液电集成式自供能主动悬架作动器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种液电集成式自供能主动悬架作动器，包括作动器本体和作动器控制器，作动器本体包括活塞筒、活塞、上活塞杆、下活塞杆、上耳环、下耳环、塞筒上端盖、活塞筒下端盖、上衬套、上导向座、上油封、第一密封圈、下衬套、下导向座、下油封、第二密封圈和液压油；活塞内嵌入安装有单向阀组、液压马达模块和无刷直流电机，单向阀组包括流通阀、压缩阀、补偿阀和伸张阀，液压马达模块包括液压马达壳体、轴套、第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；本发明专利技术还公开了一种液电集成式自供能主动悬架作动器的控制方法。本发明专利技术的设计新颖合理，实现方便且成本低，能够使悬架作动器处于最佳的减振状态，更好地提高车辆行驶的平顺性和操作稳定性。

Electrohydraulic integrated self powered active suspension actuator and its control method

The invention discloses an electrohydraulic integrated self powered active suspension actuator, including actuator body and actuator controller, actuator comprises a piston cylinder, piston, piston rod, piston rod, earring, earring, plug tube under the upper cover, a lower end cover, a piston cylinder. Bush, the guide seat, oil seal, a first sealing ring and the lower bushing and a lower guiding seat, under the second seal, the sealing ring and the piston inside the hydraulic oil; a one-way valve is installed, the hydraulic motor module and brushless DC motor, a one-way valve group including circulation valve, compression valve, compensation valve and valve done. The hydraulic motor module comprises a hydraulic motor shell, a shaft sleeve, a first gear, the second gear and the third gear; the invention also discloses an electrohydraulic integrated self powered active suspension actuator device control method. The invention has the advantages of novel and reasonable design, convenient implementation and low cost, and can make the suspension actuator in the best state of vibration damping, so as to improve the ride comfort and the operation stability of the vehicle.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车悬架系统
，具体涉及一种液电集成式自供能主动悬架作动器及其控制方法。
技术介绍
车辆在行驶过程中，由于路面不平度等会造成车辆簧载质量与非簧载质量之间产生相对位移，从而导致车辆产生振动。而悬架系统是决定车辆运行动态性能的关键部件，它决定了车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性。目前车辆悬架系统主要有被动悬架、半主动悬架和主动悬架。传统的被动悬架由于刚度阻尼等参数是固定不变的，因此汽车减振效果受到极大的限制，不能随路面激励变化而适时改变悬架减振性能，半主动悬架也由于只能唯一改变刚度或者阻尼，所以只能保证汽车在一种特定的道路状态和行驶速度下达到最佳性能，这就使汽车行驶平顺性和乘坐舒适性受到了一定的影响，而主动悬架是根据汽车的运动状态和路面情况，适时地调节悬架的参数，使其处于最佳减振状态，因此主动悬架与被动悬架和半主动悬架相比有更好的减振效果，越来越受到人们的广泛关注，但传统的主动悬架需要消耗大量的能量，高能耗一直是限制其在市场上推广的主要因素之一，而馈能型主动悬架为解决这一问题提供了科学的方法。目前，馈能型主动悬架主要包括：齿轮齿条式、滚珠丝杠式、直线电机式以及液电式。齿轮齿条式或滚珠丝杠式采用机械装置将直线运动转变为旋转运动的能量回收系统的缺点是受传动系统内部间隙的影响，易磨损，稳定性差，而且电机与传动系统都是固态连接，导致电机会随着系统振动不断改变旋转方向，使发电机不停正反转，不仅会造成大量的惯性损失，系统馈能效率低，而且会缩短发电机的使用寿命，系统可靠性差。直线电机式又具有支撑架构复杂、漏磁通大、馈能效率低制造成本相对较高等不足之处，而液电式具有响应平稳、成本低、性能稳定、可靠性高等优点，但目前液电式馈能型主动悬架由于含有液压管路、蓄能器、马达、电机等部件导致集成化程度低，限制了其在市场上的推广与应用。例如申请号为201510330250.6的中国专利公开了一种采用两个单向阀管路的液电馈能式减振器，主要由液压工作缸、第一单向阀和第二单向阀、蓄能器、液压马达、发电机、液压管路组成的液电馈能系统以及由储油缸筒、压缩阀和补偿阀组成的补油装置构成，但设计管路复杂，油液易泄漏，系统未能集成化。同时，目前液电馈能减振器由于只考虑能量回收效率而忽视悬架系统减振效果，导致控制效果不佳。例如申请号为201010108889.7的中国专利公开了一种液电馈能式减振器，该液电馈能式减振器包括液压回路、工作室和活塞，该工作室由隔板分隔为活塞工作腔与蓄能发电腔两部分，其中：活塞位于活塞工作腔中，其通过活塞推杆与外部的上安装基座相连；液压马达位于蓄能发电腔中，其通过传动轴与外部的旋转发电机相连；蓄能器位于蓄能发电腔中，其位于隔板下方；液压回路与多个单向阀构成液压整流桥，液压回路采用在活塞外布置外接管路或将活塞设计成内外腔的形式。该液电馈能式减振器仅能工作在能量回馈的模式下，通过调整发电机的电流，进而调整发电机的电磁阻力矩，从而调整整个悬架系统的阻尼力，其实质完成的是半主动悬架的控制过程，由于没有主动控制力的输出，减震效果及其控制规律设计受到限制，同时也就会影响车辆行驶的平顺性以及操纵稳定性的提高程度。
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，提供一种结构简单、设计新颖合理、实现方便且成本低、能够使悬架作动器处于最佳的减振状态、更好地提高车辆行驶的平顺性和操作稳定性、实用性强、使用效果好、便于市场推广的液电集成式自供能主动悬架作动器。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体和作动器控制器，所述作动器本体包括活塞筒、活塞、上活塞杆、下活塞杆、上耳环和下耳环，所述活塞筒的上部连接有活塞筒上端盖，所述活塞筒的下部连接有活塞筒下端盖，所述下耳环与活塞筒下端盖连接，所述活塞设置在活塞筒内中上部，所述上活塞杆的下端与活塞连接，所述下活塞杆的上端与活塞连接，所述上活塞杆的上端穿出活塞筒上端盖外部与上耳环连接，所述活塞筒内上部固定连接有上衬套，所述上衬套内通过上卡环卡合连接有套装在上活塞杆上且用于对上活塞杆的上下运动进行导向的上导向座，所述活塞筒上端盖与上导向座之间设置有套装在上活塞杆上的上油封，所述上油封上套装有位于活塞筒上端盖与上衬套之间的第一密封圈；所述活塞筒内中下部固定连接有下衬套，所述下衬套内通过下卡环卡合连接有套装在下活塞杆上且用于对下活塞杆的上下运动进行导向的下导向座，所述下导向座下部设置有套装在下活塞杆上的下油封，所述下油封上套装有位于下衬套下部的第二密封圈；所述活塞筒内位于上衬套、上导向座和活塞之间的腔体为活塞筒上腔，所述活塞筒内位于下衬套、下导向座和活塞之间的腔体为活塞筒下腔，所述活塞筒上腔和活塞筒下腔内均设置有液压油；所述活塞内嵌入安装有单向阀组、液压马达模块和无刷直流电机，所述单向阀组包括流通阀、压缩阀、补偿阀和伸张阀，所述液压马达模块包括液压马达壳体和固定连接在液压马达壳体内部的轴套，所述轴套内设置有第一轴承、第二轴承和第三轴承，所述第一轴承上支撑安装有第一齿轮轴，所述第二轴承上支撑安装有第二齿轮轴，所述第三轴承上支撑安装有第三齿轮轴，所述第一齿轮轴上固定连接有第一齿轮，所述第二齿轮轴上固定连接有第二齿轮，所述第三齿轮轴上固定连接有第三齿轮，所述第二齿轮分别与第一齿轮和第三齿轮啮合，所述第二齿轮轴与无刷直流电机的输出轴固定连接；所述液压马达壳体上设置有位于第一齿轮和第二齿轮之间的上出油口和下进油口，以及位于第二齿轮和第三齿轮之间的下出油口和上进油口，所述流通阀设置在上出油口上，所述压缩阀设置在下进油口上，所述补偿阀设置在下出油口上，所述伸张阀设置在上进油口上；所述活塞筒内位于下衬套、下导向座和活塞筒下端盖之间的腔体为电控腔，所述电控腔内设置有控制盒和超级电容组，所述作动器控制器设置在控制盒内，所述控制盒内还设置有整流桥、三相全桥逆变电路、DC/DC转换电路和电机驱动器，以及第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器，所述作动器控制器的输入端接有用于对路面不平度位移进行实时检测的路面不平度位移传感器、用于对非簧载质量位移进行实时检测的非簧载质量位移传感器、用于对簧载质量位移进行实时检测的簧载质量位移传感器、用于对活塞杆的速度进行实时检测的活塞杆速度传感器和用于对液压油的流速进行实时检测的液压油速度传感器，所述第一继电器接在无刷直流电机和整流桥之间，所述第二继电器接在无刷直流电机和三相全桥逆变电路之间，所述第三继电器接在整流桥和DC/DC转换电路之间，所述第四继电器接在三相全桥逆变电路和DC/DC转换电路之间，所述超级电容组与DC/DC转换电路连接；所述电机驱动器、三相全桥逆变电路、第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器均与作动器控制器的输出端连接，所述无刷直流电机与电机驱动器的输出端连接。上述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述活塞筒上端盖螺纹连接在活塞筒的上部，所述活塞筒下端盖螺纹连接在活塞筒的下部。上述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述上耳环上固定连接有罩在活塞筒上部外的防尘罩。上述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述上活塞杆的下端与活塞焊接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体和作动器控制器(41)，所述作动器本体包括活塞筒(10)、活塞(12)、上活塞杆(9)、下活塞杆(15)、上耳环(1)和下耳环(20)，所述活塞筒(10)的上部连接有活塞筒上端盖(3)，所述活塞筒(10)的下部连接有活塞筒下端盖(19)，所述下耳环(20)与活塞筒下端盖(19)连接，所述活塞(12)设置在活塞筒(10)内中上部，所述上活塞杆(9)的下端与活塞(12)连接，所述下活塞杆(15)的上端与活塞(12)连接，所述上活塞杆(9)的上端穿出活塞筒上端盖(3)外部与上耳环(1)连接，所述活塞筒(10)内上部固定连接有上衬套(8‑1)，所述上衬套(8‑1)内通过上卡环(6‑1)卡合连接有套装在上活塞杆(9)上且用于对上活塞杆(9)的上下运动进行导向的上导向座(7‑1)，所述活塞筒上端盖(3)与上导向座(7‑1)之间设置有套装在上活塞杆(9)上的上油封(4‑1)，所述上油封(4‑1)上套装有位于活塞筒上端盖(3)与上衬套(8‑1)之间的第一密封圈(5‑1)；所述活塞筒(10)内中下部固定连接有下衬套(8‑2)，所述下衬套(8‑2)内通过下卡环(6‑2)卡合连接有套装在下活塞杆(15)上且用于对下活塞杆(15)的上下运动进行导向的下导向座(7‑2)，所述下导向座(7‑2)下部设置有套装在下活塞杆(15)上的下油封(4‑2)，所述下油封(4‑2)上套装有位于下衬套(8‑2)下部的第二密封圈(5‑2)；所述活塞筒(10)内位于上衬套(8‑1)、上导向座(7‑1)和活塞(12)之间的腔体为活塞筒上腔(11)，所述活塞筒(10)内位于下衬套(8‑2)、下导向座(7‑2)和活塞(12)之间的腔体为活塞筒下腔(14)，所述活塞筒上腔(11)和活塞筒下腔(14)内均设置有液压油(13)；所述活塞(12)内嵌入安装有单向阀组、液压马达模块和无刷直流电机(36)，所述单向阀组包括流通阀(23)、压缩阀(26)、补偿阀(27)和伸张阀(30)，所述液压马达模块包括液压马达壳体(31)和固定连接在液压马达壳体(31)内部的轴套(33)，所述轴套(33)内设置有第一轴承(32‑1)、第二轴承(32‑2)和第三轴承(32‑3)，所述第一轴承(32‑1)上支撑安装有第一齿轮轴(35)，所述第二轴承(32‑2)上支撑安装有第二齿轮轴(38)，所述第三轴承(32‑3)上支撑安装有第三齿轮轴(39)，所述第一齿轮轴(35)上固定连接有第一齿轮(24)，所述第二齿轮轴(38)上固定连接有第二齿轮(28)，所述第三齿轮轴(39)上固定连接有第三齿轮(29)，所述第二齿轮(28)分别与第一齿轮(24)和第三齿轮(29)啮合，所述第二齿轮轴(38)与无刷直流电机(36)的输出轴固定连接；所述液压马达壳体(31)上设置有位于第一齿轮(24)和第二齿轮(28)之间的上出油口(45)和下进油口(46)，以及位于第二齿轮(28)和第三齿轮(29)之间的下出油口(47)和上进油口(48)，所述流通阀(23)设置在上出油口(45)上，所述压缩阀(26)设置在下进油口(46)上，所述补偿阀(27)设置在下出油口(47)上，所述伸张阀(30)设置在上进油口(48)上；所述活塞筒(10)内位于下衬套(8‑2)、下导向座(7‑2)和活塞筒下端盖(19)之间的腔体为电控腔(49)，所述电控腔(49)内设置有控制盒(18)和超级电容组(22)，所述作动器控制器(41)设置在控制盒(18)内，所述控制盒(18)内还设置有整流桥(42)、三相全桥逆变电路(43)、DC/DC转换电路(44)和电机驱动器(17)，以及第一继电器(50)、第二继电器(51)、第三继电器(52)和第四继电器(16)，所述作动器控制器(41)的输入端接有用于对路面不平度位移进行实时检测的路面不平度位移传感器(21‑1)、用于对非簧载质量位移进行实时检测的非簧载质量位移传感器(21‑2)、用于对簧载质量位移进行实时检测的簧载质量位移传感器(21‑3)、用于对活塞杆(15)的速度进行实时检测的活塞杆速度传感器(21‑4)和用于对液压油(13)的流速进行实时检测的液压油速度传感器(21‑5)，所述第一继电器(50)接在无刷直流电机(36)和整流桥(42)之间，所述第二继电器(51)接在无刷直流电机(36)和三相全桥逆变电路(43)之间，所述第三继电器(52)接在整流桥(42)和DC/DC转换电路(44)之间，所述第四继电器(16)接在三相全桥逆变电路(43)和DC/DC转换电路(44)之间，所述超级电容组(22)与DC/DC转换电路(44)连接；所述电机驱动器(17)、三相全桥逆变电路(43)、第一继电器(50)、第二继电器(51)、第三继电器(52)和第四继电器(16...

【技术特征摘要】
1.一种液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体和作动器控制器(41)，所述作动器本体包括活塞筒(10)、活塞(12)、上活塞杆(9)、下活塞杆(15)、上耳环(1)和下耳环(20)，所述活塞筒(10)的上部连接有活塞筒上端盖(3)，所述活塞筒(10)的下部连接有活塞筒下端盖(19)，所述下耳环(20)与活塞筒下端盖(19)连接，所述活塞(12)设置在活塞筒(10)内中上部，所述上活塞杆(9)的下端与活塞(12)连接，所述下活塞杆(15)的上端与活塞(12)连接，所述上活塞杆(9)的上端穿出活塞筒上端盖(3)外部与上耳环(1)连接，所述活塞筒(10)内上部固定连接有上衬套(8-1)，所述上衬套(8-1)内通过上卡环(6-1)卡合连接有套装在上活塞杆(9)上且用于对上活塞杆(9)的上下运动进行导向的上导向座(7-1)，所述活塞筒上端盖(3)与上导向座(7-1)之间设置有套装在上活塞杆(9)上的上油封(4-1)，所述上油封(4-1)上套装有位于活塞筒上端盖(3)与上衬套(8-1)之间的第一密封圈(5-1)；所述活塞筒(10)内中下部固定连接有下衬套(8-2)，所述下衬套(8-2)内通过下卡环(6-2)卡合连接有套装在下活塞杆(15)上且用于对下活塞杆(15)的上下运动进行导向的下导向座(7-2)，所述下导向座(7-2)下部设置有套装在下活塞杆(15)上的下油封(4-2)，所述下油封(4-2)上套装有位于下衬套(8-2)下部的第二密封圈(5-2)；所述活塞筒(10)内位于上衬套(8-1)、上导向座(7-1)和活塞(12)之间的腔体为活塞筒上腔(11)，所述活塞筒(10)内位于下衬套(8-2)、下导向座(7-2)和活塞(12)之间的腔体为活塞筒下腔(14)，所述活塞筒上腔(11)和活塞筒下腔(14)内均设置有液压油(13)；所述活塞(12)内嵌入安装有单向阀组、液压马达模块和无刷直流电机(36)，所述单向阀组包括流通阀(23)、压缩阀(26)、补偿阀(27)和伸张阀(30)，所述液压马达模块包括液压马达壳体(31)和固定连接在液压马达壳体(31)内部的轴套(33)，所述轴套(33)内设置有第一轴承(32-1)、第二轴承(32-2)和第三轴承(32-3)，所述第一轴承(32-1)上支撑安装有第一齿轮轴(35)，所述第二轴承(32-2)上支撑安装有第二齿轮轴(38)，所述第三轴承(32-3)上支撑安装有第三齿轮轴(39)，所述第一齿轮轴(35)上固定连接有第一齿轮(24)，所述第二齿轮轴(38)上固定连接有第二齿轮(28)，所述第三齿轮轴(39)上固定连接有第三齿轮(29)，所述第二齿轮(28)分别与第一齿轮(24)和第三齿轮(29)啮合，所述第二齿轮轴(38)与无刷直流电机(36)的输出轴固定连接；所述液压马达壳体(31)上设置有位于第一齿轮(24)和第二齿轮(28)之间的上出油口(45)和下进油口(46)，以及位于第二齿轮(28)和第三齿轮(29)之间的下出油口(47)和上进油口(48)，所述流通阀(23)设置在上出油口(45)上，所述压缩阀(26)设置在下进油口(46)上，所述补偿阀(27)设置在下出油口(47)上，所述伸张阀(30)设置在上进油口(48)上；所述活塞筒(10)内位于下衬套(8-2)、下导向座(7-2)和活塞筒下端盖(19)之间的腔体为电控腔(49)，所述电控腔(49)内设置有控制盒(18)和超级电容组(22)，所述作动器控制器(41)设置在控制盒(18)内，所述控制盒(18)内还设置有整流桥(42)、三相全桥逆变电路(43)、DC/DC转换电路(44)和电机驱动器(17)，以及第一继电器(50)、第二继电器(51)、第三继电器(52)和第四继电器(16)，所述作动器控制器(41)的输入端接有用于对路面不平度位移进行实时检测的路面不平度位移传感器(21-1)、用于对非簧载质量位移进行实时检测的非簧载质量位移传感器(21-2)、用于对簧载质量位移进行实时检测的簧载质量位移传感器(21-3)、用于对活塞杆(15)的速度进行实时检测的活塞杆速度传感器(21-4)和用于对液压油(13)的流速进行实时检测的液压油速度传感器(21-5)，所述第一继电器(50)接在无刷直流电机(36)和整流桥(42)之间，所述第二继电器(51)接在无刷直流电机(36)和三相全桥逆变电路(43)之间，所述第三继电器(52)接在整流桥(42)和DC/DC转换电路(44)之间，所述第四继电器(16)接在三相全桥逆变电路(43)和DC/DC转换电路(44)之间，所述超级电容组(22)与DC/DC转换电路(44)连接；所述电机驱动器(17)、三相全桥逆变电路(43)、第一继电器(50)、第二继电器(51)、第三继电器(52)和第四继电器(16)均与作动器控制器(41)的输出端连接，所述无刷直流电机(36)与电机驱动器(17)的输出端连接。2.按照权利要求1所述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述活塞筒上端盖(3)螺纹连接在活塞筒(10)的上部，所述活塞筒下端盖(19)螺纹连接在活塞筒(10)的下部。3.按照权利要求1所述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述上耳环(1)上固定连接有罩在活塞筒(10)上部外的防尘罩(2)。4.按照权利要求1所述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述上活塞杆(9)的下端与活塞(12)焊接，所述下活塞杆(15)的上端与活塞(12)焊接，所述上活塞杆(9)的上端穿出活塞筒上端盖(3)外部与上耳环(1)焊接。5.按照权利要求1所述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述活塞筒(10)与活塞(12)之间设置有第三密封圈(25)。6.按照权利要求1所述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述第一轴承(32-1)、第二轴承(32-2)和第三轴承(32-3)均为滚珠轴承，所述第一轴承(32-1)的数量、第二轴承(32-2)的数量和第三轴承(32-3)的数量均为两个。7.按照权利要求1所述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述第一齿轮(24)通过第一键(34-1)固定连接在第一齿轮轴(35)上，所述第二齿轮(28)通过第二键(34-2)固定连接在第二齿轮轴(38)上，所述第三齿轮(29)通过第三键(34-3)固定连接在第三齿轮轴(39)上；所述第二齿轮轴(38)通过联轴器(37)与无刷直流电机(36)的输出轴固定连接。8.按照权利要求1所述的液电集成式自供能主动悬架作动器，其特征在于：所述下活塞杆(15)为空心结构，所述无刷直流电机(36)与电机驱动器(17)的输出端连接时的连接线穿过空心结构的下活塞杆(15)。9.一种对如权利要求1所述的液电集成式自供能主动悬架作动器进行控制的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤I、路面不平度位移传感器(21-1)对路面不平度位移进行实时检测，非簧载质量位移传感器(21-2)对非簧载质量位移进行实时检测，簧载质量位移传感器(21-3)对簧载质量位移进行实时检测，活塞杆速度传感器(21-4)对活塞杆(15)的速度进行实时检测，液压油速度传感器(21-5)对液压油(13)的流速进行实时检测，作动器控制器(41)分别对路面不平度位移、非簧载质量位移、簧载质量位移、下活塞杆(15)的速度和液压油(13)的流速进行周期性采样；步骤II、首先，所述作动器控制器(41)先调用LQG最优控制模块对其采样的信号进行分析处理，得到第i次采样时所述悬架作动器的理想主动控制力Ui，所述作动器控制器(41)再根据公式Pi＝Ui·Vi计算得到第i次采样时的所述悬架作动器的瞬时功率值Pi，其中，Vi为第i次采样得到的下活塞杆(15)的速度，i的取值为非0的自然数；然后，所述作动器控制器(41)判断第i次采样时所述悬架作动器的瞬时功率值Pi的正负，当Pi为负时，所...

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