所示的加 入微分先行环。
45、节的控制方式。 在所述微分先行环节的控制方式中， 是将微分作用提前， 即包 含了一个先行的微分环节。所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节包括 ： 与所述积分环节相连 的比例 - 积分环节 PI、 以及位于负反馈处的微分先行环节 D1， 所述微分先行环节 D1 的输出 信号中包括有被控参数及其变化速度值， 用于将所述被控参数及其变化速度值作为测量值 输入到所述比例 - 积分环节 PI 中， 可使系统克服超调的作用加强， 从而补偿过程滞后达到 改善系统控制品质的目的。所述微分先行环节 D1 的传递函数为 ： G微分先行(s)=K微分先行 s+1， 其中， K微分先行为微分先行系数。由上可见，。
46、 微分先行系数 K微分先行， 微分先行控制只对反馈量 进行微分， 而对输入值不作微分， 这种先行微分控制适用于输入值频繁升降的场合。 微分先 行的作用是在输出仍有极大波动的情况下， 对其进行平滑， 适用于在均值变化不大， 扰动却 非常显著的情况下。此改进方案适用于车身姿态变化较小， 激振影响却很大的情况。 0061 由上可知， 图6所示的不完全微分环节和图7所示的微分先行环节均是图5中PID 调节的一些变化例， 其中， 图 6 所示的不完全微分环节可适用于车身姿态有较大变化的情 况 （比如 ： 刹车、 加速） ， 图 7 所示的微分先行环节可适用于车身姿态变化较小、 激振影响却 很大的情况。因。
47、此， 特别地， 在另一实施例中， 发明人创造性地将图 6 所示的不完全微分环 说 明 书 CN 103529696 A 11 8/10 页 12 节和图 7 所示的微分先行环节集成在一个控制系统中， 具体可参阅图 8。如图 8 所示， 与所 述积分环节相连有 PID 调节， 所述比例 - 积分 - 微分 PID 调节包括 ： 相互并联的比例环节 P、 积分环节I、 以及微分环节D， 且， 在所述微分环节D的前端还配置有一低通滤波器， 其中， 所述比例环节 P 由比例系数 KP控制， 所述积分环节 I 由积分系数 KI控制， 所述微分环节 D 由微分系数 KD控制。再有， 在所述惯性环节配置有微。
48、分先行环节 D1， 所述微分先行环节 D1 有微分先行系数 K微分先行控制。在图 8 中， 不完全微分环节和微分先行环节集成在一个控制 系统中， 所述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 分别由微分系数 KD和微分先行系数 K微分 先行来控制。需特别说明的是， 在本发明中， 所述微分环节 D 和所述微分先行环节 D1 不能同 时使用， 即 ： 由于使用情况不同， 两者只取其一。具体地 ： 比例系数 KP、 积分系数 KI、 微分系 数 KD和微分先行系数 K微分先行的取值大于等于 0， 任一控制系数取 0 即表示屏蔽该控制系数 所对应的环节， 其中， 微分系数 KD和微分先行系数 K微分先行。
49、中的至少一个得取 0， 微分系数 KD 和微分先行系数K微分先行中的任一者取0值时， 即表示屏蔽与所述微分系数KD对应的所述微 分环节 D 或屏蔽与微分先行系数 K微分先行对应的所述微分先行环节 D1。 0062 本发明所提供的适用于车身高度判断的 PID 滤波电路， 包括 ： 惯性环节和加载在 所述惯性环节上的比例 - 积分 - 微分 PID 调节。在实际应用中， 可根据车辆行驶状况， 灵活 选择控制环境， 改变 PID 调节中的各个控制系数， 从而大大改善了原来一阶惯性系统的滤 波效果。 0063 以下就以具体实例来说明本发明适用于车身高度判断的 PID 滤波方法和 PID 滤 波电路。在以下具体实例中， 我们实验所应用的车型为 ： 君越 2010， 各个控制系数的设定如 下 ： 比例系数 KP范围 ： 0 4 ； 积分系数 KI范围 ： 0 4 ；（不完全） 微分系数 KD范围 ： 0 3 ； 微分先行系数 K微分先行范围 ： 0 2。 0064 各个所述控制系数的取值范围如下表所示 ： 0。