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原文传递一体式复合悬架作动器及其控制方法

专利名称：	一体式复合悬架作动器及其控制方法
摘要：	本发明属于车辆减振装置技术领域，具体涉及一种一体式复合悬架作动器及其控制方法，一体式复合悬架作动器，包括作动器本体和作动器控制系统，其特征在于，所述作动器本体包括滚珠丝杠副组件和空气弹簧组件，本发明还公开了一体式复合悬架作动器及其控制方法，本方法控制车身高度以适应不同行驶工况，同时对不同车高模式下进行阻尼匹配和能量回收。本发明设计新颖合理，既能实现不同工况模式下更好的减振，又可以对振动能量进行回收，使用方便，使用前景广阔，便于推广使用。
专利类型：	发明专利
申请人：	西安科技大学
发明人：	寇发荣;何凌兰;洪锋;田蕾;张海亮
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T10:00:00+0805
申请号：	CN201911388112.8
公开号：	CN110978932A
代理机构：	西安众星蓝图知识产权代理有限公司
代理人：	张恒阳
分类号：	B60G17/019;B60G17/048;B;B60;B60G;B60G17;B60G17/019;B60G17/048
申请人地址：	710054 陕西省西安市碑林区雁塔中路58号
主权项：	1.一体式复合悬架作动器，包括作动器本体和作动器控制系统，其特征在于，所述作动器本体包括滚珠丝杠副组件和空气弹簧组件，所述滚珠丝杠副组件包括丝杠套筒、轴向向上穿出丝杠套筒并固定连接于固定支撑座(24)内的丝杠(20)、通过轴承(19)固定连接于丝杠(20)下端的活塞杆(18)、与活塞杆(18)下端固定连接的活塞(17)，设置在活塞(17)下方且在丝杠套筒内的浮动活塞(12)，与设置于浮动活塞(12)下方且在丝杠套筒内的缓冲底座(14)，所述丝杠套筒包括中间形成气流通道的丝杠套筒内管(10)和丝杠套筒外管(9)，所述丝杠套筒内管(10)和丝杠套筒外管(9)上部设置有气孔C(6)和气孔D(22)，所述丝杠套筒内管(10)内形成活塞腔可供活塞(17)往复运动，所述浮动活塞(12)与缓冲底座(14)之间形成浮动气室(13)，所述缓冲底座(14)设置在丝杠套筒内管(10)下端并且中心设置气孔B(16)，所述丝杠套筒外管(9)下端与焊接有固定底座(15)；所述空气弹簧组件包括橡胶气囊(8)，设置在橡胶气囊(8)上端的气囊上密封板(5)，所述橡胶气囊(8)与丝杠套筒外管(9)之间设置有柔性支撑架(11)，所述气囊上密封板(5)内部中空嵌入固定支撑座(24)，所述气囊上密封板(5)上端与保持架(1)固定连接，所述保持架(1)与气囊上密封板(5)设置有贯穿的气孔A(3)，所述气孔A(3)中通有气源管道(2)，所述保持架(1)内设置有无刷直流电机(26)。 2.根据权利要求1所述的一体式复合悬架作动器，其特征在于，所述气囊上密封板(5)上端与保持架(1)通过螺钉(4)螺纹连接，所述气囊上密封板(5)与橡胶气囊(8)法兰式连接，所述气囊上密封板(5)内部中空与固定支撑座(24)焊接。 3.根据权利要求1所述的一体式复合悬架作动器，其特征在于，所述丝杠(20)上端与联轴器(25)输出端固定连接，所述丝杠(20)下端与活塞杆(18)通过轴承(19)固定连接，所述丝杠(20)表面设置有螺纹。 4.根据权利要求1所述的一体式复合悬架作动器，其特征在于，所述气孔A(3)为外部气源对橡胶气囊(8)充放气的通道，所述气孔B(16)、气孔C(6)、气孔D(22)为橡胶气囊(8)与浮动气室之间实现气流流动的通道。 5.根据权利要求1所述的一体式复合悬架作动器，其特征在于，所述作动器控制系统包括作动器控制器(54)、电机驱动电路(39)、功率逆变电路(40)、无刷直流电机(26)、整流滤波电路(43)、DC/DC转换电路(45)、超级电容(33)、电磁阀驱动电路(32)、第一可变电压源电路(37)、第二可变电压源电路(38)及第一继电器(35)、第二继电器(36)、第三继电器(44)、第四继电器(41)，所述作动器控制器(54)的输入端接有位移传感器(46)、车速传感器(47)、高度传感器(48)、簧载质量加速度传感器(51)、簧载质量位移传感器(50)、非簧载质量位移传感器(49)和气压传感器(52)，所述第一继电器(35)接在蓄电池(34)与给电磁阀驱动电路(32)供电的第一可变电压源电路(37)间，所述第二继电器(36)接在蓄电池(34)与给无刷直流电机驱动电路(39)供电的第二可变电压源电路(38)间，所述第三继电器(44)接在整流滤波电路(43)与DC/DC转换电路(45)间，所述无刷直流电机(26)与包括电机驱动电路(39)和逆变电路(40)的电机驱动器输出端连接，所述逆变电路(40)与电机驱动电路(39)的输出端连接，所述整流滤波电路(43)与无刷直流电机(26)的输出端连接，所述DC/DC转换电路(45)与超级电容(33)连接，所述电磁阀驱动电路(32)输出端与电磁阀开关(31)输入端连接，所述第一可变电压源电路(37)和第二可变电压源电路(38)分别于控制器(54)的输出端连接。 6.根据权利要求1-5任意一项所述的一体式复合悬架作动器的控制方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤: 步骤Ⅰ、采集数据：作动器控制器(54)分别对路面不平度位移、车身实时高度、空气弹簧内的气压、簧载质量加速度、簧载质量位移、非簧载质量位移进行周期性采样；将第i次采样得到的簧载质量位移记作x1i，将第i次采样得到的非簧载质量位移记作x2i，其中，i的取值为非零自然数；步骤II、车辆行驶过程中，对车辆行驶速度信号、簧载质量位移信号和非簧载质量位移信号进行采集，作动器控制器(54)对其第i次采样得到的车速信号vi、簧载质量位移信号x1i、非簧载质量位移信号x2i大小进行分析处理，当RMS(x1i-x2i)>0.035mm时，车辆行驶路面较差，车身处于高位模式，目标车身高度为250mm+25mm；当RMS(x1i-x2i)<0.035mm，并且vi＜90km/h时，车身处于中位模式，目标车身高度为250mm；当vi≥90km/h时，车辆高速行驶时，车身处于低位模式，目标车身高度为250mm-25mm；所述作动器控制器(54)通过电磁阀开关(31)的断开与闭合对橡胶气囊(8)进行充放气控制，以实现车身目标高度的控制；步骤III、在对应高度模式下，分别对簧载质量加速度信号、簧载质量位移信号和非簧载质量位移信号进行采集，作动器控制器(54)调用混合天地棚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，控制器控制无刷直流电机对滚珠丝杠副组件输入电流实现对悬架作动器的阻尼力匹配控制。 7.根据权利要求6所述的一体式复合悬架作动器的控制方法，其特征在于，所述步骤III包括以下具体步骤： A1、车辆行驶在不同工况下行驶时，对第i次采样得到的车速信号vi、位移x1i、x2i进行分析处理，得到速度信号根据混合天地棚控制算法计算公式F′＝βFsky+(1-β)Fgnd计算得到车速信号vi和速度对应的车辆悬架混合天地棚控制下的主动控制力Fi′，其中，csky为天棚控制阻尼系数；cgnd为地棚控制阻尼系数；β值根据悬架系统在不同模式下的不同控制目标取选择不同，高位模式时,理想阻尼力以天棚控制为主,选取β＝0.65；中位模式时,控制器对空气弹簧进行充气或者放气使车身保持在目标高度，选取β＝0.5；低位时,理想阻尼力以地棚控制为主,选取β＝0.45； A2、根据公式计算得到第i次采样时直流无刷电机(26)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；作动器控制器(54)控制第二继电器(36)接通，第一继电器(35)、第三继电器(44)及第四继电器(41)都处于未接通状态，蓄电池给第二可变电压源电路(38)供电，第二可变电压源电路(38)给电机驱动电路(39)供电驱动直流无刷电机(26)工作，作动器控制器(54)通过控制直流无刷电机回路中的等效电阻，改变电机的电磁力矩，输出一个可控的阻尼力实现滚珠丝杠作动器的匹配控制，式中，Rn为馈能电路等效电阻，KT为电机的电磁转矩系数,L为滚珠丝杠的导程。 8.根据权利要求7所述的一体式复合悬架作动器的控制方法，其特征在于，所述步骤A2中实现滚珠丝杠作动器的匹配控制的具体过程包括：步骤B1、作动器控制器(54)计算的大小；步骤B2、作动器控制器将的计算结果与0进行大小比较，当时，判断出滚珠丝杠处于阻尼匹配模式；当时，判断出滚珠丝杠处于馈能工作模式；作动器控制器(54)输出信号控制第三继电器(44)和第四继电器(41)通电，使无刷直流电机(26)产生的电能经整流滤波电路将交流电转化为单向直流电，经DC/DC转换电路(45)升压后向超级电容(33)充电，实现了振动能量的回收。
所属类别：	发明专利