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原文传递一种复合式馈能型车辆半主动悬架作动器及其控制方法

专利名称：	一种复合式馈能型车辆半主动悬架作动器及其控制方法
摘要：	本发明公开了一种复合式馈能型车辆半主动悬架作动器，包括磁流变减振装置本体、直线馈能机构、旋转馈能机构、能量回收电路、传感器系统、控制器。直线馈能机构安装在活塞杆的上方，通过活塞杆的上下运动来实现能量回收；旋转馈能机构安装在活塞缸的下方，通过上缸体上的齿条的上下运动来带动预制啮合齿轮转动，从而使馈能电机旋转进而回收能量。回收的能量以电能的形式由能量回收电路收集到车载蓄电池中。本发明还公开了一种复合式馈能型车辆半主动悬架作动器的控制方法，根据不同的工况应用最合适的阻尼，以达到节能的目的。本发明减振效果好，耗能低，能量回收效率高。
专利类型：	发明专利
申请人：	西安科技大学
发明人：	寇发荣;郝帅帅
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：	CN201911388102.4
公开号：	CN110978929A
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：	B60G17/0165;B60G17/019;B60G17/08;B;B60;B60G;B60G17;B60G17/0165;B60G17/019;B60G17/08
申请人地址：	710054 陕西省西安市碑林区雁塔中路58号
主权项：	1.一种复合式馈能型车辆半主动悬架作动器，其特征在于，包括减振装置本体、直线馈能机构、旋转馈能机构、能量回收电路、传感器系统、控制器；所述减振装置本体包括设置在下缸体(17)中且由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体磁流变液(11)、设置在磁流变液(11)中的活塞(10)、与活塞(10)连接且内部中空的活塞杆(4)，所述下缸体(17)包括下缸内缸和下缸外缸，所述活塞(10)与内缸在径向留有间隙，所述活塞杆(4)和上缸体(3)为一体结构，所述活塞(10)的轴向开有设置活塞线圈(9)的绕线槽，所述活塞线穿过活塞杆(4)及上吊耳(1)；所述直线馈能机构包括永磁体(7)、初级冲片(5)及初级绕组(6)，所述永磁体(7)N、S级交错排列且套在活塞杆(4)的上，所述初级冲片(5)铸造成环状结构与上缸体(3)的上部过度配合，所述初级冲片(5)内部设有环槽用于安装初级绕组(6)，所述在永磁体(7)和初级冲片(5)之间留有间隙，所述初级绕组(6)和初级冲片(5)在轴向存在间隙；所述旋转馈能机构包括旋转电机、换向锥齿轮、单向轴承(19)、双向推力轴承(18)及齿轮齿条机构，所述旋转电机包括永磁体转子(13)和线圈定子(12)，所述换向锥齿轮包括安装在旋转电机上的副增速锥齿轮(14)和安装在短轴(20)上的主锥齿轮(15)，所述换向锥齿轮用定位卡环(23)固定在短轴(20)的卡环槽上，所述双向推力轴承(18)安装在下缸体(17)内壁上，所述短轴(20)两端安装在双向推力轴承(18)内环上，所述单向轴承(19)安装在短轴(20)的末端，其一端用轴肩定位，另一端轴承卡环(22)定位，所述短轴(20)上均开有键槽且和单向轴承(19)用第一键配合，所述短轴(20)两端的单向轴承(19)同向安装，所述齿条(25)分别安装在短轴(20)的内侧和外侧，所述齿轮齿条机构由固定在上缸体(3)上的齿条(25)和固定在短轴(20)单向轴承(19)上的齿轮(24)组成，所述齿轮(24)开有键槽，单向轴承(19)外圈和齿轮(24)用第二键配合。 2.如权利要求1所述的一种复合式馈能型车辆半主动悬架作动器，其特征在于，所述能量回收电路：直线馈能机构中大小和方向都在变化的电流和旋转电机中大小变化的电流经协调模块进行整理协调，整理协调后的电流流入整流电路，由整流电路出来的电流进入DC-DC升压电路，最后将电能储存到超级电容中；所述传感器系统包括位移传感器、速度传感器、加速度传感器；所述控制器，主要对传感器收集来的信号进行分析，然后做出相应的回应。 3.如权利要求1所述的一种复合式馈能型车辆半主动悬架作动器，其特征在于，所述齿条(25)与上缸体(3)内顶端焊接在一起，所述下吊耳(16)和下缸体(17)一体铸造，所述上吊耳(1)和上缸体(3)一体铸造。 4.一种如权利要求1-3所述的复合式馈能型车辆半主动悬架作动器的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、采集数据：位移传感器对路面不平度位移进行实时监测，非簧载质量位移传感器对非簧载质量位移进行实时监测，簧载质量位移传感器对簧载质量位移进行实时监测；簧载质量速度传感器对活塞杆和车身的速度进行实时监测，非簧载质量速度传感器对下缸体和轮胎的速度进行实时监测；簧载质量加速度传感器对活塞杆和车身的加速度进行实时监测，非簧载质量加速度传感器对下缸体和轮胎的加速度进行实时监测；簧载质量力传感器对活塞杆的力进行实时监测；控制器对以上传感器的数据进行周期采集；步骤二、阻尼减振：所述减振器的控制器对传感器进行周期采样得到的数据，经过控制算法计算后，得到磁流变减振器内的电磁线圈需要的输入电流；控制器控制控制恒流源电路的输出电流，为磁流变减振器内的电磁线圈提供需要的输入电流，实时调节磁流变减振器内的电磁线圈的电流，从而实时调节磁流变减振器内的电磁线圈产生的磁场强度，最终实现实时调节磁流变减振器的阻尼力，达到减小经过减振器传递到车身的振动目的；步骤三、能量回收：当车辆行驶在不平路面上时，路面激励传到非簧载质量的振动位移和非簧载质量振动传到车身而引起的振动位移不同，活塞在缸筒内上下运动，带动永磁体上下运动，产生感应电动势，产生电能通过整流器整流后，给车载蓄电池充电，车载蓄电池输出电能给可控恒流源电路；同时上缸体上的齿条也上下运动，活塞的上下运动转化为旋转电机的单向运动，有利于提高能量回收效率；步骤四、阻尼控制：控制器通过实时数据收集，计算当前最佳的阻尼力，然后与力传感器采集回来的阻尼力进行比较；如果比较结果在误差允许范围内，控制器不发出指令；如果比较结果不在误差允许范围内，控制器发出调整指令对当前减振器磁场进行调节，以使阻尼力控制在误差允许范围，具体计算过程如下：阻尼力计算模型中选用Bouc-Wen模型对汽车磁流变减震器的特性进行表述：汽车悬架的运动微分方程的表达式如下：式中，x2为簧载质量位移，x1为非簧载质量位移，m1为非簧载质量，m2为簧载质量，k1为轮胎刚度，k2为悬架刚度，q输入位移，u代表的是控制向量，取状态向量和输出向量分别为通过状态向量得到汽车悬架在运动状态下的状态方程，根据输出向量得到汽车悬架在运动状态下的输出方程，状态方程和输出方程的表达式如下：式中：A、Β、C、D分别表示状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵、传递矩阵；设J表示指标函数，J的表达式如下：式中，Ru2代表的是控制力；具体的控制策略包括I、∏、III三种： I、被动控制策略1 该策略是不打开汽车在运动过程中的磁流变阻尼器电源，使磁流变液从运动开始到运动结束一直都是牛顿流体，此时得到最小的汽车阻尼力Fmin(t)，即： Fmin(t)＝czu(t) 式中，u(t)为阻尼系数，c为阻尼系数，z代表的是粘度系数。u(t)的计算公式如下：式中，代表的是非悬挂部分在汽车运动过程中的速度；代表的是汽车在运动过程中的整体速度； ∏、被动控制策略2 该策略是打开汽车运动过程中磁流变阻尼器的电源，将磁场调节到最大值，此时汽车磁流变阻尼器中为Bingham流体，汽车的阻尼力达到最大值Fmax(t)的计算公式如下： Fmax(t)＝czu(t)+sign(u(t)) III、半主动控制策略通过上述公式得到汽车悬架的状态方程，引入性能指标函数J，在最优控制理论的基础上得到汽车悬架的最优控制力Fu(t)，Fu(t)的计算公式如下： Fu(t)＝-BTPX/R 式中，R表示汽车控制力向量在最优控制力下对应的权矩阵，可以通过权矩阵R对控制力和汽车悬架系统反映之间的重要程度进行调整.采用Riccati方程求解参数P： PA+ATP-PBR-1BTP+S＝0 式中，S代表的是状态向量的权矩阵，可以通过权矩阵S对控制力和汽车悬架系统反映之间的重要程度进行调整；对减振器的磁场强度进行调整，改变车辆的阻尼力，汽车的阻尼力不能在较短的时间内变为最优控制力只有对磁场强度进行调整，使阻尼力不断地趋近最优控制力，在饱和控制理论和最优控制理论基础上得到悬架控制策略Fu(t)：。
所属类别：	发明专利