一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器及其控制方法技术

本发明专利技术属于汽车悬架系统技术领域，尤其涉及一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器及其控制方法。本发明专利技术通过由储油缸筒、工作缸筒、比例电磁阀、动力传输机构组成的作动器本体及作动器控制系统的有机结合，克服了传统主动悬架能量消耗大的缺陷，通过简单的控制，不仅提高了悬架减振效果，还能对振动能量进行回收。本发明专利技术使用时，能够在主动控制和馈能模式之间切换，提供了一实时可变的阻尼。本发明专利技术控制工作稳定性、可靠性高，不易发生故障，无需经常维护维修；本发明专利技术集成化程度高，实用性强，使用效果好，便于市场推广。

A Compound Actuator of Active Suspension with Adjustable Damping and Feedback Energy and Its Control Method

The invention belongs to the technical field of automobile suspension system, in particular to an active suspension actuator with compound damping and adjustable energy feedback and its control method. By organic combination of actuator body composed of oil storage cylinder, working cylinder, proportional solenoid valve and power transmission mechanism and actuator control system, the invention overcomes the defect of large energy consumption of traditional active suspension. Through simple control, not only the vibration reduction effect of suspension is improved, but also the vibration energy is recovered. When used, the invention can switch between active control and energy feeding mode, and provides a real-time variable damping. The control system of the invention has high stability, high reliability, is not easy to break down, and does not need frequent maintenance; the invention has high integration degree, strong practicability, good use effect and is convenient for market promotion.

【技术实现步骤摘要】
一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器及其控制方法
本专利技术属于汽车悬架系统
，尤其涉及一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器及其控制方法。
技术介绍
当车辆行驶在不平路面时，由路面的颠簸、车辆的加减速、转向等激励引起的振动能量，占到车身振动能量损耗的很大一部分，但却一直未被重视，该部分能量主要由车辆减振器将其转化为热能耗散在大气中，如果能够将这些振动能量加以回收利用，则可以有效地降低汽车能耗，从而达到节约能源的目的。主动悬架可以有效控制车身姿态，大大提高车身的舒适性及通过性，但目前传统的主动悬架由于其能耗过大，限制了其在市场上的发展。将主动悬架与馈能型悬架有机的融合，是当今主动悬架发展的趋势。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。被动悬架由于刚度阻尼等参数是不变的，因此汽车减振效果受限；主动悬架利用可控制作动器，可以实时根据路况改变悬架的刚度和阻尼，以提高车辆的平顺性和操纵稳定性，但主动悬架能耗大，车辆的燃油经济性较差。主动悬架主要依赖外界能源供给来实现减振效果，一直是制约主动悬架技术发展的重要问题，且当主动悬架作动器发生故障或失效时，其固有阻尼小，安全难以保障。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能耗小、减振效果好且安全可靠的复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器，包括作动器本体，储油缸筒，工作缸筒，位于储油缸筒内，其上端口与储油缸筒上端口连接；电磁阀，与储油缸筒的外侧壁连接，通过穿过储油缸筒侧壁和工作缸筒侧壁的上软管与工作缸筒内腔连通，通过穿过储油缸筒侧壁的下软管与储油缸筒内腔连通；动力传输机构，与工作缸筒和储油缸筒的上端连接，其下端延伸至工作缸筒内，并与工作缸筒内侧壁滑动连接；作动器控制系统，与作动器本体连接；用于获取作动器本体状态数据信息，根据获取的数据新进行计算和分析，并发出控制指令调整电磁阀和动力传输机构，从而调整作动器本体状态。所述的工作缸筒外下底面连接有补偿阀，工作缸筒内下底面连接有压缩阀；储油缸筒上端口通过油封与工作缸筒上端口侧壁连接；储油缸筒上端口和工作缸筒上端口通过上油封与作动器压盖连接；工作缸筒和储油缸筒之间填充有液压油。所述的动力传输机构的下端是活塞，活塞位于工作缸筒的腔体内，活塞的上下表面分别连接有伸张阀和流通阀，活塞的侧壁与工作缸筒的内侧壁滑动连接，活塞上表面的中心与活塞杆的下表面垂直连接，活塞杆的上端穿过与作动器压盖及上油封连接的作动器上壳体与导向滑块下表面固定连接在作动器上壳体内，导向滑块的上表面垂直固定连接有齿条，齿条啮合连接有齿轮，与齿轮可拆卸连接的齿轮轴穿过作动器上壳体侧壁，并通过联轴器与作动器控制系统连接，齿轮轴与作动器上壳体通过轴承盖连接；作动器上壳体的内侧下底面连接有上壳体油封。所述的活塞将工作缸筒的内腔分隔为位于活塞上部的工作上腔和位于活塞下部的工作下腔，所述工作上腔和工作下腔内均设置有液压油；齿轮是通过键与输出轴连接。所述的电磁阀上端连接的上软管，是穿过储油缸筒侧壁通过内部加有密封件的上紧固螺栓连接至工作缸筒腔体内，所述电磁阀下端连接的下软管，是通过内部加有密封件的下紧固螺栓连接至储油缸筒腔体内。所述的作动器控制系统包括作动器控制器、簧载质量加速度传感器、非簧载质量加速度传感器、车身速度移传感器、电机、电机驱动器、逆变电路、整流滤波电路、DC/DC转换电路、超级电容、第一继电器、第二继电器、电磁阀驱动器和电流传感器；所述控制器包括AD模块、I/O模块和PWM模块，AD模块的输入端分别与簧载质量加速度传感器、非簧载质量加速度传感器、车身速度移传感器和电流传感器的输出端连接；电流传感器的输入端与作动器本体中的电磁阀输出端连接，电磁阀的输入端与电磁阀驱动器的输出端连接，电磁阀驱动器的输入端与PWM模块的输出端连接；PWM模块的输出端还与电机驱动器的输入端连接，电机驱动器的输出端分别与第一继电器和逆变电路的输入端连接；逆变电路的输出端与电机连接；第一继电器的输出端与I/O模块的输入端连接；电机还与整流滤波电路的输出端连接；整流滤波电路的输入端与第二继电器的输出端连接，第二继电器的输入端分别与I/O模块和DC/DC转换电路连接，DC/DC转换电路通过超级电容与作动器控制器连接。所述的储油缸筒底部连接有下吊耳，下吊耳上端穿过储油缸筒筒底并通过在储油缸筒腔体内的紧固件可拆卸连接，下吊耳与储油缸筒底部下表面之间连接有调整垫片，紧固件与储油缸筒底部上表面之间连接有储油缸筒密封垫片；所述的动力传输机构的上端连接有防尘罩，防尘罩的上表面固定连接有上吊耳。一种如权利要求复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器的控制方法，包括以下步骤：步骤一：实时检测数据作动器控制系统中的簧载质量加速度传感器对簧载质量加速度进行实时检测；非簧载质量加速度传感器对非簧载质量加速度进行实时检测；车身速度传感器对车身速度进行实时检测；电流传感器对电磁阀减振器的输入电流进行实时检测；步骤二：周期采样作动器控制器分别对步骤一中实时检测簧载质量加速度、非簧载质量加速度、车身速度的数据进行周期性采样；并将第i次采样得到的非簧载质量加速度记作a1i，将第i次采样得到的簧载质量加速度记作a2i，其中，i的取值为非零自然数；步骤三：作动器控制器进行信号分析处理作动器控制器的AD模块对步骤二中获取的第i次采样得到的簧载质量加速度信号大小进行分析处理，当a2i≥2m/s2时，进入步骤四；当簧载质量加速度a2i＜2m/s2，进入步骤五；步骤四：作动器控制器对作动器本体进行主动控制作动器控制器对电磁阀进行阻尼控制，作动器控制器控制启动电机，从而控制齿轮齿条动力传输机构对车身姿态进行调整；步骤五：作动器控制器对作动器本体进行馈能控制控制器对电磁阀进行半主动控制；动力传输机构进行随动运动，电机旋转，产生电能，所产生的电能储存在超级电容中。所述的步骤四的具体实施过程如下：首先：作动器控制器的AD模块对第i次采样得到的簧载质量加速度a2i、非簧载质量加速度a1i进行分析处理，得到第i次采样对应的车辆悬架理想主动控制力F1i；作动器控制器的PWM模块计算得到第i次采样时电机的电流Ii，根据得到电机实际输出的主动力F2i；然后，作动器控制器的PWM模块，控制电磁阀驱动器驱动电磁阀保持一恒定开度，提供一恒定不变的阻尼力Fg；再者，作动器控制器控制电磁阀驱动器驱动电磁阀，使电磁阀保持固定开度，提供一个固定阻尼Fg；作动器控制器的I/O模块控制第一继电器接通，第二继电器处于未接通状态，超级电容给控制器供电，所述控制器计算得到一作动器本体理想主动力F1i，并计算得到与之对应的电机的电流Ii，所述控制器的PWM模块输出PWM信号，控制电机驱动器与逆变电路驱动电机工作，输出一实际主动力F2i，使F2i+Fg＝F1i；齿轮齿条动力传输机构进行主动控制时，得到主动控制力的具体过程为：首先，所述电机对齿轮齿条动力传输机构进行主动控制；所述控制器根据单轮簧载质量ms，单轮非簧载质量mu，不平路面所引起的输入xt，非簧载质量位移xu，簧载质量位移xs，轮胎刚度kt，弹簧刚度ks，减振器阻尼系数cs，作动器输出的理想主动力F1i，利用牛顿运动定律，建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体，储油缸筒(8)，工作缸筒(26)，位于储油缸筒(8)内，其上端口与储油缸筒(8)上端口连接；电磁阀(28)，与储油缸筒(8)的外侧壁连接，通过穿过储油缸筒(8)侧壁和工作缸筒(26)侧壁的上软管(25)与工作缸筒(26)内腔连通，通过穿过储油缸筒(8)侧壁的下软管(29)与储油缸筒(8)内腔连通；动力传输机构，与工作缸筒(26)和储油缸筒(8)的上端连接，其下端延伸至工作缸筒(26)内，并与工作缸筒(26)内侧壁滑动连接；作动器控制系统，与作动器本体连接；用于获取作动器本体状态数据信息，根据获取的数据新进行计算和分析，并发出控制指令调整电磁阀(28)和动力传输机构，从而调整作动器本体状态。

【技术特征摘要】
1.一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体，储油缸筒(8)，工作缸筒(26)，位于储油缸筒(8)内，其上端口与储油缸筒(8)上端口连接；电磁阀(28)，与储油缸筒(8)的外侧壁连接，通过穿过储油缸筒(8)侧壁和工作缸筒(26)侧壁的上软管(25)与工作缸筒(26)内腔连通，通过穿过储油缸筒(8)侧壁的下软管(29)与储油缸筒(8)内腔连通；动力传输机构，与工作缸筒(26)和储油缸筒(8)的上端连接，其下端延伸至工作缸筒(26)内，并与工作缸筒(26)内侧壁滑动连接；作动器控制系统，与作动器本体连接；用于获取作动器本体状态数据信息，根据获取的数据新进行计算和分析，并发出控制指令调整电磁阀(28)和动力传输机构，从而调整作动器本体状态。2.如权利要求1所述的一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器，其特征在于：所述的工作缸筒(26)外下底面连接有补偿阀(30)，工作缸筒(26)内下底面连接有压缩阀(5)；储油缸筒(8)上端口通过油封(9)与工作缸筒(26)上端口侧壁连接；储油缸筒(8)上端口和工作缸筒(26)上端口通过上油封(23)与作动器压盖(22)连接；工作缸筒(26)和储油缸筒(8)之间填充有液压油。3.如权利要求1所述的一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器，其特征在于：所述的动力传输机构的下端是活塞(7)，活塞(7)位于工作缸筒(26)的腔体内，活塞(7)的上下表面分别连接有伸张阀(27)和流通阀(6)，活塞(7)的侧壁与工作缸筒(26)的内侧壁滑动连接，活塞(7)上表面的中心与活塞杆(21)的下表面垂直连接，活塞杆(21)的上端穿过与作动器压盖(22)及上油封(23)连接的作动器上壳体(17)与导向滑块(20)下表面固定连接在作动器上壳体(17)内，导向滑块(20)的上表面垂直固定连接有齿条(16)，齿条(16)啮合连接有齿轮(18)，与齿轮(18)可拆卸连接的齿轮轴(19)穿过作动器上壳体(17)侧壁，并通过联轴器(11)与作动器控制系统连接，齿轮轴(19)与作动器上壳体(17)通过轴承盖(13)连接；作动器上壳体(17)的内侧下底面连接有上壳体油封(10)。4.如权利要求3所述的一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器，其特征在于：所述的活塞(7)将工作缸筒(26)的内腔分隔为位于活塞(7)上部的工作上腔和位于活塞(7)下部的工作下腔，所述工作上腔和工作下腔内均设置有液压油；齿轮(18)是通过键与输出轴(19)连接。5.如权利要求1所述的一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器，其特征在于：所述的电磁阀(28)上端连接的上软管(25)，是穿过储油缸筒(8)侧壁通过内部加有密封件的上紧固螺栓(24)连接至工作缸筒(26)腔体内，所述电磁阀(28)下端连接的下软管(29)，是通过内部加有密封件的下紧固螺栓(31)连接至储油缸筒(8)腔体内。6.如权利要求1所述的一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器，其特征在于：所述的作动器控制系统包括作动器控制器(32)、簧载质量加速度传感器(33)、非簧载质量加速度传感器(34)、车身速度移传感器(35)、电机(12)、电机驱动器(38)、逆变电路(39)、整流滤波电路(44)、DC/DC转换电路(41)、超级电容(40)、第一继电器(36)、第二继电器(37)、电磁阀驱动器(42)和电流传感器(43)；所述控制器(32)包括AD模块(32-1)、I/O模块(32-2)和PWM模块(32-3)，AD模块(32-1)的输入端分别与簧载质量加速度传感器(33)、非簧载质量加速度传感器(34)、车身速度移传感器(35)和电流传感器(43)的输出端连接；电流传感器(43)的输入端与作动器本体中的电磁阀(28)输出端连接，电磁阀(28)的输入端与电磁阀驱动器(42)的输出端连接，电磁阀驱动器(42)的输入端与PWM模块(32-3)的输出端连接；PWM模块(32-3)的输出端还与电机驱动器(38)的输入端连接，电机驱动器(38)的输出端分别与第一继电器(36)和逆变电路(39)的输入端连接；逆变电路(39)的输出端与电机(12)连接；第一继电器(36)的输出端与I/O模块(32-2)的输入端连接；电机(12)还与整流滤波电路(44)的输出端连接；整流滤波电路(44)的输入端与第二继电器(37)的输出端连接，第二继电器(37)的输入端分别与I/O模块(32-2)和DC/DC转换电路(41)连接，DC/DC转换电路(41)通过超级电容(40)与作动器控制器(32)连接。7.如权利要求1所述的一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器，其特征在于：所述的储油缸筒(8)底部连接有下吊耳(1)，下吊耳(1)上端穿过储油缸筒(8)筒底并通过在储油缸筒(8)腔体内的紧固件可拆卸连接，下吊耳(1)与储油缸筒(8)底部下表面之间连接有调整垫片(2)，紧固件与储油缸筒(8)底部上表面之间连接有储油缸筒密封垫片(3)；所述的动力传输机构的上端连接有防尘罩(14)，防尘罩(14)的上表面固定连接有上吊耳(15)。8.一种如权利要求1-7所述的复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：实时检测数据作动器控制系统中的簧载质量加速度传感器(33)对簧载质量加速度进行实时检测；非簧载质量加速度传感器(34)对非簧载质量加速度进行实时检测；车身速度传感器(35)对车身速度进行实时检测；电流传感器(43)对电磁阀(28)减振器的输入电流进行实时检测；步骤二：周期采样作动器控制器(32)分别对步骤一中实时检测簧载质量加速度、非簧载质量加速度、车身速度的数据进行周期性采样；并将第i次采样得到的非簧载质量加速度记作a1i，将第i次采样得到的簧载质量加速度记作a2i，其中，i的取值为非零自然数；步骤三：作动器控制器进行信号分析处理作动器控制器(32)的AD模块(32-1)对步骤二中获取的第i次采样得到的簧载质量加速度信号大小进行分析处理，当a2i≥2m/s2时，进入步骤四；当簧载质量加速度a2i＜2m/s2，进入步骤五；步骤四：作动器控制器(32)对作动器本体进行主动控制作动器控制器(32)对电磁阀(28)进行阻尼控制，作动器控制器(32)控制启动电机(12)，从而控制齿轮齿条动力传输机构对车身姿态进行调整；步骤五：作动器控制器(32)对作动器本体进行馈能控制控制器(32)对电磁阀(28)进行半主动控制；动力传输机构进行随动运动，电机(12)旋转，产生电能，所产生的电能储存在超级电容(40)中。9.如权利要求8所述的一种复...

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