一种馈能型阻尼连续可调式作动器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种馈能型阻尼连续可调式作动器及其控制方法，作动器包括工作缸筒、储油缸筒和中间缸筒，以及控制器和超级电容组，工作缸筒内设置有中空式活塞杆，中空式活塞杆的顶部设置有无刷直流电机，中空式活塞杆上固定连接有活塞，活塞上设置有伸张阀和流通阀，中间缸筒与储油缸筒的第二节流通道相上设置有比例电磁阀，中空式活塞杆内设置有套筒，套筒的顶端设置有丝杠螺母，套筒内设置有滚珠丝杠，滚珠丝杠的上端穿过丝杠螺母且与无刷直流电机的输出轴连接，中空式活塞杆上设置有螺旋弹簧。本发明专利技术结构紧凑，易于安装，能够应用在车辆减振中，结合控制方法，车辆减振效果显著，节约能耗，稳定可靠，使用效果好，便于推广使用。

A continuously adjustable actuator with energy feedback damping and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种馈能型阻尼连续可调式作动器及其控制方法
本专利技术属于车辆减振装置
，具体涉及一种馈能型阻尼连续可调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却一直未被重视及利用，而通常主要由车辆悬架减振器将其转化为热能耗散掉。如果能够将这些振动能量加以回收利用，将获得再生能源，则可以有效地降低汽车能耗，从而达到节约能源的目的。悬架是汽车上重要组成之一，与此同时悬架在衰减振动方面起到相当重要的作用。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，降低车辆的燃油经济性。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，提供一种馈能型阻尼连续可调式作动器，其结构紧凑，易于安装，能够应用在车辆减振中，结合控制方法，车辆减振效果显著，节约能耗，稳定可靠，使用效果好，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：一种馈能型阻尼连续可调式作动器，包括作动器本体和作动器控制系统，所述作动器本体包括工作缸筒和套装在工作缸筒外部的储油缸筒，以及设置在储油缸筒顶部开口的第一密封盖，所述工作缸筒底部设置有压缩阀和补偿阀，所述工作缸筒内设置有向上穿出第一密封端盖外部的中空式活塞杆，所述中空式活塞杆的顶部固定连接有电机安装箱，所述电机安装箱内安装有无刷直流电机，所述中空式活塞杆的底部设置有第二密封盖，所述中空式活塞杆上固定连接有活塞，所述活塞将工作缸筒的内腔分隔为位于活塞上部的活塞上腔和位于活塞下部的活塞下腔，所述活塞上设置有伸张阀和流通阀，所述工作缸筒与储油缸筒之间设置有中间缸筒，所述中间缸筒与工作缸筒的活塞上腔通过设置在工作缸筒上的第一节流通道相连通，所述中间缸筒与储油缸筒通过第二节流通道相连通，所述第二节流通道上设置有比例电磁阀，所述工作缸筒、储油缸筒和中间缸筒内均设置有液压油，所述中空式活塞杆内设置有向下穿出第二密封盖且与工作缸筒底部固定连接的套筒，所述套筒的顶端设置有丝杠螺母，所述套筒内设置有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的上端穿过丝杠螺母且通过联轴器与无刷直流电机的输出轴连接，所述中空式活塞杆下端口内与套筒间设置有且用于对中空式活塞杆沿套筒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套筒上的密封圈，所述工作缸筒上端口内与中空式活塞杆间设置有且用于对中空式活塞杆沿工作缸筒的上下运动进行导向的上导向座，所述上导向座的上部设置有套装在中空式活塞杆上的上油封和位于上油封上方的防尘圈，所述上导向座的底部设置有套装在中空式活塞杆上的弹簧固定座，所述活塞的上部设置有套装在中空式活塞杆上的弹簧支撑座，所述弹簧固定座与弹簧支撑座之间设置有螺旋弹簧；所述作动器控制系统包括控制器和存储转换后的电能且为所述作动器控制系统中各用电单元供电的超级电容组，所述控制器的输入端接有用于检测车身速度的车身速度传感器、用于检测非簧载质量速度的非簧载质量速度传感器、用于检测簧载质量速度进的簧载质量速度传感器和用于检测比例电磁阀输入电流的电流传感器，所述控制器的输出端接有电磁阀驱动电路、电机驱动电路、DC/DC转换电路、第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器，以及为电磁阀驱动电路供电的第一可变电压源电路和为电机驱动电路供电的第二可变电压源电路；所述第一继电器接在超级电容组为第一可变电压源电路供电的供电回路中，所述第二继电器接在超级电容组为第二可变电压源电路供电的供电回路中，所述第四继电器与无刷直流电机的输入端连接，所述电机驱动电路的输出端接有三相桥式功率逆变电路，所述无刷直流电机与三相桥式功率逆变电路的输出端连接，所述无刷直流电机的输出端接有整流滤波电路，所述整流滤波电路与控制器的输入端连接，所述整流滤波电路通过第三继电器与DC/DC转换电路连接，所述DC/DC转换电路与超级电容组的输入端连接。上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，所述套筒与工作缸筒的连接处设置有第一垫片。上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，所述工作缸筒的中轴处与储油缸筒的中轴处连接有支撑轴，所述支撑轴与工作缸筒的底部螺纹连接，且在螺纹连接处设置有紧固螺母，所述支撑轴与储油缸筒的连接处设置有第二垫片。上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，所述电机安装箱的顶部固定连接有上吊耳，所述储油缸筒的底部固定连接有下吊耳。本专利技术还公开了一种步骤简单，能够有效提高车辆减振效果的馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，该方法包括以下步骤：步骤一、检测实时数据所述车身速度传感器对车身速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器对非簧载质量速度进行实时检测，簧载质量速度传感器对簧载质量速度进行实时检测，电流传感器对比例电磁阀的输入电流进行实时检测；步骤二、周期采样所述控制器分别对步骤一中车身速度、非簧载质量速度和簧载质量速度的检测值进行周期性采样，并将第i次采样得到的车速信号记作vi，第i次采样得到的非簧载质量速度记作将第i次采样得到的簧载质量速度记作其中，i的取值为非零自然数；步骤三、采样信号分析处理所述控制器对车速信号vi进行分析处理，当vi≤30km/h或90＜vi≤120km/h时，执行步骤四；当30＜vi≤60km/h时，执行步骤五；当60＜vi≤90km/h时，执行步骤六；步骤四、所述控制器对作动器进行主动控制；步骤五、所述控制器对作动器进行半主动控制；步骤六、所述控制器对作动器进行馈能控制。上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，步骤四中所述控制器对作动器进行主动控制的具体步骤为：步骤A1、所述控制器对其第i次采样得到的车速信号vi、第i次采样得到的簧载质量速度进行分析处理，根据天棚控制算法计算公式计算得到第i次采样得到的车速信号vi和簧载质量速度对应的车辆悬架天棚控制下的主动控制力Fi，其中，csky为天棚控制阻尼系数；步骤A2、所述控制器根据公式计算得到第i次采样时直流无刷电机的输入电流Ii，其中，L为滚珠丝杠的导程，KT为直流无刷电机的电磁转矩系数；步骤A3、所述控制器控制第二继电器接通，第一继电器、第三继电器和第四继电器均处于未接通状态，比例电磁阀不工作，超级电容组给第二可变电压源电路供电，第二可变电压源电路给电机驱动电路供电驱动直流无刷电机工作，当作动器处于压缩运动状态时，控制器通过电机驱动电路驱动直流无刷电机的输出轴逆时针旋转，直流无刷电机带动滚珠丝杠逆时针旋转，滚珠丝杠与丝杠螺母相对转动，带动中空式活塞杆下移，中空式活塞杆带动活塞下移，活塞下腔容积减小，压力升高，流通阀打开，活塞下腔内的液压油经流通阀进入活塞上腔内，同时，压缩阀打开，活塞下腔内的液压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种馈能型阻尼连续可调式作动器，包括作动器本体和作动器控制系统，所述作动器本体包括工作缸筒(1)和套装在工作缸筒(1)外部的储油缸筒(2)，以及设置在储油缸筒(2)顶部开口的第一密封盖(3)，所述工作缸筒(1)底部设置有压缩阀(4)和补偿阀(5)，所述工作缸筒(1)内设置有向上穿出第一密封端盖(3)外部的中空式活塞杆(6)，所述中空式活塞杆(6)的顶部固定连接有电机安装箱(7)，所述电机安装箱(7)内安装有无刷直流电机(8)，所述中空式活塞杆(6)的底部设置有第二密封盖(9)，所述中空式活塞杆(6)上固定连接有活塞(10)，所述活塞(10)将工作缸筒(1)的内腔分隔为位于活塞(10)上部的活塞上腔和位于活塞(10)下部的活塞下腔，所述活塞(10)上设置有伸张阀(11)和流通阀(12)，其特征在于：所述工作缸筒(1)与储油缸筒(2)之间设置有中间缸筒(13)，所述中间缸筒(13)与工作缸筒(1)的活塞上腔通过设置在工作缸筒(1)上的第一节流通道(14)相连通，所述中间缸筒(13)与储油缸筒(2)通过第二节流通道(15)相连通，所述第二节流通道(15)上设置有比例电磁阀(16)，所述工作缸筒(1)、储油缸筒(2)和中间缸筒(13)内均设置有液压油，所述中空式活塞杆(6)内设置有向下穿出第二密封盖(9)且与工作缸筒(1)底部固定连接的套筒(17)，所述套筒(17)的顶端设置有丝杠螺母(18)，所述套筒(17)内设置有滚珠丝杠(19)，所述滚珠丝杠(19)的上端穿过丝杠螺母(18)且通过联轴器(20)与无刷直流电机(8)的输出轴连接，所述中空式活塞杆(6)下端口内与套筒(17)间设置有且用于对中空式活塞杆(6)沿套筒(17)的上下运动进行导向的下导向座(21)，所述下导向座(21)下部设置有套装在套筒(17)上的密封圈(22)，所述工作缸筒(1)上端口内与中空式活塞杆(6)间设置有且用于对中空式活塞杆(6)沿工作缸筒(1)的上下运动进行导向的上导向座(23)，所述上导向座(23)的上部设置有套装在中空式活塞杆(6)上的上油封(24)和位于上油封(24)上方的防尘圈(25)，所述上导向座(23)的底部设置有套装在中空式活塞杆(6)上的弹簧固定座(26)，所述活塞(10)的上部设置有套装在中空式活塞杆(6)上的弹簧支撑座(27)，所述弹簧固定座(26)与弹簧支撑座(27)之间设置有螺旋弹簧(28)；/n所述作动器控制系统包括控制器(31)和存储转换后的电能且为所述作动器控制系统中各用电单元供电的超级电容组(30)，所述控制器(31)的输入端接有用于检测车身速度的车身速度传感器(32)、用于检测非簧载质量速度的非簧载质量速度传感器(33)、用于检测簧载质量速度进的簧载质量速度传感器(34)和用于检测比例电磁阀(16)输入电流的电流传感器(35)，所述控制器(31)的输出端接有电磁阀驱动电路(36)、电机驱动电路(37)、DC/DC转换电路(38)、第一继电器(39)、第二继电器(40)、第三继电器(41)和第四继电器(42)，以及为电磁阀驱动电路(36)供电的第一可变电压源电路(43)和为电机驱动电路(37)供电的第二可变电压源电路(44)；所述第一继电器(39)接在超级电容组(30)为第一可变电压源电路(43)供电的供电回路中，所述第二继电器(40)接在超级电容组(30)为第二可变电压源电路(44)供电的供电回路中，所述第四继电器(42)与无刷直流电机(8)的输入端连接，所述电机驱动电路(37)的输出端接有三相桥式功率逆变电路(45)，所述无刷直流电机(8)与三相桥式功率逆变电路(45)的输出端连接，所述无刷直流电机(8)的输出端接有整流滤波电路(46)，所述整流滤波电路(46)与控制器(31)的输入端连接，所述整流滤波电路(46)通过第三继电器(41)与DC/DC转换电路(38)连接，所述DC/DC转换电路(38)与超级电容组(30)的输入端连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种馈能型阻尼连续可调式作动器，包括作动器本体和作动器控制系统，所述作动器本体包括工作缸筒(1)和套装在工作缸筒(1)外部的储油缸筒(2)，以及设置在储油缸筒(2)顶部开口的第一密封盖(3)，所述工作缸筒(1)底部设置有压缩阀(4)和补偿阀(5)，所述工作缸筒(1)内设置有向上穿出第一密封端盖(3)外部的中空式活塞杆(6)，所述中空式活塞杆(6)的顶部固定连接有电机安装箱(7)，所述电机安装箱(7)内安装有无刷直流电机(8)，所述中空式活塞杆(6)的底部设置有第二密封盖(9)，所述中空式活塞杆(6)上固定连接有活塞(10)，所述活塞(10)将工作缸筒(1)的内腔分隔为位于活塞(10)上部的活塞上腔和位于活塞(10)下部的活塞下腔，所述活塞(10)上设置有伸张阀(11)和流通阀(12)，其特征在于：所述工作缸筒(1)与储油缸筒(2)之间设置有中间缸筒(13)，所述中间缸筒(13)与工作缸筒(1)的活塞上腔通过设置在工作缸筒(1)上的第一节流通道(14)相连通，所述中间缸筒(13)与储油缸筒(2)通过第二节流通道(15)相连通，所述第二节流通道(15)上设置有比例电磁阀(16)，所述工作缸筒(1)、储油缸筒(2)和中间缸筒(13)内均设置有液压油，所述中空式活塞杆(6)内设置有向下穿出第二密封盖(9)且与工作缸筒(1)底部固定连接的套筒(17)，所述套筒(17)的顶端设置有丝杠螺母(18)，所述套筒(17)内设置有滚珠丝杠(19)，所述滚珠丝杠(19)的上端穿过丝杠螺母(18)且通过联轴器(20)与无刷直流电机(8)的输出轴连接，所述中空式活塞杆(6)下端口内与套筒(17)间设置有且用于对中空式活塞杆(6)沿套筒(17)的上下运动进行导向的下导向座(21)，所述下导向座(21)下部设置有套装在套筒(17)上的密封圈(22)，所述工作缸筒(1)上端口内与中空式活塞杆(6)间设置有且用于对中空式活塞杆(6)沿工作缸筒(1)的上下运动进行导向的上导向座(23)，所述上导向座(23)的上部设置有套装在中空式活塞杆(6)上的上油封(24)和位于上油封(24)上方的防尘圈(25)，所述上导向座(23)的底部设置有套装在中空式活塞杆(6)上的弹簧固定座(26)，所述活塞(10)的上部设置有套装在中空式活塞杆(6)上的弹簧支撑座(27)，所述弹簧固定座(26)与弹簧支撑座(27)之间设置有螺旋弹簧(28)；
所述作动器控制系统包括控制器(31)和存储转换后的电能且为所述作动器控制系统中各用电单元供电的超级电容组(30)，所述控制器(31)的输入端接有用于检测车身速度的车身速度传感器(32)、用于检测非簧载质量速度的非簧载质量速度传感器(33)、用于检测簧载质量速度进的簧载质量速度传感器(34)和用于检测比例电磁阀(16)输入电流的电流传感器(35)，所述控制器(31)的输出端接有电磁阀驱动电路(36)、电机驱动电路(37)、DC/DC转换电路(38)、第一继电器(39)、第二继电器(40)、第三继电器(41)和第四继电器(42)，以及为电磁阀驱动电路(36)供电的第一可变电压源电路(43)和为电机驱动电路(37)供电的第二可变电压源电路(44)；所述第一继电器(39)接在超级电容组(30)为第一可变电压源电路(43)供电的供电回路中，所述第二继电器(40)接在超级电容组(30)为第二可变电压源电路(44)供电的供电回路中，所述第四继电器(42)与无刷直流电机(8)的输入端连接，所述电机驱动电路(37)的输出端接有三相桥式功率逆变电路(45)，所述无刷直流电机(8)与三相桥式功率逆变电路(45)的输出端连接，所述无刷直流电机(8)的输出端接有整流滤波电路(46)，所述整流滤波电路(46)与控制器(31)的输入端连接，所述整流滤波电路(46)通过第三继电器(41)与DC/DC转换电路(38)连接，所述DC/DC转换电路(38)与超级电容组(30)的输入端连接。


2.按照权利要求1所述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，其特征在于：所述套筒(17)与工作缸筒(1)的连接处设置有第一垫片(51)。


3.按照权利要求1所述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，其特征在于：所述工作缸筒(1)的中轴处与储油缸筒(2)的中轴处连接有支撑轴(52)，所述支撑轴(52)与工作缸筒(1)的底部螺纹连接，且在螺纹连接处设置有紧固螺母(53)，所述支撑轴(52)与储油缸筒(2)的连接处设置有第二垫片(54)。


4.按照权利要求1所述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，其特征在于：所述电机安装箱(7)的顶部固定连接有上吊耳(55)，所述储油缸筒(2)的底部固定连接有下吊耳(56)。


5.一种对权利要求1所述的馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、检测实时数据
所述车身速度传感器(32)对车身速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器(33)对非簧载质量速度进行实时检测，簧载质量速度传感器(34)对簧载质量速度进行实时检测，电流传感器(35)对比例电磁阀(16)的输入电流进行实时检测；
步骤二、周期采样
所述控制器(31)分别对步骤一中车身速度、非簧载质量速度和簧载质量速度的检测值进行周期性采样，并将第i次采样得到的车速信号记作vi，第i次采样得到的非簧载质量速度记作将第i次采样得到的簧载质量速度记作其中，i的取值为非零自然数；
步骤三、采样信号分析处理
所述控制器(31)对车速信号vi进行分析处理，当vi≤30km/h或90＜vi≤120km/h时，执行步骤四；当30＜vi≤60km/h时，执行步骤五；当60＜vi≤90km/h时，执行步骤六；
步骤四、所述控制器(31)对作动器进行主动控制；
步骤五、所述...

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