一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法

文档序号:10501197阅读:347来源:国知局
一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法,属于汽车节能减排领域,本发明中的馈能悬架由弹簧和直线电机并联组成,以兼顾较少的悬架能耗和较优的乘坐舒适性为控制目的,提出一种改进的天棚控制策略。通过对车辆信号的采集来分析判断直线电机的工作模式,使悬架处于三种不同的减振模式,同时可在悬架处于被动和半主动模式下,馈能悬架系统通过馈能电路回收振动能量,达到节能减排的目的。
【专利说明】
一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于汽车节能减排领域,具体涉及一种馈能悬架系统的改进天棚控制方 法。
【背景技术】
[0002] 传统被动悬架将悬架振动能量以热能的形式全部耗散,且因为其固定的结构参数 无法适应多变的路况限制了在车辆上的应用。半主动悬架的隔振性相比于被动悬架有较大 的提高,但其适用范围有限。主动悬架通过提供合适的作动力来积极适应路况,改善汽车动 力学性能,但它需要大量的外部能源来提供作动力,增加了车辆燃油消耗,因此也没有得到 广泛运用。近年来,许多学者开始聚焦于具有馈能潜力的电磁悬架,在实现悬架振动衰减的 同时回收阻尼器耗散的能量,将其转化为电能并加以储存利用。
[0003] 直线电机是旋转电机在结构方面的一种变形,其结构简单、效率高、电枢与定子无 径向力等优点已在各种领域广泛应用发展,特别是车辆悬架方面。直线电机式电磁悬架既 可以通过控制直线电机来实现车辆主动减振,又可以运用其特殊的构造回收振动能量,实 现车辆隔振与馈能的双重目的。
[0004] 目前对直线电机式电磁悬架的天棚控制大多使得悬架处于被动减振和主动控制 状态,但这种控制策略会相对消耗更多的能量,无法更好地兼顾车辆动态性能和馈能,因 此,基于最大限度降低能耗上,如何适时控制直线电机也能达到较好的隔振性成为悬架亟 待解决的关键问题。
[0005] 中国专利CN201410176613.0公开了一种馈能悬架系统与控制方法,通过对理想电 磁阻尼力Fref和馈能回路不含直流变换器情况下的电磁阻尼力F N的对比,来判断馈能电路 中直流变换器的升压、降压模式,达到有效回收能量的目的。但其只探讨了悬架馈能时对馈 能电路的控制方法,未考虑到车辆动态性能的变化,控制较为单一,车辆在面对不同的路况 时,不能实时调节悬架阻尼,乘坐舒适性较差。

【发明内容】

[0006] 针对现有技术存在的不足,本发明提出了一种馈能悬架系统的改进天棚控制方 法,解决了车辆在面对不同的路况时,实时调节悬架阻尼,达到较好的乘坐舒适性的问题。
[0007] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0008] -种馈能悬架系统的改进天棚控制方法,包括以下步骤:
[0009] 步骤1),簧上质量加速度传感器和簧下质量速度传感器将采集到的簧上质量加速 度信号和簧下质量加速度信号输送到ECU控制器,ECU控制器将信号处理计算得到簧上质量 的绝对速度毛和簧下质量的绝对速度先,以及簧上质量和簧下质量之间的相对速度4-為」
[0010] 步骤2),ECU控制器根据簧上质量的绝对速度4和簧上质量与簧下质量之间的相 对速度4-為的方向判断悬架工作模式:
[0011]若毛_ (毛)<(),即簧上质量的绝对速度4和簧上质量与簧下质量之间的相对速 度毛-Λ的方向相反,即理想天棚阻尼力与直线电机可输出的最大阻尼力方向相反,ECU控 制器输出信号,控制电源向直线电机的三相绕组中输入电流,此时,同时把直线电机绕组线 圈的实际电流信号输入给控制电路,达到跟踪控制直线电机电流情况的目的,使得直线电 机输出作动力,直线电机处于主动控制模式,消耗能量;
[0012] 若毛1(4 4) 20,即簧上质量的绝对速度夂和簧上质量与簧下质量之间的相对速 度七-A方向相同,即理想天棚阻尼力与直线电机可输出的最大阻尼力方向相同,此时进一 步判断理想天棚阻尼力与直线电机可输出的最大阻尼力之间的大小关系:
[0013] i.若理想天棚阻尼力小于等于直线电机可输出的最大阻尼力,此时ECU控制器控 制直线电机工作于半主动模式,此时,将直线电机的绕组线圈理想电流和实际电流信号输 入到控制电路来跟踪控制电路负载;使直线电机输出半主动阻尼力,同时通过馈能电路回 收悬架的振动能量;
[0014] ii.若理想天棚阻尼力大于直线电机可输出的最大阻尼力,此时ECU控制器控制直 线电机工作于被动减振模式,直线电机输出最大等效阻尼力同时通过馈能电路回收悬架的 振动能量。
[0015] 进一步,所述馈能悬架系统的结构为:在垂直方向上,弹簧和直线电机分别并联在 簧上质量和簧下质量之间,簧上质量和簧下质量上分别固定设有簧上质量加速度传感器和 簧下质量加速度传感器,而簧上质量加速度传感器和簧下质量加速度传感器与ECU控制器 间分别通过信号线连接。
[0016] 进一步,所述直线电机为筒式永磁同步直线电机,直线电机的定子与车身连接,直 线电机的动子与车轮连接。
[0017] 本发明的有益效果为:利用直线电机既可工作于发电机模式,又可工作于电动机 模式的原理,将直线电机集成到车辆悬架上。在悬架振动过程中,通过适时控制直线电机电 流输入输出,使车辆在面对不同路况时可处于不同工作模式,进而在较低能耗的前提下获 得较优的乘坐舒适性。同时,由于直线电机的结构特性,当其处于发电机模式时,又可回收 部分振动能量,实现悬架隔振与馈能的有机结合。
【附图说明】
[0018] 图1为一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法的1/4馈能悬架系统结构图;
[0019] 其中:1-簧上质量加速度传感器;2-直线电机;3-簧下质量加速度传感器;4-等效 轮胎刚度弹簧;5-簧下质量;6-弹簧;7-簧上质量。
[0020] 图2为一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法的流程图。
[0021 ]图3为一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法中直线电机不同模式时的控制/馈 能电路图;
[0022] 图3(a)、(c)为一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法中直线电机不同模式时的 馈能电路图;
[0023] 图3(b)、(d)为一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法中直线电机不同模式时的 控制电路图;
[0024] 其中:8_负载电阻R1;9-开关S; 10-电源;11-直线电机等效内阻Rm; 12-直线电机等 效电感Lm。
[0025]图4为一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法中直线电机的主动/半主动跟踪控 制图;
[0026] 其中:ides为直线电机绕组线圈的理想电流,ireal为直线电机绕组线圈的实际电 流,f为直线电机的输出力。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明,但本发明的保护范围并不限 于此。
[0028] 如图1所示,馈能悬架系统的结构图,在垂直方向上,弹簧6和直线电机2分别并联 在簧上质量7和簧下质量5之间,簧上质量7和簧下质量5上分别固定设有簧上质量加速度传 感器1和簧下质量加速度传感器3,而簧上质量加速度传感器1和簧下质量加速度传感器3与 ECU控制器间分别通过信号线连接,簧下质量5下端连接有等效轮胎刚度弹簧4。直线电机2 为筒式永磁同步直线电机,直线电机2的定子与车身连接,直线电机2的动子与车轮连接。
[0029] 如图2所示,一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法的流程图,包括步骤:
[0030] 步骤1),簧上质量加速度传感器1和簧下质量速度传感器3将采集到的簧上质量加 速度信号和簧下质量加速度信号输送到ECU控制器,ECU控制器将信号处理计算得到簧上质 量7的绝对速度4和簧下质量5的绝对速度為,以及簧上质量7和簧下质量5之间的相对速度 X0 -Xj t
[0031] 步骤2),E⑶控制器根据簧上质量7的绝对速度毛和簧上质量7与簧下质量5之间的 相对速度4的方向判断悬架工作模式:
[0032] 若毛·(夂_〇 <〇,即簧上质量7的绝对速度:i2和簧上质量7与簧下质量5之间的相 对速度毛-為的方向相反,即理想天棚阻尼力与直线电机可输出的最大阻尼力方向相反,此 时,分为两种情况:
[0033] a)i2 >〇且4-杰<〇时,此时ECU控制器控制电源向直线电机2输入电流进行主动 控制,其控制电路如图3(b)所示,电源的正极输出端与直线电机2的正极输入端连接,直线 电机2的负极输出端与可变电阻的正极输入端连接,可变电阻的负极输出端与电源的负 极输入端连接,电流方向如图3(b)中的箭头所示。此时,如图4所示,ECU控制器根据悬架系 统的采样信号,进行模式判别后,输出理想电流idm电流的大小为:
[0034]
[0035]其中csky为理想天棚阻尼系数,kf为直线电机的推力系数;
[0036] 同时把直线电机2绕组线圈的实际电流ireal信号输入给控制电路,控制电路通过 调节图3(b)中可变电阻心来达到跟踪控制直线电机2电流情况的目的,使得直线电机2输出 作动力f,其中/ = -,此时直线电机处于主动控制模式,消耗能量。
[0037] b) i2 < 〇且毛-Λ > 0时,此时ECU控制器控制电源向直线电机2输入电流进行主动 控制,其控制电路如图3 (d)所示,电流方向如图3 (d)中的箭头所示。此时,如图4所示,ECU控 制器根据悬架系统的采样信号,进行模式判别后,输出理想电流ides,电流ides大小
司时把直线电机2绕组线圈的实际电流ire3al信号输入给控制电路,电路通过调 节图3(d)中可变电阻来达到跟踪控制直线电机2电流情况的目的,使得直线电机2输出作 动力f,作动力/ = -_毛,此时直线电机处于主动控制模式,消耗能量。
[0038] 若.(V(毛-弋)2(),即簧上质量7的绝对速度4和簧上质量7与簧下质量5之间的相 对速度毛-矣方向相同,即理想天棚阻尼力与直线电机可输出的最大阻尼力方向相同,此时 进一步判断理想天棚阻尼力^·^与直线电机可输出的最大阻尼力&_(·%-^)(c eq为直线 电机等效阻尼系数)之间的大小关系:
[0039] 8)当矣之〇且矣-4》〇时,若Q 七-弋),即理想天棚阻尼力小于直线电 机可输出的最大阻尼力,这就意味着在直线电机可提供的阻尼力范围内,为了达到更好的 行驶平顺性,应该使悬架面临不同路况时自我调节。此时ECU控制器控制直线电机2工作于 半主动模式,馈能电路如图3(a)所示,开关闭合在上位,电路负载电阻心为可变电阻。路面 的随机振动使得簧上质量的绝对速度毛实时变换,直线电机2的理想电流ides也随即实时改 变,同时监测簧上质量与簧下质量之间的相对速度·% -木的变化,利用下式来实时调节Ri,
[0040]
[0041] 其中,Um为直线电机的感应电动势,为直线电机的感应电动势系数,Rm为直线电 机的等效内阻
[0042] 综合馈能电路3(a)、公式(1)、(2),此时直线电机2输出电磁阻尼力:
[0043]
[0044] 同时,馈能悬架系统通过图3(a)回收悬架的振动能量。
[0045] b)当毛2 〇且毛-矣> 〇时,若_i2 > cv(i2 -矣),即理想天棚阻尼力大于直线电 机可输出的最大阻尼力,此时直线电机2不能再提供更大的阻尼力,ECU控制器控制直线电 机2工作于被动减振模式,馈能电路如图3(a)所示,开关闭合在下位,此时,直线电机2输出 最大等效阻尼力为:
[0046]
[0047] 同时,馈能悬架系统通过馈能电路图3(a)回收悬架振动能量。
[0048] 幻当% <〇且毛-矣<〇时,若-名),即理想天棚阻尼力小于直线电 机可输出的最大阻尼力,此时ECU控制器控制直线电机2工作于半主动模式,馈能电路如图3 (c)所示,开关闭合在上位,电路负载电阻心为可变电阻。路面的随机振动使得簧上质量的 绝对速度4实时变换,此时直线电机2的理想电流ides也实时改变,同时监测簧上质量与簧 下质量之间的相对速度4 -矣的变化,由公式
-1来实时调节Ri。 此时,直线电机2输出电磁阻尼力/ = -c ·(毛-岑)=· _% ;同时,馈能悬架系统通过馈能电 路图3 (c)回收悬架振动能量。
[0049] d)当4<〇且毛-爲<〇时,若%1<_矣>%'(毛-為),即理想天棚阻尼力大于直线电 机可输出的最大阻尼力,此时直线电机2不能再提供更大的阻尼力,ECU控制器控制直线电 机2工作于被动减振模式;馈能电路如图3(c)所示,开关闭合在下位,此时,直线电机2输出 等效阻尼力为/ = -H -4);同时,馈能悬架系统通过馈能电路图3(c)回收悬架振动能 量。
[0050] 以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围,应当 理解,本发明并不限于这里所描述的实现方案,这些实现方案描述的目的在于帮助本领域 中的技术人员实践本发明。任何本领域中的技术人员很容易在不脱离本发明精神和范围的 情况下进行进一步的改进和完善,因此本发明只受到本发明权利要求的内容和范围的限 制,其意图涵盖所有包括在由所附权利要求所限定的本发明精神和范围内的备选方案和等 同方案。
【主权项】
1. 一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1),簧上质量加速度传感器(1)和簧下质量速度传感器(3)将采集到的簧上质量加 速度信号和簧下质量加速度信号输送到ECU控制器,ECU控制器将信号处理计算得到簧上质 量(7)的绝对速度4和簧下质量(5)的绝对速度夫,以及簧上质量(7)和簧下质量(5)之间的 相对速度4-Λ; 步骤2),ECU控制器根据簧上质量(7)的绝对速度毛和簧上质量(7)与簧下质量(5)之间 的相对速度毛的方向判断悬架工作模式: 若_七_(毛-、)<0,即簧上质量(7)的绝对速度4和簧上质量(7)与簧下质量(5)之间的 相对速度毛的方向相反,即理想天棚阻尼力与直线电机可输出的最大阻尼力方向相反, E⑶控制器输出信号,控制电源向直线电机(2)的三相绕组中输入电流,此时,同时把直线电 机(2)绕组线圈的实际电流信号输入给控制电路,达到跟踪控制直线电机(2)电流情况的目 的,使得直线电机(2)输出作动力,直线电机(2)处于主动控制模式,消耗能量; 若冬·(i2 -乂)2 0,即簧上质量(7)的绝对速度i2和簧上质量(7)与簧下质量(5)之间的 相对速度毛-毛方向相同,即理想天棚阻尼力与直线电机可输出的最大阻尼力方向相同,此 时进一步判断理想天棚阻尼力与直线电机可输出的最大阻尼力之间的大小关系:1. 若理想天棚阻尼力小于等于直线电机可输出的最大阻尼力,此时ECU控制器控制直 线电机(2)工作于半主动模式,此时,将直线电机(2)的绕组线圈理想电流和实际电流信号 输入到控制电路来跟踪控制电路负载;使直线电机(2)输出半主动阻尼力,同时馈能悬架系 统通过馈能电路回收悬架的振动能量; ii.若理想天棚阻尼力大于直线电机可输出的最大阻尼力,此时ECU控制器控制直线电 机(2)工作于被动减振模式,直线电机(2)输出最大等效阻尼力,同时馈能悬架系统通过馈 能电路回收悬架的振动能量。2. 根据权利要求1所述的一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法,其特征在于,所述馈 能悬架系统的结构为:在垂直方向上,弹簧(6)和直线电机(2)分别并联在簧上质量(7)和簧 下质量(5)之间,簧上质量(7)和簧下质量(5)上分别固定设有簧上质量加速度传感器(1)和 簧下质量加速度传感器(3),而簧上质量加速度传感器(1)和簧下质量加速度传感器(3)与 E⑶控制器间分别通过信号线连接。3. 根据权利要求1所述的一种馈能悬架系统的改进天棚控制方法,其特征在于,所述直 线电机(2)为筒式永磁同步直线电机,直线电机(2)的定子与车身连接,直线电机(2)的动子 与车轮连接。
【文档编号】B60G13/14GK105857003SQ201610312324
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】陈龙, 汪佳佳, 汪若尘, 谢健, 丁仁凯
【申请人】江苏大学
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