分数阶主动悬架能量再生测试系统的制作方法

1.本发明涉及能量再生和新型悬架领域，具体涉及一种分数阶主动悬架能量再生测试系统。


背景技术：

2.悬架系统是汽车上最重要的组成部分之一。它把车身和车轮弹性的连接在一起。悬架需要传递作用在车身和车轮上的一切力和力矩，减缓行驶过程中车身收到的冲击载荷，减小承载系统因此引起的震动，由此提高汽车的行驶平顺性能和操纵稳定性能。随着汽车行业的不断发展，各种优秀主动控制悬架被提出，悬架系统运行所需要的能量也不断提高，为跟随能源可持续利用的国际化趋势，悬架系统的能量再生成为目前汽车悬架研究的一项重要方向。
3.目前，基于线性主动悬架系统的能量再生装置的研究已较为成熟，但在实际情况下，悬架系统中的弹性元件和减振器都有着非线性特性，并且由于材料记忆特性的影响，弹簧和减振器均存在分数阶动力学特性，因此含有分数阶阻尼的悬架模型更能准确描述悬架的动力学性能，使用基于线性主动悬架系统而提出的能量再生装置在处理分数阶非线性主动悬架系统时，可能无法得到较好的能量再生效果，因此，学者们迫切需要一种分数阶非线性主动悬架能量再生测试系统，以便于对悬架系统的能量再生装置进行进一步设计与研发。
4.目前已有少量主动悬架的测试系统，专利cn107576517a中，公开了以3-rps和4tps-ps并联机构为特征的测试平台，用于模拟路面和悬架控制的动态性能，无法提供能量再生测试；专利cn107907352a和cn107894339a，结构上采用了液压缸、配重和导向柱(支架)，其测试部分与专利cn107576517a类似，测试目的主要是作动器减振性能，也无法进行能量再生测试；专利cn201837534u结构主要采用支架、配重、螺杆电机、导轨等，传感器采用了位移和力传感器，主要进行弹簧和阻尼测试，无法进行能量再生测试。专利cn204526714u结构上也主要采用液压作动器，传感器尽管笼统的论述为“若干用以测试车辆状态的传感器”，但是从其测量的是车辆状态可知所述传感器多为位移、加速度和力传感器，其测试指标中不包含能量再生功率或者效率。专利cn108692956a结构主要采用横梁、立柱导轨、位移和力传感器，无法测量能量再生功率。上述专利中，控制器未有说明所采用的控制策略种类和方法，没有涉及分数阶阻尼力的控制。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种分数阶主动悬架能量再生测试系统，用以解决现有技术中的基于线性主动悬架系统而提出的能量再生装置在处理分数阶非线性主动悬架系统时，无法得到较好的能量再生效果的问题。
6.本发明提供了一种分数阶主动悬架能量再生测试系统，包括上位机、控制装置、减振器放置架、能量再生装置、功率测量装置、激振马达和人机操作平台，
7.所述人机操作平台连接激振马达，所述激振马达连接减振器放置架，所述人机操作平台控制激振马达驱动减振器放置架按设置好的各项参数进行线性悬架的振动；
8.所述上位机连接控制装置，所述上位机根据用户所研究车辆种类、车速、路面等级等条件不同设置分数阶阻尼力的相关参数，并将置分数阶阻尼力的相关参数传输至控制装置；
9.所述控制装置连接减振器放置架，所述控制装置根据分数阶阻尼力的相关参数输出分数阶阻尼力对减振器放置架的线性悬架振动进行扰动，如此，减振器放置架开始进行分数阶主动悬架的振动；
10.所述减振器放置架连接能量再生装置，所述能量再生装置将减振器放置架振动产生的机械能回收并转化为电能；
11.所述能量再生装置连接功率测量装置，所述功率测量装置将能量再生装置转化的电能进行测量；
12.所述功率测量装置连接上位机，所述功率测量装置将测量的电能数值传输至上位机并在上位机中显示。
13.进一步的，所述能量再生装置包括馈能电机、联轴器、滚珠丝杠、滚珠螺母、固定座、固定端吊筒、移动端吊筒，所述固定端吊筒和移动端吊筒的外端连接减振器放置架，所述滚珠丝杠的一端伸入固定端吊筒并通过联轴器连接馈能电机，所述滚珠丝杠的另一端伸入移动端吊筒，所述固定端吊筒和移动端吊筒上分别安装固定座和滚珠螺母，所述滚珠丝杠的两端分别穿入固定座和滚珠螺母内；减振器放置架振动带动滚珠丝杠运动，滚珠丝杠通过联轴器使馈能电机的电机轴旋转，馈能电机将机械能转化为电能。
14.进一步的，所述控制装置包括仿真器、开发板、编码器、驱动器和变压器，所述仿真器连接上位机和开发板，在上位机中使用keil软件编写电机控制的程序，计算并设置分数阶阻尼力，所述仿真器将上位机中编写好的程序载入开发板，所述开发板连接驱动器，所述驱动器连接变压器和编码器，所述编码器连接馈能电机，所述变压器为驱动器供电，所述开发板控制驱动器，所述驱动器通过编码器驱动馈能电机，并且驱动器上的霍尔电流传感器来采集并反馈电路中的电流信号给开发板，开发板通过实时控制馈能电机中电流的大小，实现电机扭矩控制，馈能电机带动滚珠丝杠运动，输出分数阶阻尼力。
15.进一步的，所述馈能电机为直流有刷电机。
16.进一步的，所述功率测量装置包括功率测量单片机和串联电阻，所述串联电阻连接馈能电机，所述馈能电机将生成的电流给串联电阻供电，所述串联电阻连接功率测量单片机，所述功率测量单片机测量串联电阻消耗的功率，所述功率测量单片机连接上位机，所述功率测量单片机将测量的功率数值传输至上位机并通过atkxcom软件在上位机中显示。
17.进一步的，所述滚珠丝杠伸入移动端吊筒部分的末端安装限位座，用于限制滚珠螺母的移动距离，防止滚珠脱落。
18.采用上述本发明技术方案的有益效果是：
19.本发明将能量再生装置的作用对象由线性的主动悬架转化为分数阶非线性的主动悬架，由本装置测量而得到的能量再生装置的效果比传统的设备更接近真实值；
20.在用户所研究车辆种类、车速、路面等级等条件不同时，可以计算出所研究对象的所需要的分数阶阻尼力，在上位机中更改控制装置的相关参数，模拟出相同的分数阶阻尼
力，实现了不同条件下分数阶非线性悬架的模拟；
21.提供了完整的能量再生装置和功率测量装置，方便用户对于悬架系统能量再生装置的研究。
附图说明
22.图1为本发明分数阶主动悬架能量再生测试系统框架图；
23.图2为本发明能量再生装置结构示意图；
24.图3为本发明控制装置框架图；
25.图4为本发明功率测量装置框架图；
26.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
27.1-馈能电机，2-联轴器，3-滚珠丝杠，4-滚珠螺母，5-固定座，6-固定端吊筒，7-移动端吊筒，8-限位座。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.如图1所示，本实施例一种分数阶主动悬架能量再生测试系统，包括上位机、控制装置、减振器放置架、能量再生装置、功率测量装置、激振马达和人机操作平台，
30.所述人机操作平台连接激振马达，所述激振马达连接减振器放置架，所述人机操作平台控制激振马达驱动减振器放置架按设置好的各项参数进行线性悬架的振动；
31.所述上位机连接控制装置，所述上位机根据用户所研究车辆种类、车速、路面等级等条件不同设置分数阶阻尼力的相关参数，并将置分数阶阻尼力的相关参数传输至控制装置；
32.所述控制装置连接减振器放置架，所述控制装置根据分数阶阻尼力的相关参数输出分数阶阻尼力对减振器放置架的线性悬架振动进行扰动，如此，减振器放置架开始进行分数阶主动悬架的振动；
33.所述减振器放置架连接能量再生装置，所述能量再生装置将减振器放置架振动产生的机械能回收并转化为电能；
34.所述能量再生装置连接功率测量装置，所述功率测量装置将能量再生装置转化的电能进行测量；
35.所述功率测量装置连接上位机，所述功率测量装置将测量的电能数值传输至上位机并在上位机中显示。
36.具体的，如图2所示，所述能量再生装置包括馈能电机1、联轴器2、滚珠丝杠3、滚珠螺母4、固定座5、固定端吊筒6、移动端吊筒7，所述固定端吊筒6和移动端吊筒7的外端连接减振器放置架，所述滚珠丝杠3的一端伸入固定端吊筒6并通过联轴器2连接馈能电机1，所述滚珠丝杠3的另一端伸入移动端吊筒7，所述固定端吊筒6和移动端吊筒7上分别安装固定座5和滚珠螺母4，所述滚珠丝杠3的两端分别穿入固定座5和滚珠螺母4内；减振器放置架振动带动滚珠丝杠3运动，滚珠丝杠3通过联轴器2使馈能电机1的电机轴旋转，馈能电机1将机
械能转化为电能；所述滚珠丝杠3伸入移动端吊筒7部分的末端安装限位座8，用于限制滚珠螺母4的移动距离，防止滚珠脱落。
37.具体的，如图3所示，所述控制装置包括仿真器、开发板、编码器、驱动器和变压器，所述仿真器连接上位机和开发板，在上位机中使用keil软件编写电机控制的程序，计算并设置分数阶阻尼力，所述仿真器将上位机中编写好的程序载入开发板，所述开发板连接驱动器，所述驱动器连接变压器和编码器，所述编码器连接馈能电机1，所述变压器为驱动器供电，所述开发板控制驱动器，所述驱动器通过编码器驱动馈能电机1，并且驱动器上的霍尔电流传感器来采集并反馈电路中的电流信号给开发板，开发板通过实时控制馈能电机1中电流的大小，实现电机扭矩控制，馈能电机1带动滚珠丝杠3运动，输出分数阶阻尼力。
38.具体的，所述馈能电机1为直流有刷电机。
39.具体的，如图4所示，所述功率测量装置包括功率测量单片机和串联电阻，所述串联电阻连接馈能电机1，所述馈能电机1将生成的电流给串联电阻供电，所述串联电阻连接功率测量单片机，所述功率测量单片机测量串联电阻消耗的功率，所述功率测量单片机连接上位机，所述功率测量单片机将测量的功率数值传输至上位机并通过atkxcom软件在上位机中显示。
40.综上，本发明将能量再生装置的作用对象由线性的主动悬架转化为分数阶非线性的主动悬架，由本装置测量而得到的能量再生装置的效果比传统的设备更接近真实值；在用户所研究车辆种类、车速、路面等级等条件不同时，可以计算出所研究对象的所需要的分数阶阻尼力，在上位机中更改控制装置的相关参数，模拟出相同的分数阶阻尼力，实现了不同条件下分数阶非线性悬架的模拟；提供了完整的能量再生装置和功率测量装置，方便用户对于悬架系统能量再生装置的研究。
41.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。