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原文传递一种电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器及其控制方法

专利名称：	一种电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器及其控制方法
摘要：	本发明公开了一种电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器及其控制方法，其悬架作动器包括磁流变减振器、直线电机和作动器监控装置，磁流变减振器包括缸体、磁流变液、内腔上隔板和内腔下隔板，直线电机包括直线电机外壳、次级和初级，作动器监控装置包括作动器控制器；其控制方法包括步骤：一、数据采集及传输；二、作动器控制器根据其采样数据，分馈能模式、一级阻尼模式、二级阻尼模式和主动模式四种模式对悬架作动器进行控制。本发明设计合理，根据汽车行驶的不同路况，可对悬架系统进行多模式切换，提高汽车行驶的舒适性和稳定性，同时对悬架系统产生的能量及时回收，减少了电动汽车能量的浪费，且能够延续电动汽车的续航里程，推广应用价值高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安科技大学
发明人：	寇发荣;李阳康
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-02T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910258878.8
公开号：	CN109808437A
代理机构：	西安启诚专利知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	李艳春
分类号：	B60G17/0165(2006.01);B;B60;B60G;B60G17
申请人地址：	710054 陕西省西安市雁塔路中段58号
主权项：	1.一种电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器，其特征在于：包括磁流变减振器、直线电机和作动器监控装置，所述磁流变减振器包括缸体(14)以及设置在缸体(14)内且用于将缸体(14)的内腔分隔为磁流变内腔(20)和磁流变外腔(12)的旁路调节板(8)，所述磁流变内腔(20)和磁流变外腔(12)内均设置有磁流变液，所述磁流变内腔(20)内从上到下依次设置有用于将磁流变内腔(20)分隔为磁流变内腔上腔、磁流变内腔中间腔和磁流变内腔下腔的内腔上隔板(18)和内腔下隔板(24)，所述内腔上隔板(18)上设置有第一复原阀(13-1)和第一压缩阀(19-1)，所述内腔下隔板(24)上设置有第二复原阀(13-2)和第二压缩阀(19-2)，所述磁流变内腔中间腔内设置有活塞(11)，所述活塞(11)底部设置有用于防沉降的叶片盘(10)，所述叶片盘(10)下部连接有锥型弹簧(22)，所述缸体(14)外侧均匀分布有励磁线圈(23)，所述励磁线圈(23)内侧固定有导磁板(9)；所述直线电机包括直线电机外壳(29)、次级和初级，所述次级包括齿条杆(4)和设置在齿条杆(4)外围的永磁体阵列(2)，所述齿条杆(4)穿过锥型弹簧(22)与活塞(11)的底面固定连接，所述永磁体阵列(2)包括多个按照N极和S极间隔布设的永磁体；所述初级包括设置在直线电机外壳(29)内且位于永磁体阵列(2)外围的初级铁芯(30)和均匀布设在初级铁芯(30)内部的三相线圈绕组(3)；所述直线电机外壳(29)的顶部与缸体(14)的底部固定连接，所述直线电机外壳(29)的底端连接用于与汽车非簧载质量连接的下吊耳(1)，所述缸体(14)的顶部固定连接支撑架(17)，所述支撑架(17)内部填充氮气，构成氮气腔(16)，所述支撑架(17)的顶部连接用于与汽车簧载质量连接的上吊耳(15)；所述作动器监控装置包括作动器控制器(36)，所述作动器控制器(36)的输入端接有用于对电动汽车行驶路面不平度进行检测的路面不平度位移传感器(32)、用于对非簧载质量进行检测的非簧载质量加速度传感器(34)、用于对簧载质量进行检测的簧载质量加速度传感器(33)和用于对齿条杆(4)的速度进行检测的齿条杆速度传感器(35)，所述作动器控制器(36)的输出端接有用于为所述磁流变减振器的励磁线圈(23)提供可调电流的第一可调电流源(25)和用于为所述直线电机的三相线圈绕组(3)提供可调电流的第二可调电流源(37)，所述励磁线圈(23)与第一可调电流源(25)连接，所述三相线圈绕组(3)与第二可调电流源(37)连接；所述三相线圈绕组(3)上接有依次连接的整流电路(38-1)、滑动电阻(38-2)和蓄电池充电电路(38-3)，车载蓄电池(39)与蓄电池充电电路(38-3)的输出端连接；所述作动器控制器(36)的输出端还接有滑动电阻调节模块(40)，所述滑动电阻(38-2)与滑动电阻调节模块(40)的输出端连接。 2.按照权利要求1所述的一种电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器，其特征在于：所述活塞(11)底部设置有外圆与活塞(11)固定连接的第一轴承(21)，所述叶片盘(10)与第一轴承(21)的内圆固定连接，所述锥型弹簧(22)的上端与叶片盘(10)的下部固定连接；所述内腔下隔板(24)上设置有外圆与内腔下隔板(24)固定连接的第二轴承(26)，所述锥型弹簧(22)的下端与第二轴承(26)的内圆固定连接，所述第二轴承(26)的内圆中固定连接有齿轮轴(7)，所述齿条杆(4)的上部外侧设置有与齿条杆(4)相啮合的第一锥型齿(6)，所述齿轮轴(7)上固定连接有与第一锥型齿(6)相啮合的第二锥型齿(27)。 3.按照权利要求1所述的一种电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器，其特征在于：所述磁流变外腔(12)的横截面的形状为圆环形。 4.按照权利要求1所述的一种电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器，其特征在于：所述下吊耳(1)螺纹连接在直线电机外壳(29)的底端，所述上吊耳(15)焊接在支撑架(17)的顶部。 5.一种对如权利要求1所述电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、数据采集及传输：所述路面不平度位移传感器(32)对电动汽车行驶路面不平度位移进行实时检测，非簧载质量加速度传感器(34)对汽车非簧载质量加速度进行实时检测，簧载质量加速度传感器(33)对汽车簧载质量加速度进行实时检测，齿条杆速度传感器(35)对齿条杆(4)的速度进行实时检测；作动器控制器(36)分别对路面不平度位移、非簧载质量加速度、簧载质量加速度和齿条杆(4)的速度进行周期性采样；步骤二、所述作动器控制器(36)根据其采样数据，分馈能模式、一级阻尼模式、二级阻尼模式和主动模式四种模式对悬架作动器进行控制；具体过程为：步骤201、所述作动器控制器(36)将其连续五次采样得到的簧载质量加速度与预先设定的簧载质量加速度下限阈值簧载质量加速度中间阈值和簧载质量加速度上限阈值进行比较，当时，作动器控制器(36)判断为悬架作动器工作在馈能模式，执行步骤202；当且时，作动器控制器(36)判断为悬架作动器工作在一级阻尼模式，执行步骤203；当且时，作动器控制器(36)判断为悬架作动器工作在二级阻尼模式，执行步骤204；当时，作动器控制器(36)判断为悬架作动器工作在主动模式，执行步骤205；步骤202、在路面不平度的激励下，齿条杆(4)上下移动，切割所述直线电机的三相线圈绕组(3)，所述直线电机作为电磁馈能元件工作，且所述磁流变减振器中的激励线圈(23)不通电流，所述磁流变减振器仅作为被动阻尼器；所述直线电机的馈能电流通过整流电路(38-1)、滑动电阻(38-2)和蓄电池充电电路(38-3)向车载蓄电池(39)充电；步骤203、所述作动器控制器(36)根据磁流变液的屈服强度调节输入所述磁流变减振器中的励磁线圈(23)的电流，调节悬架作动器的阻尼；步骤204、所述作动器控制器(36)仅控制第二可调电流源(37)向所述直线电机的三相线圈绕组(3)通电流，所述磁流变减振器中的激励线圈(23)不通电流，所述磁流变减振器作为被动阻尼工作，所述作动器控制器(36)通过对所述直线电机的三相线圈绕组(3)的电流调节，实现对悬架作动器的电磁阻尼力调节；步骤205、所述磁流变减振器中的励磁线圈(23)不通电流，所述磁流变减振器仅作为被动阻尼工作，所述作动器控制器(36)通过改变所述直线电机的三相线圈绕组(3)的电流，调节所述直线电机主动输出电磁推力，以减缓路面不平度带来的簧载质量的上下振动，提高汽车的舒适性和平稳性。 6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤201中所述簧载质量加速度下限阈值的取值为3m/s2，步骤201中所述簧载质量加速度中间阈值的取值为4m/s2，步骤201中所述簧载质量加速度上限阈值的取值为5m/s2。 7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤203中所述作动器控制器(36)根据磁流变液的屈服强度调节输入所述磁流变减振器中的励磁线圈(23)的电流，调节悬架作动器的阻尼具体过程为：步骤2031、所述作动器控制器(36)根据Bingham模型公式计算磁流变液的屈服强度τy；其中，Fgi为第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控制下的理想的电磁阻尼力，Fgi的计算公式为q1为车辆悬架LQG控制的加速度系数且q1的取值为1～1010，q2为车辆悬架LQG控制的速度系数且q2的取值为1～1010，q3为车辆悬架LQG控制的位移系数且q3的取值为1～1010，ti为第i次采样的时间，η为磁流变液的零磁场黏度，l为励磁线圈(23)沿缸体(14)轴向缠绕的长度，D为活塞(11)的内径，d为齿条杆(4)的直径，h为磁流变外腔(12)的内径，V'为磁流变外腔(12)的磁流变液的流速且V为齿条杆速度传感器(35)采集的齿条杆(4)的运动速度，A为活塞(11)的横截面积，Ap为磁流变外腔(12)横截面的内圆面积，sgn(·)为符号函数；步骤2032、令磁流变外腔(12)内的磁流变液由下到上流动为正方向，此时齿条杆(4)上的活塞(11)向下运动，所述悬架作动器的具体工作过程为：当电动汽车行驶在不平度路面上时，簧载质量和非簧载质量的上下振动带动齿条杆(4)上下运动，再根据公式计算励磁线圈(23)的电流I，通过作动器控制器(36)控制第一可调电流源(25)，为励磁线圈(23)提供电流I，实现作动器控制器(36)对所述磁流变减振器的阻尼调节；其中，N为励磁线圈(23)的线圈匝数，R为励磁线圈(23)的磁阻，Φ为励磁线圈(23)的磁通量且Φ＝Hμ0Ap，H为磁场强度且H2∝τy，μ0为导磁板(9)的相对磁导率；齿条杆(4)的上下运动带动所述直线电机的初级铁芯(30)切割三相线圈绕组(3)，所述直线电机的馈能电流通过整流电路(38-1)、滑动电阻(38-2)和蓄电池充电电路(38-3)向车载蓄电池(39)充电，实现所述悬架作动器的半馈能。 8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤204中所述作动器控制器(36)通过对所述直线电机的三相线圈绕组(3)的电流调节，实现对悬架作动器的电磁阻尼力调节的具体过程为：步骤2041、所述作动器控制器(36)根据公式计算得到所述直线电机的电磁推力系数K0；其中，Pn为永磁体阵列(2)的极对数，τ为永磁体阵列(2)的极距，为永磁体阵列(2)的磁链；步骤2042、所述作动器控制器(36)根据公式计算得到第i次采样时直线电机的电磁阻尼力F0i；其中，Ii为第i次采样时三相线圈绕组(3)的电流；步骤2043、所述作动器控制器(36)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控制下的理想的电磁阻尼力Fgi；其中，q1为车辆悬架LQG控制的加速度系数且q1的取值为1～1010，q2为车辆悬架LQG控制的速度系数且q2的取值为1～1010，q3为车辆悬架LQG控制的位移系数且q3的取值为1～1010，ti为第i次采样的时间；步骤2044、所述作动器控制器(36)将第i次采样时的当前直线电机电磁阻尼力F0i与第i次采样时的直线电机所需LQG控制下的理想的电磁阻尼力Fgi进行比较，当F0i不等于Fgi时，所述作动器控制器(36)通过控制滑动电阻调节模块(40)，调节滑动电阻(38-2)的电阻至F0i等于Fgi，具体过程为：步骤20441、所述作动器控制器(36)根据公式计算得到第i次采样时电动汽车的非簧载质量速度v1i，并根据公式计算得到第i次采样时电动汽车的簧载质量速度v2i；其中，为第i次采样时非簧载质量加速度传感器(34)检测到的非簧载质量加速度，为第i次采样时簧载质量加速度传感器(33)检测到的簧载质量加速度，t为时间；步骤20442、所述作动器控制器(36)根据公式计算得到第i次采样时所述悬架作动器所需要的直线电机阻尼系数Cgi；步骤20443、所述作动器控制器(36)根据公式计算得到第i次采样时滑动电阻(38-2)所需要的阻值Ri；其中，r为所述直线电机的三相线圈绕组(3)的电阻，Ke为三相线圈绕组(3)的反电动势系数；步骤20444、所述作动器控制器(36)通过控制滑动电阻调节模块(40)，调节滑动电阻(38-2)的电阻，直至F0i等于Fgi。 9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤20443中所述Ke的取值范围为60V·s/m～70V·s/m。 10.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤205中所述作动器控制器(36)通过改变所述直线电机的三相线圈绕组(3)的电流，调节所述直线电机主动输出电磁推力的具体过程为：步骤2051、所述作动器控制器(36)根据公式计算得到第i次采样时直线电机的电磁推力其中，Pn为永磁体阵列(2)的极对数，为永磁体阵列(2)的磁链，Ii为第i次采样时三相线圈绕组(3)的电流，τ为永磁体阵列(2)的极距；步骤2052、所述作动器控制器(36)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控制下的理想的电磁阻尼力Fgi；其中，q1为车辆悬架LQG控制的加速度系数且q1的取值为1～1010，q2为车辆悬架LQG控制的速度系数且q2的取值为1～1010，q3为车辆悬架LQG控制的位移系数且q3的取值为1～1010，ti为第i次采样的时间；步骤2053、所述作动器控制器(36)将第i次采样时的当前直线电机电磁推力与第i次采样时的直线电机所需LQG控制下的理想的电磁阻尼力Fgi进行比较，当不等于Fgi时，所述作动器控制器(36)通过控制第二可调电流源(37)，调节三相线圈绕组(3)的电流，直至等于Fgi。
所属类别：	发明专利