一种自供能式车辆主动悬架及其协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自供能式车辆主动悬架，包括并排设置在车身与车桥之间的作动器和弹簧，以及功率模块电路、超级电容和控制器，控制器的输入端接有簧载质量速度传感器和非簧载质量速度传感器，作动器包括活塞筒、直线电机单元、可变阻尼单元、上吊耳、下吊耳、活塞筒上端盖和活塞筒下端盖，直线电机单元包括、活塞杆和多块永磁体，活塞筒内设置有隔板，位于活塞筒上端盖与隔板之间的活塞筒内设置有多块硅钢片和多个初级线圈，变阻尼单元包括活塞和阻尼液通道，阻尼液通道上设置有多个比例电磁阀。本发明专利技术还公开了一种自供能式车辆主动悬架的协调控制方法。本发明专利技术工作稳定性和可靠性高，馈能效率高，实时性高，能够使主动悬架处于最佳的减振状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车辆悬架系统
，具体涉及一种自供能式车辆主动悬架及其协调控制方法。
技术介绍
车辆上广泛使用的是被动悬架,由于悬架弹簧刚度和减振器阻尼无法随路面和车辆行驶状况而改变,设计时只能保证其在某种特定行驶工况下满足减振要求,被动悬架无法从根本上解决车辆平顺性和操纵稳定性之间的矛盾问题，限制了车辆性能的进一步提高，已成为当前车辆设计开发中的关键瓶颈问题之一。主动悬架是根据汽车的运动状态和路况，适时地调节悬架的参数，使其处于最佳减振状态。主动悬架由传感器、作动器、控制器和电源组成的闭环控制系统，根据车辆的运动状况和路面状况主动做出反应，来抑制车身的振动，可以随着道路条件的变化和行驶需要的不同要求而自动地改变弹簧刚度和减振器阻尼系数，适时地调节悬架的参数，使悬架始终处于最佳的减振状态和行驶姿态。但是，现有技术中的能量自供式主动悬架作动器还存在结构复杂、响应慢、可靠性差、能耗大、成本高等缺陷，而且，尤其是当作动器失效时，既不能实现提高车辆乘坐舒适性、操作稳定性的目标，反而又可能使行驶情况恶化；现有专利技术专利大都没有考虑到当电磁作动器发生失效时，悬架性能将会变得非常的恶劣，整车的操稳性和平顺性变差，严重时会影响行驶安全性；而且没有考虑在提高平顺性的情况下尽可能的达到馈能节能这一主题。另外，现有技术中的能量自供式主动悬架作动器的控制方法往往偏重主动悬架的某一方面性能，没有综合能量自供式主动悬架作动器的总体性能，导致作动器在工作过程中主动控制效果不明显，在能量回馈模式与主动控制模式之间转换速度过于频繁，造成系统严重的迟滞效应，对蓄电池的寿命也有较大的影响；而且，现有技术中对作动器中电机转速的控制方法还有待改善，现有技术还不能够使主动悬架处于最佳的减振状态。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自供能式车辆主动悬架，其结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低，工作稳定性和可靠性高，馈能效率高，实时性高，能够使主动悬架处于最佳的减振状态，实用性强，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：包括并排设置在车身与车桥之间的作动器和弹簧，以及功率模块电路、超级电容和控制器，所述控制器的输入端接有用于对簧载质量速度进行检测的簧载质量速度传感器和用于对非簧载质量速度进行检测的非簧载质量速度传感器，所述功率模块电路与控制器和超级电容均连接，所述簧载质量位移传感器设置在车身上，所述非簧载质量位移传感器设置在车桥上；所述作动器包括活塞筒、直线电机单元、可变阻尼单元、上吊耳和下吊耳，所述活塞筒的顶部固定连接有活塞筒上端盖，所述活塞筒的底部固定连接有活塞筒下端盖，所述下吊耳连接在活塞筒下端盖的底部；所述直线电机单元包括从上到下穿过活塞筒上端盖伸入活塞筒内的活塞杆，所述上吊耳连接在活塞杆的顶部，所述活塞杆的上部设置有活塞杆上凸沿，所述活塞杆的下部设置有活塞杆下凸沿，所述活塞杆的外壁上固定连接有位于活塞杆上凸沿与活塞杆下凸沿之间的多块永磁体，相邻两块永磁体的极性相反，所述活塞筒内设置有用于将活塞筒内空间分隔为上部的直线电机腔与下部的阻尼液腔两部分的隔板，所述活塞杆穿过隔板伸入所述阻尼液腔内，位于所述活塞筒上端盖与隔板之间的活塞筒内设置有多块套装在永磁体外围的硅钢片和多个套装在永磁体外围的初级线圈，多块硅钢片和多个初级线圈相互间隔设置；所述阻尼液腔内设置有阻尼液，所述可变阻尼单元包括固定连接在活塞杆下部的活塞和设置在位于所述阻尼液腔内部分的活塞筒内壁上的阻尼液通道，所述阻尼液通道上设置有多个比例电磁阀；所述活塞筒的外壁上设置有控制盒，所述功率模块电路和控制器均设置在控制盒内，所述功率模块电路包括整流器、用于为超级电容充电的超级电容充电电路、用于为初级线圈提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路和用于为比例电磁阀提供稳定的输入电流的第二可控恒流源电路，所述超级电容充电电路接在整流器与超级电容之间，所述第一可控恒流源电路和第二可控恒流源电路均与超级电容的输出端和控制器的输出端连接，多个初级线圈串联后与第一可控恒流源电路的输出端连接，所述比例电磁阀与第二可控恒流源电路的输出端连接，所述整流器的输入端与多个串联后的初级线圈连接。上述的一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：所述上吊耳螺纹连接在活塞杆的顶部，所述下吊耳螺纹连接在活塞筒下端盖的底部。上述的一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：所述隔板的上部设置有密封圈。上述的一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：所述比例电磁阀的数量为2～6个。上述的一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：所述活塞杆的外部设置有不锈钢层。本专利技术还提供了一种方法步骤简单、节约能源的同时能够使主动悬架处于最佳的减振状态的自供能式车辆主动悬架的协调控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤Ⅰ、簧载质量速度传感器对簧载质量速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器对非簧载质量速度进行实时检测；控制器对簧载质量速度传感器检测到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度传感器检测到的非簧载质量速度信号进行周期性采样；步骤Ⅱ、控制器将其第i次采样得到的簧载质量速度与非簧载质量速度的方向进行比较，当簧载质量速度与非簧载质量速度的方向相同时，所述控制器不输出对所述第一可控恒流源电路的控制信号，第一可控恒流源电路不为初级线圈提供电流，所述车辆主动悬架工作在馈能工作模式下，具体的工作过程为：车身振动带动上吊耳运动，上吊耳带动活塞杆运动，多个初级线圈与活塞杆发生相对运动，多个初级线圈切割磁感线产生感应电动势，产生的感应电动势通过整流器整流后，再经过超级电容充电电路给超级电容充电；同时，所述控制器根据车辆悬架LQG控制的方法对其第i次采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分析处理，得到比例电磁阀需要的输入电流即控制器控制第二可控恒流源电路的输出电流改变比例电磁阀的输入电流进而调节比例电磁阀的开度，调节阻尼液通道的阻尼力，进而实现对所述车辆主动悬架阻尼力大小的实时调节；当簧载质量速度与非簧载质量速度的方向相反时，所述控制器输出对所述第一可控恒流源电路的控制信号，第一可控恒流源电路为初级线圈提供电流，所述车辆主动悬架工作在主动耗能工作模式下，具体的工作过程为：首先，所述控制器控制第二可控恒流源电路的输出电流为将比例电磁阀的开度调节到最大时需要的输入电流，使阻尼液通道的阻尼力变为最小，减小所述直线电机单元主动响应时所需的主动力，降低主动耗能工作模式下的能耗；然后，所述控制器根据车辆悬架LQG控制的方法对其第i次采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分析处理，得到多个初级线圈需要的输入电流改变多个初级线圈的输入电流进而调节所述直线电机单元主动响应力大小，所述直线电机单元产生的主动响应力传递给车身；其中，i的取值为非0的自然数。上述的方法，其特征在于：步骤Ⅱ中所述控制器根据车辆悬架LQG控制的方法对其第i次采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分析处理，得到比例电磁阀需要的输入电流的具体过程为:步骤一、所述控制器根据公式计算得到第i次采样得到的簧载质量速度和非簧载质量速度对应的车辆悬架LQG控制下的阻尼力Fi，其中，q1为车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：包括并排设置在车身(8)与车桥(9)之间的作动器(1)和弹簧(2)，以及功率模块电路(3)、超级电容(4)和控制器(5)，所述控制器(5)的输入端接有用于对簧载质量速度进行检测的簧载质量速度传感器(6)和用于对非簧载质量速度进行检测的非簧载质量速度传感器(7)，所述功率模块电路(3)与控制器(5)和超级电容(4)均连接，所述簧载质量位移传感器(6)设置在车身(8)上，所述非簧载质量位移传感器(7)设置在车桥(9)上；所述作动器(1)包括活塞筒(1‑1)、直线电机单元、可变阻尼单元、上吊耳(1‑2)和下吊耳(1‑3)，所述活塞筒(1‑1)的顶部固定连接有活塞筒上端盖(1‑4)，所述活塞筒(1‑1)的底部固定连接有活塞筒下端盖(1‑5)，所述下吊耳(1‑3)连接在活塞筒下端盖(1‑5)的底部；所述直线电机单元包括从上到下穿过活塞筒上端盖(1‑4)伸入活塞筒(1‑1)内的活塞杆(1‑6)，所述上吊耳(1‑2)连接在活塞杆(1‑6)的顶部，所述活塞杆(1‑6)的上部设置有活塞杆上凸沿(1‑8)，所述活塞杆(1‑6)的下部设置有活塞杆下凸沿(1‑9)，所述活塞杆(1‑6)的外壁上固定连接有位于活塞杆上凸沿(1‑8)与活塞杆下凸沿(1‑9)之间的多块永磁体(1‑7)，相邻两块永磁体(1‑7)的极性相反，所述活塞筒(1‑1)内设置有用于将活塞筒(1‑1)内空间分隔为上部的直线电机腔与下部的阻尼液腔两部分的隔板(1‑12)，所述活塞杆(1‑6)穿过隔板(1‑12)伸入所述阻尼液腔内，位于所述活塞筒上端盖(1‑4)与隔板(1‑12)之间的活塞筒(1‑1)内设置有多块套装在永磁体(1‑7)外围的硅钢片(1‑10)和多个套装在永磁体(1‑7)外围的初级线圈(1‑11)，多块硅钢片(1‑10)和多个初级线圈(1‑11)相互间隔设置；所述阻尼液腔内设置有阻尼液(1‑13)，所述可变阻尼单元包括固定连接在活塞杆(1‑6)下部的活塞(1‑14)和设置在位于所述阻尼液腔内部分的活塞筒(1‑1)内壁上的阻尼液通道(1‑15)，所述阻尼液通道(1‑15)上设置有多个比例电磁阀(1‑16)；所述活塞筒(1‑1)的外壁上设置有控制盒(10)，所述功率模块电路(3)和控制器(5)均设置在控制盒(10)内，所述功率模块电路(3)包括整流器(3‑1)、用于为超级电容(4)充电的超级电容充电电路(3‑2)、用于为初级线圈(1‑11)提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路(3‑4)和用于为比例电磁阀(1‑16)提供稳定的输入电流的第二可控恒流源电路(3‑3)，所述超级电容充电电路(3‑2)接在整流器(3‑1)与超级电容(4)之间，所述第一可控恒流源电路(3‑4)和第二可控恒流源电路(3‑3)均与超级电容(4)的输出端和控制器(5)的输出端连接，多个初级线圈(1‑11)串联后与第一可控恒流源电路(3‑4)的输出端连接，所述比例电磁阀(1‑16)与第二可控恒流源电路(3‑3)的输出端连接，所述整流器(3‑1)的输入端与多个串联后的初级线圈(1‑11)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：包括并排设置在车身(8)与车桥(9)之间的作动器(1)和弹簧(2)，以及功率模块电路(3)、超级电容(4)和控制器(5)，所述控制器(5)的输入端接有用于对簧载质量速度进行检测的簧载质量速度传感器(6)和用于对非簧载质量速度进行检测的非簧载质量速度传感器(7)，所述功率模块电路(3)与控制器(5)和超级电容(4)均连接，所述簧载质量位移传感器(6)设置在车身(8)上，所述非簧载质量位移传感器(7)设置在车桥(9)上；所述作动器(1)包括活塞筒(1-1)、直线电机单元、可变阻尼单元、上吊耳(1-2)和下吊耳(1-3)，所述活塞筒(1-1)的顶部固定连接有活塞筒上端盖(1-4)，所述活塞筒(1-1)的底部固定连接有活塞筒下端盖(1-5)，所述下吊耳(1-3)连接在活塞筒下端盖(1-5)的底部；所述直线电机单元包括从上到下穿过活塞筒上端盖(1-4)伸入活塞筒(1-1)内的活塞杆(1-6)，所述上吊耳(1-2)连接在活塞杆(1-6)的顶部，所述活塞杆(1-6)的上部设置有活塞杆上凸沿(1-8)，所述活塞杆(1-6)的下部设置有活塞杆下凸沿(1-9)，所述活塞杆(1-6)的外壁上固定连接有位于活塞杆上凸沿(1-8)与活塞杆下凸沿(1-9)之间的多块永磁体(1-7)，相邻两块永磁体(1-7)的极性相反，所述活塞筒(1-1)内设置有用于将活塞筒(1-1)内空间分隔为上部的直线电机腔与下部的阻尼液腔两部分的隔板(1-12)，所述活塞杆(1-6)穿过隔板(1-12)伸入所述阻尼液腔内，位于所述活塞筒上端盖(1-4)与隔板(1-12)之间的活塞筒(1-1)内设置有多块套装在永磁体(1-7)外围的硅钢片(1-10)和多个套装在永磁体(1-7)外围的初级线圈(1-11)，多块硅钢片(1-10)和多个初级线圈(1-11)相互间隔设置；所述阻尼液腔内设置有阻尼液(1-13)，所述可变阻尼单元包括固定连接在活塞杆(1-6)下部的活塞(1-14)和设置在位于所述阻尼液腔内部分的活塞筒(1-1)内壁上的阻尼液通道(1-15)，所述阻尼液通道(1-15)上设置有多个比例电磁阀(1-16)；所述活塞筒(1-1)的外壁上设置有控制盒(10)，所述功率模块电路(3)和控制器(5)均设置在控制盒(10)内，所述功率模块电路(3)包括整流器(3-1)、用于为超级电容(4)充电的超级电容充电电路(3-2)、用于为初级线圈(1-11)提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路(3-4)和用于为比例电磁阀(1-16)提供稳定的输入电流的第二可控恒流源电路(3-3)，所述超级电容充电电路(3-2)接在整流器(3-1)与超级电容(4)之间，所述第一可控恒流源电路(3-4)和第二可控恒流源电路(3-3)均与超级电容(4)的输出端和控制器(5)的输出端连接，多个初级线圈(1-11)串联后与第一可控恒流源电路(3-4)的输出端连接，所述比例电磁阀(1-16)与第二可控恒流源电路(3-3)的输出端连接，所述整流器(3-1)的输入端与多个串联后的初级线圈(1-11)连接。2.按照权利要求1所述的一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：所述上吊耳(1-2)螺纹连接在活塞杆(1-6)的顶部，所述下吊耳(1-3)螺纹连接在活塞筒下端盖(1-5)的底部。3.按照权利要求1所述的一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：所述隔板(1-12)的上部设置有密封圈(1-17)。4.按照权利要求1所述的一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：所述比例电磁阀(1-16)的数量为2～6个。5.按照权利要求1所述的一种自供能式车辆主动悬架，其特征在于：所述活塞杆(1-6)的外部设置有不锈钢层。6.一种对如权利要求1所述的自供能式车辆主动悬架进行协调控制的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤Ⅰ、簧载质量速度传感器(6)对簧载质量速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器(7)对非簧载质量速度进行实时检测；控制器(5)对簧载质量速度传感器(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇发荣，陈龙，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61