一種多模式電磁饋能式車輛主動懸架作動器及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于汽車懸架系統技術領域，具體涉及一種多模式電磁饋能式車輛主動懸 架作動器及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 傳統的被動懸架由于剛度阻尼等參數是固定不變，只能確定一個盡量滿足各方面 要求的折中方案，這就使汽車行駛平順性和乘坐舒適性受到了一定的影響。顯然，傳統的被 動懸架己經不能滿足人們的需求，這就需要一種新型的車輛懸架，而主動懸架就是根據汽 車的運動狀態和路面情況，適時地調節懸架的參數，使其處于最佳減振狀態。
[0003] 主動懸架一般由傳感器和有源控制器組成的閉環控制系統，根據車輛的運動狀況 和路面狀況主動做出反應，來抑制車身的振動，該懸架既無固定的剛度又無固定的阻尼系 數，可以隨著道路條件的變化和行駛需要的不同要求而自動地改變彈簧剛度和減振器阻尼 系數，適時地調節懸架的參數，使懸架始終處于最佳的減振狀態和行駛姿態。
[0004] 目前，對于主動懸架作動器的研究大致分為三類，一是空氣主動懸架作動器，二是 液壓主動懸架作動器，三是電磁主動懸架作動器，而空氣和液壓作動器都存在著結構復雜、 泄漏密封、重量重和成本高及安全可靠性等諸多方面的問題，為保證主動懸架的良好性能， 作動器必須具有靈敏度高、穩定可靠、能耗低、位移大等特點，而隨著電磁學理論的不斷完 善以及大功率電子器件性能的不斷提升，同時其價格也日趨低廉，采用電磁方式來實現主 動懸架力發生器，正好滿足了以上要求，并已經取得了良好的效果。尤其是電磁直線作動器 有很多優點：具有結構簡單結構緊湊、響應時間短、控制精度高、無接觸摩擦、無潤滑、適應 頻帶寬、輸出位移和輸出力較大、可控性好，與此同時，電磁主動懸架還具有將能量回收的 潛力，這也與當前提倡的"節能、環保"這一主題相吻合。
[0005] 但是，現有技術中的能量自供式主動懸架作動器還存在結構復雜、響應慢、可靠性 差、能耗大、成本高等缺陷，而且，尤其是當作動器失效時，既不能實現提高車輛乘坐舒適 性、操作穩定性的目標，反而又可能使行駛情況惡化，鑒于此，設計了一種新型的電磁直線 作動器，不僅能發揮一般電磁作動器的作用，而且，當作動器失效時，可以起到被動減振器 的作用，從而衰減由地面不平經車輪傳至車身的振動，可謂一舉兩得。
[0006] 現有發明大都沒有考慮到當電磁作動器發生失效時，懸架性能將會變得非常的惡 劣，整車的操穩性和平順性變差，嚴重時會影響行駛安全性;而且沒有考慮在提高平順性的 情況下盡可能的達到饋能節能這一主題。
[0007] 另外，現有技術中的能量自供式主動懸架作動器的控制方法往往偏重主動懸架的 某一方面性能，沒有綜合能量自供式主動懸架作動器的總體性能，導致作動器在工作過程 中主動控制效果不明顯，在能量回饋模式與主動控制模式之間轉換速度過于頻繁，造成系 統嚴重的遲滯效應，對蓄電池的壽命也有較大的影響;而且，現有技術中對作動器中電機轉 速的控制方法還有待改善，現有技術還不能夠使主動懸架處于最佳的減振狀態。
【發明內容】
[0008] 本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種結構緊 湊、設計新穎合理、實現方便且成本低、工作穩定性和可靠性高、饋能效率高、能夠有效地延 長車載蓄電池的使用壽命的多模式電磁饋能式車輛主動懸架作動器。
[0009] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種多模式電磁饋能式車輛主 動懸架作動器，其特征在于:包括作動器本體和作動器控制器，所述作動器本體包括活塞 筒、永磁直線電機模塊和可調阻尼減振器模塊，所述活塞筒的頂部固定連接有作動器上端 蓋，所述活塞筒的底部固定連接有下吊耳;所述永磁直線電機模塊包括設置在活塞筒內下 部的次級活塞桿，以及套裝在次級活塞桿中上部的直線電機上端蓋和套裝在次級活塞桿下 部的直線電機下端蓋，所述直線電機上端蓋和直線電機下端蓋均與活塞筒內壁固定連接， 所述直線電機上端蓋和直線電機下端蓋之間設置有套裝在次級活塞桿外圍且相互間隔設 置的多塊硅鋼片和多個初級線圈，所述次級活塞桿的外壁上固定連接有永磁體;所述可調 阻尼減振器模塊包括從上到下穿過作動器上端蓋伸入活塞筒內的減振器活塞桿和設置在 活塞筒內且罩在次級活塞桿頂部的套筒，所述減振器活塞桿的頂部固定連接有上吊耳，所 述套筒固定連接在直線電機上端蓋頂部，所述套筒的頂部固定連接有與活塞筒的內壁固定 連接的密封隔離板，所述作動器上端蓋、活塞筒和密封隔離板圍成的空間為上阻尼液腔，所 述減振器活塞桿的底部固定連接有位于上阻尼液腔內的大活塞，所述密封隔離板、套筒和 直線電機上端蓋圍成的空間為下阻尼液腔，所述次級活塞桿的頂部固定連接有位于下阻尼 液腔內的小活塞，所述上阻尼液腔和下阻尼液腔內均設置有阻尼液，所述次級活塞桿的底 部固定連接有次級保護端蓋，所述密封隔離板上設置有阻尼液通孔，所述活塞筒內壁上設 置有從上到下連通上阻尼液腔和下阻尼液腔的阻尼液通道，所述阻尼液通道上連接有比例 電磁閥；所述作動器控制器的輸入端接有用于對車身加速度進行檢測的加速度傳感器、用 于對簧載質量速度進行檢測的簧載質量速度傳感器和用于對非簧載質量速度進行檢測的 非簧載質量速度傳感器，所述活塞筒的外壁上設置有控制盒，所述作動器控制器設置在控 制盒內，所述控制盒內還設置有整流器、用于為車載蓄電池充電的蓄電池充電電路、用于為 初級線圈提供穩定的輸入電流的第一可控恒流源電路和用于為比例電磁閥提供穩定的輸 入電流的第二可控恒流源電路，所述蓄電池充電電路接在整流器與車載蓄電池之間，所述 第一可控恒流源電路和第二可控恒流源電路均與車載蓄電池的輸出端和作動器控制器的 輸出端連接，多個所述初級線圈串聯后與第一可控恒流源電路的輸出端連接，所述比例電 磁閥與第二可控恒流源電路的輸出端連接，所述整流器的輸入端與多個串聯后的初級線圈 連接。
[0010] 上述的一種多模式電磁饋能式車輛主動懸架作動器，其特征在于:所述作動器上 端蓋的底部設置有套裝在減振器活塞桿上的密封圈。
[0011] 上述的一種多模式電磁饋能式車輛主動懸架作動器，其特征在于:所述阻尼液通 孔的數量為2~10個。
[0012] 上述的一種多模式電磁饋能式車輛主動懸架作動器，其特征在于:所述上吊耳通 過螺紋連接的方式與減振器活塞桿的頂部固定連接。
[0013] 本發明還公開了一種能夠適時地調節主動懸架的參數、使主動懸架處于最佳的減 振狀態、能夠更好地凸顯作動器在工作過程中的主動控制效果的多模式電磁饋能式車輛主 動懸架作動器的控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
[0014] 步驟I、加速度傳感器對車身加速度進行實時檢測，簧載質量速度傳感器對簧載質 量速度進行實時檢測，非簧載質量速度傳感器對非簧載質量速度進行實時檢測;作動器控 制器對加速度傳感器檢測到的車身加速度信號、簧載質量速度傳感器檢測到的簧載質量速 度信號和非簧載質量速度傳感器檢測到的非簧載質量速度信號進行周期性采樣；
[0015] 步驟Π 、作動器控制器將其第i次采樣得到的車身加速度a1與預先設定的工作模 式切換車身加速度閾值進行比較，當車身加速度a 1小于等于工作模式切換車身加速度閾值 時，所述作動器控制器不輸出對所述永磁直線電機模塊的控制信號，所述車輛主動懸架作 動器工作在饋能半主動工作模式下，具體的工作過程為:車身振動帶動上吊耳運動，上吊耳 帶動大活塞運動，大活塞通過阻尼液帶動小活塞和次級活塞桿運動，多個初級線圈與次級 活塞桿發生相對運動，多個初級線圈切割磁感線產生感應電動勢，產生的感應電動勢通過 整流器整流后，再經過蓄電池充電電路給車載蓄電池充電；同時，所述作動器控制器根據混 合天棚地棚控制的方法對其采樣得到的簧載質量速度信號和非簧載質量速度信號進行分 析處理，得到比例電磁閥需要的輸入電流/〗，即作動器控制器控制第二可控恒流源電路的 輸出電流改變比例電磁閥的輸入電流/!,進而調節比例電磁閥的開度，調節阻尼液通道 的阻尼力，進而實現對所述車輛主動懸架作動器阻尼力大小的實時調節；
[0016] 當車身加速度&1大于工作模式切換車身加速度閾值時，所述作動器控制器輸出對 所述永磁直線電機模塊的控制信號，所述車輛主動懸架作動器工作在主動耗能工作模式 下，具體的工作過程為:首先，所述作動器控制器控制第二可控恒流源電路的輸出電流右為 將比例電磁閥的開度調節到最大時需要的輸入電流，使阻尼液通道的阻尼力變為最小，減 小所述永磁直線電機模塊主動響應時所需的主動力;然后，所述作動器控制器根據PID控制 的方法對其第i-Ι次采樣得到的車身加速度信號a 1+1和第i次采樣得到的車身加速度信號a1 進行分析處理，得到多個初級線圈需要的輸入電流