[发明专利]自适应时频域混合滤波的应急救援车辆振动位移重构方法

说明书

本发明公开了一种自适应时频域混合滤波的应急救援车辆振动位移重构方法，通过离散傅里叶变换将测量出的时域加速度信号转变为频域信号，在频域内进行第一次积分得到速度信号；再通过傅里叶逆变换为时域速度信号；在时域内进行第二次积分得到初步位移信号。同时基于行车舒适性界限对公路路面进行分级，选择计算不同路面等级下车体振动频率值，作为高通数字滤波器阈值频率，滤波得到车体振动位移。本发明方法采用频域与时域混合积分，可有效消除单独采用时域或频域积分方法产生的累积误差；自适应滤波器阈值频率满足不同等级路面下车辆振动位移重构的要求，提高车辆振动位移重构精度和准确性，为应急救援车辆控制车身位姿、保持行驶平顺性和操纵稳定性提供依据。

技术领域

本发明涉及车辆振动位移测量领域，具体涉及一种面向应急救援车辆振动位移重构的信号处理方法。

背景技术

振动位移的准确获取，是应急救援车辆控制车身位姿、保持行驶平顺性和操纵稳定性的重要依据。应急救援车辆载重量大、行驶工况复杂、外形较大且不规则，加之位移传感器对安装位置、安装空间等测试条件的限定，参见一篇文献名为《车辆限界校核中动态位移的静态测量》，对于车体振动位移的测量具有一定难度。

采用加速度传感器测试并进行两次积分得到位移信号的方案相对简便易行，请参见一篇文献名为《用于强震记录仿真地动位移的高精度累积数值积分方法研究》。但是时域积分不可避免会使加速度信号中含带趋势项等干扰因素，同时伴有噪声信号。所以在时域积分中需要进行去趋势项和滤波处理，然而信号的趋势项误差不可能被完全剔除，残余量在二次积分的过程中会被累积放大。参见中国专利名称为《基于数值积分的加速度信号测取位移方法》(申请号为201310637543.X)。加速度积分计算得到的位移会出现漂移失真现象。

采用频域积分的方案，借助傅里叶变换，可在频域内直接以正、余弦形式的积分互换关系规避时域内积分对微小误差的累积放大作用。但是频域积分具有对低频敏感的缺点，参见一篇文献名为《基于趋势项误差控制的频域积分算法研究与应用》。频域积分中低频截止频率选择主观性强，且会导致信号截止频率下信息丢失。

发明内容

本发明目的在于提供一种简单易行、有效可靠、精度高的自适应时频域混合滤波的应急救援车辆振动位移重构方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法采用频域与时域混合积分方案，由加速度传感器采集的信号依次进行一次频域积分和一次时域积分，经过去除直流项以及自适应滤波处理，消除单独采用时域或频域积分方法产生的累积误差；在速度一定的条件下，应急救援车辆在不同等级路面行驶，路面等级越高，车体振动位移越小，以此为依据，选择计算出自适应滤波器的阈值频率，满足不同行驶路面等级下车辆振动位移重构的要求。

所述方法的具体步骤如下：

Step1：将加速度传感器采集到的离散加速度时域信号进行离散傅里叶变换，得到其频域表达式；

Step2：根据频域积分方法，将频率分量的信号值A(k)进行一次频域积分；

Step3：对频域积分后得到的信号进行傅里叶逆变换，得出速度信号的时域表达式；

Step4：对时域速度信号进行去除直流项处理；

Step5：对Step4得到的信号进行一次时域数值积分，得到位移的时域信号；

Step6：基于行车舒适性界限对路面不平度进行分级，计算选择不同分级路面下车体振动频率；

Step7：将振动频率作为阈值频率输入高通数字滤波器，重构车辆振动位移信号。

进一步地，Step1中，加速度传感器安装在车辆驾驶室内的驾驶座位下，测量驾驶员位置处加速度信息；对加速度传感器测量得到的加速度信号a(t)进行离散傅里叶变换，使其从时域信号转变为频域信号；离散傅里叶变换的计算公式为