一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法，屬于汽車節(jié)能減排領(lǐng)域，本發(fā)明中的饋能懸架由彈簧和直線電機并聯(lián)組成，以兼顧較少的懸架能耗和較優(yōu)的乘坐舒適性為控制目的，提出一種改進的天棚控制策略。通過對車輛信號的采集來分析判斷直線電機的工作模式，使懸架處于三種不同的減振模式，同時可在懸架處于被動和半主動模式下，饋能懸架系統(tǒng)通過饋能電路回收振動能量，達到節(jié)能減排的目的。
【專利說明】
一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于汽車節(jié)能減排領(lǐng)域，具體涉及一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)被動懸架將懸架振動能量以熱能的形式全部耗散，且因為其固定的結(jié)構(gòu)參數(shù) 無法適應多變的路況限制了在車輛上的應用。半主動懸架的隔振性相比于被動懸架有較大 的提高，但其適用范圍有限。主動懸架通過提供合適的作動力來積極適應路況，改善汽車動 力學性能，但它需要大量的外部能源來提供作動力，增加了車輛燃油消耗，因此也沒有得到 廣泛運用。近年來，許多學者開始聚焦于具有饋能潛力的電磁懸架，在實現(xiàn)懸架振動衰減的 同時回收阻尼器耗散的能量，將其轉(zhuǎn)化為電能并加以儲存利用。
[0003] 直線電機是旋轉(zhuǎn)電機在結(jié)構(gòu)方面的一種變形，其結(jié)構(gòu)簡單、效率高、電樞與定子無 徑向力等優(yōu)點已在各種領(lǐng)域廣泛應用發(fā)展，特別是車輛懸架方面。直線電機式電磁懸架既 可以通過控制直線電機來實現(xiàn)車輛主動減振，又可以運用其特殊的構(gòu)造回收振動能量，實 現(xiàn)車輛隔振與饋能的雙重目的。
[0004] 目前對直線電機式電磁懸架的天棚控制大多使得懸架處于被動減振和主動控制 狀態(tài)，但這種控制策略會相對消耗更多的能量，無法更好地兼顧車輛動態(tài)性能和饋能，因 此，基于最大限度降低能耗上，如何適時控制直線電機也能達到較好的隔振性成為懸架亟 待解決的關(guān)鍵問題。
[0005] 中國專利CN201410176613.0公開了一種饋能懸架系統(tǒng)與控制方法，通過對理想電 磁阻尼力Fref和饋能回路不含直流變換器情況下的電磁阻尼力F N的對比，來判斷饋能電路 中直流變換器的升壓、降壓模式，達到有效回收能量的目的。但其只探討了懸架饋能時對饋 能電路的控制方法，未考慮到車輛動態(tài)性能的變化，控制較為單一，車輛在面對不同的路況 時，不能實時調(diào)節(jié)懸架阻尼，乘坐舒適性較差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方 法，解決了車輛在面對不同的路況時，實時調(diào)節(jié)懸架阻尼，達到較好的乘坐舒適性的問題。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0008] -種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1)，簧上質(zhì)量加速度傳感器和簧下質(zhì)量速度傳感器將采集到的簧上質(zhì)量加速 度信號和簧下質(zhì)量加速度信號輸送到ECU控制器，ECU控制器將信號處理計算得到簧上質(zhì)量 的絕對速度毛和簧下質(zhì)量的絕對速度先，以及簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間的相對速度4-為」
[0010] 步驟2)，ECU控制器根據(jù)簧上質(zhì)量的絕對速度4和簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量之間的相 對速度4-為的方向判斷懸架工作模式：
[0011]若毛_ (毛)<()，即簧上質(zhì)量的絕對速度4和簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量之間的相對速 度毛-Λ的方向相反，即理想天棚阻尼力與直線電機可輸出的最大阻尼力方向相反，ECU控 制器輸出信號，控制電源向直線電機的三相繞組中輸入電流，此時，同時把直線電機繞組線 圈的實際電流信號輸入給控制電路，達到跟蹤控制直線電機電流情況的目的，使得直線電 機輸出作動力，直線電機處于主動控制模式，消耗能量；
[0012] 若毛1(4 4) 20，即簧上質(zhì)量的絕對速度夂和簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量之間的相對速 度七-A方向相同，即理想天棚阻尼力與直線電機可輸出的最大阻尼力方向相同，此時進一 步判斷理想天棚阻尼力與直線電機可輸出的最大阻尼力之間的大小關(guān)系：
[0013] i.若理想天棚阻尼力小于等于直線電機可輸出的最大阻尼力，此時ECU控制器控 制直線電機工作于半主動模式，此時，將直線電機的繞組線圈理想電流和實際電流信號輸 入到控制電路來跟蹤控制電路負載;使直線電機輸出半主動阻尼力，同時通過饋能電路回 收懸架的振動能量；
[0014] ii.若理想天棚阻尼力大于直線電機可輸出的最大阻尼力，此時ECU控制器控制直 線電機工作于被動減振模式，直線電機輸出最大等效阻尼力同時通過饋能電路回收懸架的 振動能量。
[0015] 進一步，所述饋能懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為:在垂直方向上，彈簧和直線電機分別并聯(lián)在 簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間，簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量上分別固定設(shè)有簧上質(zhì)量加速度傳感器和 簧下質(zhì)量加速度傳感器，而簧上質(zhì)量加速度傳感器和簧下質(zhì)量加速度傳感器與ECU控制器 間分別通過信號線連接。
[0016] 進一步，所述直線電機為筒式永磁同步直線電機，直線電機的定子與車身連接，直 線電機的動子與車輪連接。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為:利用直線電機既可工作于發(fā)電機模式，又可工作于電動機 模式的原理，將直線電機集成到車輛懸架上。在懸架振動過程中，通過適時控制直線電機電 流輸入輸出，使車輛在面對不同路況時可處于不同工作模式，進而在較低能耗的前提下獲 得較優(yōu)的乘坐舒適性。同時，由于直線電機的結(jié)構(gòu)特性，當其處于發(fā)電機模式時，又可回收 部分振動能量，實現(xiàn)懸架隔振與饋能的有機結(jié)合。
【附圖說明】
[0018] 圖1為一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法的1/4饋能懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 其中：1-簧上質(zhì)量加速度傳感器;2-直線電機;3-簧下質(zhì)量加速度傳感器;4-等效 輪胎剛度彈簧;5-簧下質(zhì)量;6-彈簧;7-簧上質(zhì)量。
[0020] 圖2為一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法的流程圖。
[0021 ]圖3為一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法中直線電機不同模式時的控制/饋 能電路圖；
[0022] 圖3(a)、（c)為一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法中直線電機不同模式時的 饋能電路圖；
[0023] 圖3(b)、（d)為一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法中直線電機不同模式時的 控制電路圖；
[0024] 其中：8_負載電阻R1;9-開關(guān)S; 10-電源；11-直線電機等效內(nèi)阻Rm; 12-直線電機等 效電感Lm。
[0025]圖4為一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法中直線電機的主動/半主動跟蹤控 制圖；
[0026] 其中：ides為直線電機繞組線圈的理想電流，ireal為直線電機繞組線圈的實際電 流，f為直線電機的輸出力。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限 于此。
[0028] 如圖1所示，饋能懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，在垂直方向上，彈簧6和直線電機2分別并聯(lián) 在簧上質(zhì)量7和簧下質(zhì)量5之間，簧上質(zhì)量7和簧下質(zhì)量5上分別固定設(shè)有簧上質(zhì)量加速度傳 感器1和簧下質(zhì)量加速度傳感器3,而簧上質(zhì)量加速度傳感器1和簧下質(zhì)量加速度傳感器3與 ECU控制器間分別通過信號線連接，簧下質(zhì)量5下端連接有等效輪胎剛度彈簧4。直線電機2 為筒式永磁同步直線電機，直線電機2的定子與車身連接，直線電機2的動子與車輪連接。
[0029] 如圖2所示，一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法的流程圖，包括步驟：
[0030] 步驟1)，簧上質(zhì)量加速度傳感器1和簧下質(zhì)量速度傳感器3將采集到的簧上質(zhì)量加 速度信號和簧下質(zhì)量加速度信號輸送到ECU控制器，ECU控制器將信號處理計算得到簧上質(zhì) 量7的絕對速度4和簧下質(zhì)量5的絕對速度為，以及簧上質(zhì)量7和簧下質(zhì)量5之間的相對速度 X0 -Xj t
[0031] 步驟2)，E⑶控制器根據(jù)簧上質(zhì)量7的絕對速度毛和簧上質(zhì)量7與簧下質(zhì)量5之間的 相對速度4的方向判斷懸架工作模式：
[0032] 若毛·(夂_〇 <〇,即簧上質(zhì)量7的絕對速度:i2和簧上質(zhì)量7與簧下質(zhì)量5之間的相 對速度毛-為的方向相反，即理想天棚阻尼力與直線電機可輸出的最大阻尼力方向相反，此 時，分為兩種情況：
[0033] a)i2 >〇且4-杰<〇時，此時ECU控制器控制電源向直線電機2輸入電流進行主動 控制，其控制電路如圖3(b)所示，電源的正極輸出端與直線電機2的正極輸入端連接，直線 電機2的負極輸出端與可變電阻的正極輸入端連接，可變電阻的負極輸出端與電源的負 極輸入端連接，電流方向如圖3(b)中的箭頭所示。此時，如圖4所示，ECU控制器根據(jù)懸架系 統(tǒng)的采樣信號，進行模式判別后，輸出理想電流idm電流的大小為：
[0034]
[0035]其中csky為理想天棚阻尼系數(shù)，kf為直線電機的推力系數(shù)；
[0036] 同時把直線電機2繞組線圈的實際電流ireal信號輸入給控制電路，控制電路通過 調(diào)節(jié)圖3(b)中可變電阻心來達到跟蹤控制直線電機2電流情況的目的，使得直線電機2輸出 作動力f，其中/ = -，此時直線電機處于主動控制模式，消耗能量。
[0037] b) i2 < 〇且毛-Λ > 0時，此時ECU控制器控制電源向直線電機2輸入電流進行主動 控制，其控制電路如圖3 (d)所示，電流方向如圖3 (d)中的箭頭所示。此時，如圖4所示，ECU控 制器根據(jù)懸架系統(tǒng)的采樣信號，進行模式判別后，輸出理想電流ides，電流ides大小
司時把直線電機2繞組線圈的實際電流ire3al信號輸入給控制電路，電路通過調(diào) 節(jié)圖3(d)中可變電阻來達到跟蹤控制直線電機2電流情況的目的，使得直線電機2輸出作 動力f，作動力/ = -_毛，此時直線電機處于主動控制模式，消耗能量。
[0038] 若.(V(毛-弋）2()，即簧上質(zhì)量7的絕對速度4和簧上質(zhì)量7與簧下質(zhì)量5之間的相 對速度毛-矣方向相同，即理想天棚阻尼力與直線電機可輸出的最大阻尼力方向相同，此時 進一步判斷理想天棚阻尼力^·^與直線電機可輸出的最大阻尼力&_(·%-^)(c eq為直線 電機等效阻尼系數(shù))之間的大小關(guān)系：
[0039] 8)當矣之〇且矣-4》〇時，若Q 七-弋），即理想天棚阻尼力小于直線電 機可輸出的最大阻尼力，這就意味著在直線電機可提供的阻尼力范圍內(nèi)，為了達到更好的 行駛平順性，應該使懸架面臨不同路況時自我調(diào)節(jié)。此時ECU控制器控制直線電機2工作于 半主動模式，饋能電路如圖3(a)所示，開關(guān)閉合在上位，電路負載電阻心為可變電阻。路面 的隨機振動使得簧上質(zhì)量的絕對速度毛實時變換，直線電機2的理想電流ides也隨即實時改 變，同時監(jiān)測簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量之間的相對速度·％ -木的變化，利用下式來實時調(diào)節(jié)Ri，
[0040]
[0041] 其中，Um為直線電機的感應電動勢，為直線電機的感應電動勢系數(shù)，Rm為直線電 機的等效內(nèi)阻
[0042] 綜合饋能電路3(a)、公式(1)、（2)，此時直線電機2輸出電磁阻尼力：
[0043]
[0044] 同時，饋能懸架系統(tǒng)通過圖3(a)回收懸架的振動能量。
[0045] b)當毛2 〇且毛-矣> 〇時，若_i2 > cv(i2 -矣），即理想天棚阻尼力大于直線電 機可輸出的最大阻尼力，此時直線電機2不能再提供更大的阻尼力，ECU控制器控制直線電 機2工作于被動減振模式，饋能電路如圖3(a)所示，開關(guān)閉合在下位，此時，直線電機2輸出 最大等效阻尼力為：
[0046]
[0047] 同時，饋能懸架系統(tǒng)通過饋能電路圖3(a)回收懸架振動能量。
[0048] 幻當％ <〇且毛-矣<〇時，若-名），即理想天棚阻尼力小于直線電 機可輸出的最大阻尼力，此時ECU控制器控制直線電機2工作于半主動模式，饋能電路如圖3 (c)所示，開關(guān)閉合在上位，電路負載電阻心為可變電阻。路面的隨機振動使得簧上質(zhì)量的 絕對速度4實時變換，此時直線電機2的理想電流ides也實時改變，同時監(jiān)測簧上質(zhì)量與簧 下質(zhì)量之間的相對速度4 -矣的變化，由公式
-1來實時調(diào)節(jié)Ri。 此時，直線電機2輸出電磁阻尼力/ = -c ·(毛-岑）=· _% ;同時，饋能懸架系統(tǒng)通過饋能電 路圖3 (c)回收懸架振動能量。
[0049] d)當4<〇且毛-爲<〇時，若％1<_矣>%'(毛-為)，即理想天棚阻尼力大于直線電 機可輸出的最大阻尼力，此時直線電機2不能再提供更大的阻尼力，ECU控制器控制直線電 機2工作于被動減振模式;饋能電路如圖3(c)所示，開關(guān)閉合在下位，此時，直線電機2輸出 等效阻尼力為/ = -H -4);同時，饋能懸架系統(tǒng)通過饋能電路圖3(c)回收懸架振動能 量。
[0050] 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，應當 理解，本發(fā)明并不限于這里所描述的實現(xiàn)方案，這些實現(xiàn)方案描述的目的在于幫助本領(lǐng)域 中的技術(shù)人員實踐本發(fā)明。任何本領(lǐng)域中的技術(shù)人員很容易在不脫離本發(fā)明精神和范圍的 情況下進行進一步的改進和完善，因此本發(fā)明只受到本發(fā)明權(quán)利要求的內(nèi)容和范圍的限 制，其意圖涵蓋所有包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的備選方案和等 同方案。
【主權(quán)項】
1. 一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1)，簧上質(zhì)量加速度傳感器（1)和簧下質(zhì)量速度傳感器(3)將采集到的簧上質(zhì)量加 速度信號和簧下質(zhì)量加速度信號輸送到ECU控制器，ECU控制器將信號處理計算得到簧上質(zhì) 量(7)的絕對速度4和簧下質(zhì)量(5)的絕對速度夫，以及簧上質(zhì)量(7)和簧下質(zhì)量(5)之間的 相對速度4-Λ; 步驟2)，ECU控制器根據(jù)簧上質(zhì)量(7)的絕對速度毛和簧上質(zhì)量(7)與簧下質(zhì)量(5)之間 的相對速度毛的方向判斷懸架工作模式： 若_七_(毛-、）<0,即簧上質(zhì)量（7)的絕對速度4和簧上質(zhì)量(7)與簧下質(zhì)量(5)之間的 相對速度毛的方向相反，即理想天棚阻尼力與直線電機可輸出的最大阻尼力方向相反， E⑶控制器輸出信號，控制電源向直線電機(2)的三相繞組中輸入電流，此時，同時把直線電 機(2)繞組線圈的實際電流信號輸入給控制電路，達到跟蹤控制直線電機(2)電流情況的目 的，使得直線電機(2)輸出作動力，直線電機(2)處于主動控制模式，消耗能量； 若冬·(i2 -乂）2 0，即簧上質(zhì)量(7)的絕對速度i2和簧上質(zhì)量(7)與簧下質(zhì)量(5)之間的 相對速度毛-毛方向相同，即理想天棚阻尼力與直線電機可輸出的最大阻尼力方向相同，此 時進一步判斷理想天棚阻尼力與直線電機可輸出的最大阻尼力之間的大小關(guān)系：1. 若理想天棚阻尼力小于等于直線電機可輸出的最大阻尼力，此時ECU控制器控制直 線電機(2)工作于半主動模式，此時，將直線電機(2)的繞組線圈理想電流和實際電流信號 輸入到控制電路來跟蹤控制電路負載;使直線電機(2)輸出半主動阻尼力，同時饋能懸架系 統(tǒng)通過饋能電路回收懸架的振動能量； ii.若理想天棚阻尼力大于直線電機可輸出的最大阻尼力，此時ECU控制器控制直線電 機(2)工作于被動減振模式，直線電機(2)輸出最大等效阻尼力，同時饋能懸架系統(tǒng)通過饋 能電路回收懸架的振動能量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法，其特征在于，所述饋 能懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為:在垂直方向上，彈簧(6)和直線電機(2)分別并聯(lián)在簧上質(zhì)量(7)和簧 下質(zhì)量(5)之間，簧上質(zhì)量(7)和簧下質(zhì)量(5)上分別固定設(shè)有簧上質(zhì)量加速度傳感器（1)和 簧下質(zhì)量加速度傳感器(3)，而簧上質(zhì)量加速度傳感器（1)和簧下質(zhì)量加速度傳感器(3)與 E⑶控制器間分別通過信號線連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種饋能懸架系統(tǒng)的改進天棚控制方法，其特征在于，所述直 線電機(2)為筒式永磁同步直線電機，直線電機(2)的定子與車身連接，直線電機(2)的動子 與車輪連接。
【文檔編號】B60G13/14GK105857003SQ201610312324
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】陳龍, 汪佳佳, 汪若塵, 謝健, 丁仁凱
【申請人】江蘇大學