一种主动式馈能悬架作动器及其控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车主动悬架技术，尤其涉及到一种主动式馈能悬架作动器及其控制系统。
【背景技术】
[0002]悬架一般由弹性元件、减震器和导向机构组成，悬架系统会在路面和发动机等激励下产生随机振动，传统悬架中的阻尼器，会将这部分机械能以热能形式耗散，产生阻尼力，而馈能式悬架则可以将这部分机械能以电能等形式回收。
[0003]现代汽车悬架可以分为被动、半主动和主动式悬架三种，被动悬架虽然结构简单成本较低，但是只能在某种特定的路面条件下达到最优性能；半主动悬架可以根据路面等条件调整悬架阻尼参数，实现一定程度的悬架性能改善;主动悬架则是在悬架系统中附加一个作动器，来实时调节悬架刚度和阻尼，可以最大程度的改善悬架性能。
[0004]现有技术中，对悬架中的作动器，主要采用旋转电机直接与滚珠丝杠结合的方案，该结构的缺点在于:在馈能或者主动调节悬架过程中，旋转电机需要频繁改变转向，导致电机高频转换，缩短电机寿命。另外，对悬架中的作动器，在旋转电机和滚珠丝杠之间加入行星轮系的方案也有一些设计结构，有的研究人员在其设计的电磁馈能型半主动悬架馈能阻尼实时控制装置中(专利申请号201210054782.8)，将行星轮系的齿圈固定，但该结构的不足之处在于:该结构在馈能过程中仍然需要频繁变换旋转电机转子转向，从而导致电机高频转换，缩短了电机寿命；有的设计人员在其设计的馈能悬架减震器中(专利申请号201420239203.1)也应用了类似结构，该方案在旋转电机与滚珠丝杠之间设置单向离合器以及行星轮系，并使行星轮系的行星架保持固定，但该结构的不足之处在于:只能实现旋转电机在馈能过程中保持单向旋转，不能实现主动调节悬架阻尼与刚度的的功能。
[0005]为了解决上述问题，根据行星齿轮系的特性，通过利用电磁离合器，依据工作需要对行星轮系不同部件进行固定，不仅可以实现馈能和主动调节悬架阻尼与刚度的功能，同时可以使旋转电机在馈能和主动调节悬架两种模式下始终保持单向旋转，避免了高频转换，延长了电机寿命。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种主动式馈能悬架作动器及其控制系统，依据行星齿轮系的特性，通过利用电磁离合器，依据工作需要对行星轮系不同部件进行固定，不仅可以实现馈能和主动调节悬架阻尼与刚度的功能，同时可以使旋转电机在馈能和主动调节悬架两种模式下始终保持单向旋转，避免了高频转换，延长了电机寿命。
[0007]实现本发明目的的技术方案是:
[0008]—种主动式馈能悬架作动器，包括上吊环、旋转电机、太阳轮、行星架、行星轮、外齿圈、电磁离合器C1、电磁离合器C2、固定杆、电磁离合器C3、电磁离合器C4、推力轴承、滚珠螺杆、滚珠螺母、上工作缸、下工作缸和下吊环；
[0009]上吊环固定在上工作缸的外部顶端，上吊环与簧上质量连接;所述下工作缸上端嵌入上工作缸下端;下吊环固定在下工作缸的外部底端，下吊环与簧下质量连接；
[0010]旋转电机安装在上工作缸内顶部;太阳轮位于旋转电机下方且太阳轮的轴与旋转电机的转子同轴连接，行星轮与太阳轮啮合，行星轮与外齿圈啮合;行星架与行星轮和太阳轮连接；
[0011 ]电磁离合器&的主动盘与行星架连接，从动盘与固定杆连接；电磁离合器C2的主动盘与滚珠螺杆连接，从动盘与行星架连接；电磁离合器C3的主动盘与外齿圈连接，从动盘与固定杆连接;电磁离合器C4的主动盘与滚珠螺杆连接，从动盘与外齿圈连接；
[0012]推力轴承安装在电磁离合器C4正下方，滚珠丝杠安装在推力轴承正下方;滚珠螺母固定于下工作缸上端，滚珠螺杆的上端由推力轴承定位，滚珠螺杆下端贯穿滚珠螺母并伸入到下工作缸内。
[0013]进一步的，行星轮至少2个。
[0014]进一步的，旋转电机采用永磁直流无刷电机，电磁离合器Cl、电磁离合器C2、电磁离合器C3、电磁离合器C4均采用干式单片离合器，推力轴承采用角接触球轴承的成对双联结构。
[0015]—种主动式馈能悬架作动器控制系统，包括阻尼器、弹性元件、作动器、簧上质量、簧下质量、整车控制器模块、驱动电路模块和A/D转换器;所述作动器、阻尼器和弹性元件并联在簧上质量和簧下质量之间；所述作动器包括电机、电磁离合器、螺杆;所述整车控制器模块通过A/D转换器收集螺杆的转向信号、电磁离合器的状态信号和电机的转向和力矩信号，整车控制器模块将收到的信号进行分析并发出信号经驱动电路模块控制电磁离合器的通断和电机的工作状态。
[0016]本发明的有益效果是:
[0017]1.旋转电机与滚珠螺杆之间设置一个行星齿轮系传递动力，结构紧凑，保障力矩和转速传递的有效性。
[0018]2.采用电磁离合器控制行星齿轮系元件的固定与动力结合，反应速度快，耐久性强，组装维护容易。
[0019]3.本发明与阻尼器并联，通过控制电磁离合器结合行星齿轮系等部件可实现馈能和主动调节悬架阻尼刚度及车身高度两种模式，以及两种模式下电机均可以保持同一方向旋转，避免了高频转换，延长了电机寿命，达到节能与提高悬架性能的双重目的。
[0020]4.根据行星齿轮系的特性，通过利用电磁离合器，依据工作需要对行星轮系不同部件进行固定，不仅可以实现馈能和主动调节悬架阻尼与刚度的功能，同时可以使旋转电机在馈能和主动调节悬架两种模式下始终保持单向旋转，避免了高频转换，延长了电机寿命O
[0021 ] 5.该控制系统结构简单可以对作动器进行准确的控制，实现馈能和主动悬架模式。
【附图说明】
[0022]图1为一种主动式馈能悬架作动器结构示意图；
[0023]图2为在馈能模式下，滚珠螺杆顺时针转动时电磁离合器状态及传动部件旋转方向示意图；
[0024]图3为在馈能模式下，滚珠螺杆逆时针转动时电磁离合器状态及传动部件旋转方向示意图；
[0025]图4为在主动调节悬架模式下，滚珠螺杆顺时针转动时电磁离合器状态及传动部件旋转方向示意图；
[0026]图5为在主动调节悬架模式下，滚珠螺杆逆时针转动时电磁离合器状态及传动部件旋转方向示意图；
[0027]图6为本发明的控制系统原理图。
[0028]附图标记:
[0029]1-上吊环;2-旋转电机;3-太阳轮;4-行星架；17-行星轮;5_外齿圈；6_电磁离合器Ci; 7-电磁离合器C2; 8-固定杆;9-电磁离合器C3; 10-电磁离合器C4 ； 11-推力轴承；12-滚珠螺杆;13-滚珠螺母;14-上工作缸;15-下工作缸;16-下吊环。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明进一步说明:
[0031]如附图1所示，一种行星齿轮主动式馈能悬架作动器，包括上吊环1、旋转电机2、太阳轮3、行星架4、行星轮17、外齿圈5、电磁离合器&6、电磁离合器C27、固定杆8、电磁离合器C39、电磁离合器C410、推力轴承11、滚珠螺杆12、滚珠螺母13、上工作缸14、下工作缸15、下吊环16;
[0032]上吊环I固定在上工作缸14的外部顶端与簧上质量连接，下工作缸15上端嵌入上工作缸14下方，下吊环16固定在下工作缸15的外部底端与簧下质量连接;旋转电机2安装在上工作缸14内顶部，太阳轮3位于旋转电机2下方且太阳轮3的轴与电机转子同轴连接，行星轮17与太阳轮3啮合，行星轮17与外齿圈5啮合；电磁离合器CW的主动盘与行星架4连接，从动盘与固定杆8连接，电磁离合器C27的主动盘与滚珠螺杆12连接，从动盘与行星架4连接，电磁离合器C39的主动盘与外齿圈5连接，从动盘与固定杆8连接，电磁离合器CUO的主动盘与滚珠螺杆12连接，从动盘与外齿圈5连接，推力轴承11安装在电磁离合器CUO下方;滚珠丝杠安装在推力轴承11下方，滚珠螺母13固定于下工作缸15上端，滚珠螺杆12的上端由推力轴承11定位，下端贯穿滚珠螺母13伸入到下工作缸15内。
[0033]结合附图2所示，在馈能过程中，随着上工作缸14、下工作缸15之间的的相对运动，滚珠螺杆12转动，当滚珠螺杆12顺时针(俯视)转动时，传感器信号输入整车控制器，控制电磁离合器C27和电磁离合器C39的衔铁通电接合，电磁离合器&6和电磁离合器CUO的衔铁断电分离，从而固定外齿圈5，动力由行星架4输入，太阳轮3输出，太阳轮3与行星架4旋转方向相同，旋转电机2转子顺时针转动。
[0034]结合附图3所示，在馈能过程中，随着上工作缸14、下工作缸15之间的的相对运动，滚珠螺杆转动12，当滚珠螺杆12逆时针(俯视)转动时，传感器信号输入整车控制器，控制电磁离合器&6和电磁离合器CdO的衔铁通电接合，电磁离合器C27和电磁离合器C39的衔铁断电分离，从而固定行星架4，动力经外齿圈5输入，通过太阳轮3输出给旋转电机2，太阳轮3与外齿圈5转速方向相反，旋转电机2转子顺时针转动。
[0035]结合附图4所示，在旋转电机2作为电动机主动调节悬架性能过程中，旋转电机2转子旋转(顺时针)，整车控制器根据当前情况对滚珠螺杆12旋转方向的要求，发出信号控制电磁离合器电流的通断，若要求滚珠螺杆12顺时针转动，则使得电磁离合器C27和电磁离合器C39的衔铁通电接合，电磁离合器CW和电磁离合器C41的衔铁断电分离，从而固定外齿圈5，动力由旋转电机2的转子经太阳轮3输入，行星架4输出，滚珠螺杆12顺时针旋转与太阳轮3方向(S卩旋转电机2转子方向)相同，并通过滚珠螺母13带动下工作缸15朝着一定的方向直线运动。
[0036]结合附图5所示，旋转电机2电机保持顺时针旋转不变，若要求下工作缸15朝着相反方向直线运动即滚珠螺杆12螺杆逆时针转动，则使得电磁离合器&6和电磁离合器C41的衔铁通电接合，电磁离