專利名稱：車輛的電磁懸架系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)(suspension system)的改進(jìn)，該系統(tǒng)包括電磁致動(dòng)器(稱為電磁阻尼器)，其在電源下對(duì)懸架形成振動(dòng)阻尼，并在液壓阻尼器中采用，該液壓阻尼器在液壓流體或液壓油的粘滯阻力下形成振動(dòng)阻尼。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的車輛電磁懸架系統(tǒng)在線圈連接轉(zhuǎn)接裝置的作用下，交替使用主動(dòng)控制和被動(dòng)控制。在主動(dòng)控制中，阻尼力通過(guò)從外部向電磁致動(dòng)器提供能量來(lái)控制。在被動(dòng)控制中，阻尼力是在電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)(dynamic braking)下獲得的。這種電磁懸架系統(tǒng)在日本臨時(shí)專利申請(qǐng)No.2002-48189中公開(kāi)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在這種電磁懸架系統(tǒng)中，要進(jìn)行主動(dòng)控制與被動(dòng)控制之間的切換。于是，例如在為實(shí)現(xiàn)車輛的姿態(tài)控制的主動(dòng)控制期間施加來(lái)自輪胎的振動(dòng)輸入的情形下，這一振動(dòng)輸入也由主動(dòng)控制處理以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制。結(jié)果是，在主動(dòng)方式中在電動(dòng)機(jī)控制下姿態(tài)控制和振動(dòng)控制兩者都需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)。這不僅使主動(dòng)控制復(fù)雜化，而且降低了能量效率。
因而，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種改進(jìn)的用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)，其能夠有效地克服傳統(tǒng)的車輛電磁懸架系統(tǒng)中遇到的缺陷。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)，其不僅簡(jiǎn)化了對(duì)于電磁致動(dòng)器的主動(dòng)控制，而且改進(jìn)了能量效率。
本發(fā)明的又一目的是要提供一種用于車輛的改進(jìn)的電磁懸架系統(tǒng)，其對(duì)控制對(duì)象輸入力進(jìn)行主動(dòng)控制，同時(shí)能夠以被動(dòng)方式處理非控制對(duì)象力的輸入力。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)，其包括插入在簧上質(zhì)量(sprung mass)和簧下質(zhì)量(unsprung mass)之間并基本上與彈簧元件平行配置的電磁致動(dòng)器。設(shè)置一電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)該電磁致動(dòng)器。配置一電動(dòng)機(jī)控制器以計(jì)算施加到電磁致動(dòng)器的位移輸入，并以這樣一種方式控制電動(dòng)機(jī)，即，使得電磁致動(dòng)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于位移輸入的最優(yōu)阻尼力。電動(dòng)機(jī)裝有電動(dòng)機(jī)控制電路，電動(dòng)機(jī)通過(guò)該電路連接到電動(dòng)機(jī)控制器。此外，電阻尼元件電連接到電動(dòng)機(jī)控制電路并平行于電動(dòng)機(jī)，以便在電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)下響應(yīng)從簧下質(zhì)量輸入到電磁致動(dòng)器的位移，以被動(dòng)方式產(chǎn)生阻尼力。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)，一電磁致動(dòng)器插入在簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間并基本上與彈簧元件平行配置。設(shè)置一電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)該電磁致動(dòng)器。裝備一電動(dòng)機(jī)控制裝置以計(jì)算施加到電磁致動(dòng)器的位移輸入，并以這樣一種方式控制電動(dòng)機(jī)，即，使得電磁致動(dòng)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于位移輸入的最優(yōu)阻尼力。電動(dòng)機(jī)裝備有一電動(dòng)機(jī)控制電路，電動(dòng)機(jī)通過(guò)該電路連接到電動(dòng)機(jī)控制裝置。此外，一電阻尼元件電連接到電動(dòng)機(jī)控制電路并平行于電動(dòng)機(jī)，以便在電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)下響應(yīng)從簧下質(zhì)量輸入到電磁致動(dòng)器的位移，以被動(dòng)方式產(chǎn)生阻尼力。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的車輛磁懸架系統(tǒng)第一實(shí)施例的示意圖；圖2是圖1的磁懸架系統(tǒng)中電磁致動(dòng)器的垂直剖視圖；圖3是圖1的電磁懸架系統(tǒng)的具有垂直的二自由度的四分之一車體模型的框圖，其裝備有用于圖2的電磁致動(dòng)器電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)；圖4是圖1的磁懸架系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制電路的電路圖，包括電動(dòng)機(jī)和電阻器；
圖5是在圖1的磁懸架系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)控制器中執(zhí)行的對(duì)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制處理的流程圖；圖6是在圖5的電動(dòng)機(jī)控制處理中使用的電磁致動(dòng)器的功率輸出相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的角速度的特性曲線圖；圖7是類似于圖4的電路圖，但表示根據(jù)本發(fā)明磁懸架系統(tǒng)的第二實(shí)施例中用于電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制電路，包括電動(dòng)機(jī)和電諧振電路；圖8是類似于圖5的流程圖，但表示圖7的磁懸架系統(tǒng)中在電動(dòng)機(jī)控制器中執(zhí)行的對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制處理；以及圖9是一曲線圖，表示圖7的電動(dòng)機(jī)控制電路中電諧振電路的電流增益頻率特性。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，根據(jù)本發(fā)明的電磁懸架系統(tǒng)的一實(shí)施例與機(jī)動(dòng)車車體1結(jié)合示出。該懸架系統(tǒng)包括上連桿2和下連桿3，它們通常平行設(shè)置并在它們的一端與車體1(簧上質(zhì)量)連接。上連桿2和下連桿的另一端由輪胎6(簧下質(zhì)量)與其可旋轉(zhuǎn)連接的輪軸或轉(zhuǎn)向節(jié)5連接。電磁致動(dòng)器4設(shè)置在車體1與下連桿3之間，并用來(lái)代替在多連桿型獨(dú)立懸架系統(tǒng)中使用的減震器或液壓阻尼器。電磁致動(dòng)器4與圖3所示的彈簧元件7平行配置，并由圖2所示的電動(dòng)機(jī)8驅(qū)動(dòng)。
如圖2所示，電磁致動(dòng)器4包括電動(dòng)機(jī)8，其設(shè)置在外管11的上端部分并具有固定在電動(dòng)機(jī)8轉(zhuǎn)子上的可旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)軸。該可旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)軸裝有減速器8a，減速軸8b從其伸出。滾珠絲杠9連接到減速軸8b并與滾珠絲杠螺母10螺紋地嚙合，以使得滾珠絲杠9的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換為滾珠絲杠螺母10的線性運(yùn)動(dòng)，同時(shí)滾珠絲杠螺母10的線性運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換為滾珠絲杠9的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
內(nèi)管12以這樣的方式固定到滾珠絲杠螺母10，即，使其覆蓋滾珠絲杠9。連桿支撐孔14固定到內(nèi)管12的下端。外管11延伸以便覆蓋內(nèi)管12的上部分。車體支撐螺栓13固定到外管11的上端，并通過(guò)一絕緣體(未示出)固定支撐到車體1。連桿支撐孔14通過(guò)一軸襯(未示出)支撐到下連桿3。
以下將參照?qǐng)D3和4詳細(xì)討論電磁致動(dòng)器4。圖3是第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)及用于電磁致動(dòng)器4的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的、具有垂直的兩個(gè)自由度的四分之一車體模型的框圖。圖4是用于電磁致動(dòng)器4的電動(dòng)機(jī)8的電動(dòng)機(jī)控制電路的電路圖。
當(dāng)?shù)谝粚?shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)表示為具有垂直兩個(gè)自由度的四分之一車體模型時(shí)，彈簧元件7和電磁致動(dòng)器4彼此平行設(shè)置，并插入在作為簧上質(zhì)量的車體1與作為簧下質(zhì)量的輪胎6之間。此外，輪胎彈簧設(shè)置在輪胎6和路面之間。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15電連接到電動(dòng)機(jī)8以控制電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15電連接到作為電源的電池。
電動(dòng)機(jī)控制器17電連接到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15，并還連接到車輛高度傳感器18及電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器19。車輛高度傳感器18適于檢測(cè)車輛的高度，并輸出表示車輛高度的傳感器信號(hào)。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器19適于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)8的旋轉(zhuǎn)角度并輸出表示電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的傳感器信號(hào)。電動(dòng)機(jī)控制器17被配置為接收從車輛高度傳感器18及電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器19輸出的傳感器信號(hào)，并向電動(dòng)機(jī)8施加或輸出一電流值，該值是根據(jù)從車輛高度傳感器18和電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器19輸出的傳感器信號(hào)確定的。
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15還電連接到與電動(dòng)機(jī)8并聯(lián)電連接的電阻器(電阻尼器元件)20。電阻器20被配置為當(dāng)位移輸入(displacementinput)從簧下質(zhì)量施加到電磁致動(dòng)器4時(shí)以被動(dòng)方式(控制)在電動(dòng)機(jī)8的動(dòng)力制動(dòng)下產(chǎn)生阻尼力。電阻器20位于冷卻效率高于駕駛室(wheel house)內(nèi)部的地方，例如接近或在車輛底板之下的地方(空氣流速高)，車輛前部及圍繞后緩沖器開(kāi)放部分的位置，或需要熱源的地方，諸如后除霧器處。
以下，將參照?qǐng)D5的流程圖討論第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)8的電動(dòng)機(jī)控制處理。該流程圖示出對(duì)電動(dòng)機(jī)8控制處理的流程，該流程在作為用于控制第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)8的裝置的電動(dòng)機(jī)控制器17中執(zhí)行。以下對(duì)流程的每一步驟作出說(shuō)明。這一電動(dòng)機(jī)控制處理采用一種控制規(guī)則來(lái)控處理，該規(guī)則用于響應(yīng)電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度(或行程速度(stroke velocity))以主動(dòng)方式(控制)進(jìn)行控制，補(bǔ)償電磁致動(dòng)器4的內(nèi)部慣性。這一控制規(guī)則是可選的控制規(guī)則之一。
在步驟S1，進(jìn)行檢測(cè)以獲得對(duì)于設(shè)置在第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)8或電磁致動(dòng)器4執(zhí)行控制規(guī)則所需的各種狀態(tài)量，或通過(guò)其能夠計(jì)算出上述各種狀態(tài)量的狀態(tài)量。這種狀態(tài)量包括電磁致動(dòng)器4的行程加速度和電動(dòng)機(jī)8的旋轉(zhuǎn)角速度ω，或通過(guò)其能夠計(jì)算出行程加速度和旋轉(zhuǎn)角速度的狀態(tài)量。在第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)中，從車輛高度傳感器18的傳感器信號(hào)(值)獲得的車輛高度值被用作為通過(guò)其能夠計(jì)算出電磁致動(dòng)器4的行程加速度的狀態(tài)量。對(duì)車輛高度值進(jìn)行時(shí)間微分而獲得行程速度，然后進(jìn)一步對(duì)行程速度微分而獲得行程加速度(stroke acceleration)a。從電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器19的傳感器值獲得的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度被用作為通過(guò)其能夠計(jì)算出電動(dòng)機(jī)8旋轉(zhuǎn)角速度ω的狀態(tài)量，然后對(duì)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行時(shí)間微分，從而獲得電動(dòng)機(jī)8的旋轉(zhuǎn)角速度ω。
在步驟S2，基于在步驟S1獲得的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度ω及圖6所示的輸出特性，計(jì)算出根據(jù)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度ω的致動(dòng)器功率輸出(電磁致動(dòng)器4的輸出)。
在步驟S3，使用以下所示的方程式(3)計(jì)算出電磁致動(dòng)器4的內(nèi)部慣性力fi。在方程式(3)中，在步驟S1獲得的行程加速度a乘以等價(jià)的慣性質(zhì)量Im(通過(guò)系統(tǒng)確定的常數(shù))。具體來(lái)說(shuō)，位移輸入(速度v，加速度a)施加到電磁致動(dòng)器4。這里，通過(guò)將在電磁致動(dòng)器4的行程下進(jìn)行它們的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的所有部分的慣性質(zhì)量和慣性矩轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)子的位置獲得慣性矩，將這些慣性矩加上電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)子的慣性矩而獲得總的慣性矩J。滾珠絲杠9具有導(dǎo)程(lead)L。減速器8a具有減速率α。使用這些值，電動(dòng)機(jī)8在施加到電致動(dòng)器4的輸入力之下以角加速度dω/dt被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這由以下方程式(1)給出dω/dt＝a×(2π/L)×α ...(1)于是，這里所產(chǎn)生的慣性扭矩由方程式(2)給出Ti＝J·dω/dt＝J×a×(2π/L)×α...(2)因而，電磁致動(dòng)器4的內(nèi)部慣性力fi由方程式(3)表示fi＝Ti×α×(2π/L)＝J×{(2π/L)×α}2×a＝Im×a ...(3)其中Im＝J×{(2π/L)×α}2...(4)要注意，Im＝J×{(2π/L)×α}2是一等價(jià)的慣性質(zhì)量，該等價(jià)質(zhì)量是通過(guò)將根據(jù)電磁致動(dòng)器4的行程進(jìn)行它們的位移和旋轉(zhuǎn)所有部分的慣性質(zhì)量和慣性矩轉(zhuǎn)換到電磁致動(dòng)器4內(nèi)部的行程方向而獲得的。這一等價(jià)慣性質(zhì)量Im由系統(tǒng)的類型、設(shè)計(jì)值等等作為常數(shù)給出，因而是事先測(cè)量的。
在步驟S4，通過(guò)將在步驟S3計(jì)算的電磁致動(dòng)器4的內(nèi)部慣性力fi加上在步驟S2計(jì)算的致動(dòng)器功率輸出f，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)8的電動(dòng)機(jī)功率輸出fm。
在步驟S5，計(jì)算為獲得在步驟S4計(jì)算的電動(dòng)機(jī)功率輸出fm所需的電動(dòng)機(jī)8的電流值im。
在步驟S6，向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15輸出一命令值(控制信號(hào))，用于使具有在步驟S5計(jì)算的所需電流值im的電流流到電動(dòng)機(jī)8，且流程進(jìn)到步驟S1。
以下，將討論第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)中主動(dòng)和被動(dòng)控制下的阻尼作用。
由電動(dòng)機(jī)控制器17對(duì)電動(dòng)機(jī)8進(jìn)行的主動(dòng)控制例如根據(jù)圖5的流程圖執(zhí)行，其中當(dāng)電磁致動(dòng)器4的電動(dòng)機(jī)8所需的電流值為im時(shí)，根據(jù)與具有內(nèi)部電阻值r的電動(dòng)機(jī)8電并聯(lián)的電阻器20的電阻值R，通過(guò)以下方程式(5)計(jì)算圖4的電動(dòng)機(jī)控制電路的控制電流值I
I＝im+ir＝im+(r/R)·im＝{(R+r)/R}·im ...(5)這時(shí)，電動(dòng)機(jī)控制器17進(jìn)行電流控制以允許具有初始控制電流值I的電流流向電動(dòng)機(jī)控制電路。當(dāng)施加不能由各種傳感器，諸如車輛高度傳感器18等檢測(cè)的輸入力，或施加不能有意檢測(cè)的輸入力時(shí)，在電動(dòng)機(jī)8中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，以使得電路電壓發(fā)生變化。
由電動(dòng)機(jī)8產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與輸入力的速度(dz/dt)成比例，設(shè)比例常數(shù)為ke。這時(shí)，假設(shè)流過(guò)電阻器20的電流為ir’，流過(guò)電動(dòng)機(jī)8的電流為im’，則建立由以下方程式(6)、(7)、(8)和(9)給出的關(guān)系im’+ir’＝I ...(6)im’·r+e＝ir’·R ...(7)e＝ke·(dz/dt) ...(8)因而，im’＝im-{ke/(R+r)}·(dz/dt) ...(9)這樣，根據(jù)方程式(9)，在對(duì)用于包含了對(duì)車輛的姿態(tài)控制的低頻振動(dòng)控制只進(jìn)行電流控制(主動(dòng)控制)的情形下，將可理解，即使施加在對(duì)電動(dòng)機(jī)8的主動(dòng)控制中不考慮的突然的輸入力，也會(huì)作出取決于速度的電流變化以產(chǎn)生對(duì)抗該突然輸入力的阻尼力。換言之，通過(guò)把如圖4所示電動(dòng)機(jī)控制電路結(jié)合到電磁懸架系統(tǒng)，即使對(duì)電動(dòng)機(jī)8進(jìn)行主動(dòng)控制期間，也能夠同時(shí)以被動(dòng)方式(控制)處理不同于目標(biāo)輸入力的輸入力。這里，假設(shè)電動(dòng)機(jī)8的輸出常數(shù)為km，電動(dòng)機(jī)控制電路能夠提供在與電磁致動(dòng)器4并聯(lián)設(shè)置并具有阻尼系數(shù)ke·km/(R+r)的減震器的情形下獲得的相同效果。
此外，等價(jià)于減震器等的阻尼元件由包含電阻器20和電動(dòng)機(jī)8的閉合電路構(gòu)成，其中，由于電阻器20的電阻值R，電流增益的頻率表現(xiàn)出由于不論頻率的高和低具有一個(gè)通常不變的增益而引起的特性，由此表現(xiàn)出在所有頻率范圍中通常不變的阻尼功能。因而，即使在主動(dòng)(電動(dòng)機(jī))控制系統(tǒng)由于故障等不能工作的情形下，也能夠產(chǎn)生在被動(dòng)控制下對(duì)抗來(lái)自輪胎6的阻尼力。
以下將討論第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)的效果。
(1)用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)包括插入在簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量之間的、并與彈簧元件基本平行配置的電磁致動(dòng)器。設(shè)置電動(dòng)機(jī)以用于驅(qū)動(dòng)該電磁致動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)控制器被配置為計(jì)算施加到電磁致動(dòng)器的位移輸入，并以這樣一種方式控制電動(dòng)機(jī)，即，使得電磁致動(dòng)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于該位移輸入的最優(yōu)阻尼力。電動(dòng)機(jī)裝備有電動(dòng)機(jī)控制電路，通過(guò)該電路該電動(dòng)機(jī)連接到電動(dòng)機(jī)控制器。此外，電阻尼元件電連接到電動(dòng)機(jī)控制電路并與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，以便按被動(dòng)方式在電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)情況下響應(yīng)從簧下質(zhì)量輸入到電磁致動(dòng)器的位移輸入而產(chǎn)生阻尼力。于是，在對(duì)對(duì)象輸入力進(jìn)行主動(dòng)控制時(shí)，能夠以被動(dòng)方式處理不同于對(duì)象輸入力的輸入力。這不僅使主動(dòng)控制簡(jiǎn)單，而且改進(jìn)了能量效率。
(2)電阻器20用作為電阻尼元件，并因而除了以上的效果(1)之外還能夠獲得以下的效果甚至當(dāng)對(duì)電動(dòng)機(jī)8的主動(dòng)控制系統(tǒng)由于故障等不能工作時(shí)，也能在被動(dòng)控制情況下產(chǎn)生對(duì)抗輸入力的阻尼力，即使電動(dòng)機(jī)8的控制電路配置簡(jiǎn)單。
(3)由電阻器20和電動(dòng)機(jī)8組成的閉合電路被設(shè)置為等價(jià)于一個(gè)阻尼器，其具有阻尼系數(shù)ke·km/(R+r)，其對(duì)抗來(lái)自簧下質(zhì)量的位移輸入，其中ke是由電動(dòng)機(jī)8產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的輸入速度的比例常數(shù)；km是電動(dòng)機(jī)8的輸出常數(shù)；R是與電動(dòng)機(jī)8并聯(lián)的電阻器20的電阻值；以及r是電動(dòng)機(jī)8的內(nèi)部電阻值。于是，針對(duì)向電磁致動(dòng)器4的輸入力，能夠顯示出等價(jià)于阻尼系數(shù)為ke·km/(R+r)的阻尼器元件與電磁致動(dòng)器4并聯(lián)配置情形下的阻尼功能。此外，易于對(duì)電磁致動(dòng)器4進(jìn)行設(shè)置，以便通過(guò)適當(dāng)設(shè)定電阻器20的電阻值R顯示所需的阻尼性能。這樣，在電阻器用作為電阻尼元件的情形下，使得由電阻器和電動(dòng)機(jī)組成的閉合電路等價(jià)于具有根據(jù)電阻器的電阻值的阻尼系數(shù)的阻尼器。
(4)電阻器20位于冷卻效率比駕駛室內(nèi)部高的地方，或者需要熱源的地方。這抑制了電阻器20的電特性由于熱影響所導(dǎo)致的變化，從而提供了穩(wěn)定的阻尼特性。此外，例如在電阻器20設(shè)置在需要熱源的地方的情形下，諸如電阻器20作為后除霧器的一部分或整個(gè)后除霧器使用的情形下，電阻器2可配備有兩種功能(阻尼功能和熱源功能)，從而使得能夠降低生產(chǎn)成本并實(shí)現(xiàn)熱能的有效利用。
圖7，8和9示出磁懸架系統(tǒng)的第二實(shí)施例，其類似于第一實(shí)施例的磁懸架系統(tǒng)，所不同在于電諧振電路21用作為電阻尼元件。
更具體來(lái)說(shuō)，如圖7所示，用于電動(dòng)機(jī)8的電動(dòng)機(jī)控制電路裝備有作為電阻尼元件的電諧振電路21，用于以被動(dòng)方式在電動(dòng)機(jī)8動(dòng)力制動(dòng)情況下產(chǎn)生對(duì)抗來(lái)自簧下質(zhì)量的位移輸入的阻尼力。電諧振動(dòng)力21與電動(dòng)機(jī)8并聯(lián)。這一電諧振電路21具有設(shè)置為與簧下質(zhì)量的諧振頻率一致的諧振頻率(例如10到20Hz)，并包含電阻器R，線圈L及電容器C。
電諧振電路21位于比駕駛室內(nèi)部冷卻效率高的地方，例如靠近并在車輛底板之下的地方(空氣流動(dòng)速度高)，車輛的前部分及圍繞后緩沖器的開(kāi)放部分的位置，或需要熱源的地方，諸如后除霧器處，這類似于第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)中的電阻器20。
在該第二實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)控制器17被配置為設(shè)置低于簧下質(zhì)量諧振頻率(簧下質(zhì)量的諧振頻率)并高于簧上質(zhì)量諧振頻率(簧上質(zhì)量的諧振頻率)的一個(gè)頻率作為截止頻率，如圖9所示，其中在主動(dòng)控制區(qū)進(jìn)行主動(dòng)控制，而在被動(dòng)控制區(qū)進(jìn)行被動(dòng)控制?；上沦|(zhì)量諧振頻率例如在從10到20Hz的范圍內(nèi)，而簧上質(zhì)量諧振頻率例如在1到2Hz范圍內(nèi)。利用此去除至電磁致動(dòng)器4的輸入位移的不低于截止頻率的高頻范圍內(nèi)的振動(dòng)分量，以使得只有在包含簧上質(zhì)量諧振頻率的低頻范圍內(nèi)的振動(dòng)分量成為被控制的對(duì)象。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)8以主動(dòng)方式被控制，以便獲得最優(yōu)阻尼力。應(yīng)當(dāng)理解，第二實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)的其它配置類似于第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)，因而為了簡(jiǎn)略起見(jiàn)不再贅述。
以下，將參照?qǐng)D8的流程圖討論對(duì)于第二實(shí)施例的電磁懸架的電動(dòng)機(jī)8的電動(dòng)機(jī)控制處理。該流程圖示出在第二實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)控制器17中執(zhí)行的電動(dòng)機(jī)8的控制處理的流程。以下將對(duì)流程圖的每一步驟進(jìn)行說(shuō)明。
在步驟S21，進(jìn)行檢測(cè)以獲得執(zhí)行對(duì)第二實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)8或電磁致動(dòng)器4執(zhí)行控制規(guī)則所需的各種狀態(tài)量，或通過(guò)其能夠計(jì)算出以上各狀態(tài)量的狀態(tài)量。
在步驟S22，去除至電磁致動(dòng)器4的振動(dòng)輸入的其頻率不低于截止頻率的振動(dòng)分量。
在步驟S23，根據(jù)用于其頻率低于截止頻率的振動(dòng)的控制規(guī)則，計(jì)算致動(dòng)器的功率輸出f。
在步驟S24，計(jì)算為獲得致動(dòng)器功率輸出f所需的電動(dòng)機(jī)8的電流值im。
在步驟S25，向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15輸出一命令值(控制信號(hào))，用于使具有在步驟S24計(jì)算的電流值im的電流流向電動(dòng)機(jī)8，且流程進(jìn)到步驟S21。
以下，將討論第二實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)在主動(dòng)和被動(dòng)控制情況下的阻尼作用。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)控制器17基于圖8的流程圖并根據(jù)來(lái)自各傳感器和其它車載單元(未示出)的信號(hào)，對(duì)車輛進(jìn)行主動(dòng)控制，例如姿態(tài)控制時(shí)，姿態(tài)控制可看作是在超低頻率范圍內(nèi)的控制。于是，通過(guò)來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制器17的命令操作的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15產(chǎn)生具有超低頻率的控制電流值I，這一控制電流值I在這一頻率受到控制。這里，根據(jù)顯示出電諧振電路21的頻率特性的圖9，在低頻范圍的電流的增益是小的，因而按原樣向電磁致動(dòng)器4的電動(dòng)機(jī)8提供由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15提供的控制電流值I，從而實(shí)現(xiàn)有效的姿態(tài)控制。
這時(shí)，當(dāng)不會(huì)干擾車輛姿態(tài)的高頻微振動(dòng)(由于路面不平所產(chǎn)生)施加到車輛時(shí)，在用于電動(dòng)機(jī)8的電動(dòng)機(jī)控制電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。然而，如果用于主動(dòng)控制的控制電流值I保持在已被命令的值，則根據(jù)基爾霍夫定律，由這一電壓變化感生的電流ic只通過(guò)電諧振電路21，從而改變流過(guò)電動(dòng)機(jī)控制電路的電流I。進(jìn)而，如果至電磁懸架系統(tǒng)的振動(dòng)輸入的頻率大約在簧下質(zhì)量諧振頻率附近，則有足夠的感應(yīng)電流ic流過(guò)電諧振電路21，從而如圖9所示以被動(dòng)方式提供用于緩沖簧下質(zhì)量的諧振振動(dòng)的阻尼力。
換言之，雖然電動(dòng)機(jī)控制器17只在包括車輛姿態(tài)變化的低頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制，但在電動(dòng)機(jī)8動(dòng)力制動(dòng)下通過(guò)所進(jìn)行的主動(dòng)控制，電動(dòng)機(jī)8的動(dòng)力制動(dòng)能夠產(chǎn)生用于對(duì)抗頻率不低于截止頻率的振動(dòng)輸入的阻尼力。此外，在低頻范圍內(nèi)的振動(dòng)控制期間，電動(dòng)機(jī)控制器17不僅向電動(dòng)機(jī)8而且向電諧振電路21施加電壓；然而，依靠圖9中電動(dòng)機(jī)控制電路的頻率特性，用于主動(dòng)控制的大量電流分量流過(guò)電諧振電路，從而有效實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制。
以下，將討論第二實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)的效果。第二實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)展現(xiàn)了上述第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)中的效果(1)，(2)，(3)及(4)，并且還展現(xiàn)了以下效果(5)和(6)(5)電阻尼元件是包含電阻器R，線圈L與電容器C的電諧振電路21，并具有設(shè)置為與簧下質(zhì)量諧振頻率一致的諧振頻率。這既能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)抗包含簧上質(zhì)量諧振頻率的低頻范圍內(nèi)控制對(duì)象輸入力的有效的主動(dòng)控制，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)抗簧下質(zhì)量諧振頻率附近控制對(duì)象輸入力的有效的被動(dòng)控制。
(6)在電動(dòng)機(jī)控制器17中，低于簧下質(zhì)量諧振頻率并高于簧上質(zhì)量諧振頻率的頻率被設(shè)置為截止頻率，使得至電磁致動(dòng)器的輸入位移的不低于截止頻率的高頻范圍內(nèi)的振動(dòng)分量被去除，同時(shí)只有包含簧上質(zhì)量諧振頻率的低頻范圍內(nèi)的振動(dòng)分量成為控制對(duì)象，由此以主動(dòng)方式控制電動(dòng)機(jī)8，以獲得最優(yōu)阻尼力。因而，電動(dòng)機(jī)控制器17能夠完全專用于包括車輛姿態(tài)變化的低頻范圍內(nèi)振動(dòng)的振動(dòng)控制。針對(duì)頻率不低于截止頻率的的振動(dòng)分量的輸入，通過(guò)電動(dòng)機(jī)8的動(dòng)力制動(dòng)情況下的被動(dòng)控制能夠產(chǎn)生阻尼力。
從以上可見(jiàn)，在根據(jù)本發(fā)明的電磁懸架系統(tǒng)中，電阻尼元件連接到用于電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制電路，其連接方式是與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)。因而，例如，即使在以主動(dòng)方式響應(yīng)來(lái)自簧上質(zhì)量的位移輸入的用于電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制期間，在電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)情況下也能夠形成按被動(dòng)方式的阻尼力，用以對(duì)抗來(lái)自簧上質(zhì)量的位移輸入。與姿態(tài)控制和振動(dòng)控制同時(shí)進(jìn)行的傳統(tǒng)的情形比較，這不僅簡(jiǎn)化了主動(dòng)控制，而且改進(jìn)了能量效率。
雖然已經(jīng)參照第一和第二實(shí)施例討論了用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)，但應(yīng)理解，電磁懸架系統(tǒng)的構(gòu)造細(xì)節(jié)和各部件與元件的配置不限于第一和第二實(shí)施例中所述情形，因而在不背離下列權(quán)利要求范圍的精神之下可作出各種改變和變形。
雖然作為電磁懸架系統(tǒng)第一實(shí)施例，已經(jīng)展示并描述了其中采用電磁致動(dòng)器代替多連桿型獨(dú)立懸架系統(tǒng)中使用的減震器的例子，但應(yīng)當(dāng)理解，可在諸如支柱型懸架系統(tǒng)等各種懸架系統(tǒng)的簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間采用電磁致動(dòng)器。
雖然已經(jīng)展示并描述了第一實(shí)施例的電磁懸架系統(tǒng)，其中，基于電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度ω與圖6所示的致動(dòng)器輸出特性來(lái)計(jì)算根據(jù)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度ω的致動(dòng)器功率輸出f，但應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)使用可用于致動(dòng)器控制規(guī)則的任何控制規(guī)則，例如通過(guò)使用行程速度代替電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度ω，并根據(jù)這一行程速度和線性或非線性阻尼特性計(jì)算致動(dòng)器功率輸出，可以獲得致動(dòng)器功率輸出f。
雖然以上文已參照特定的實(shí)施例和本發(fā)明的例子描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于以上描述的實(shí)施例和例子。按照以上原理，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可作出對(duì)這些實(shí)施例和例子的修改和變形。本發(fā)明的范圍按照以下權(quán)利要求定義。
日本專利申請(qǐng)P2003-0278572003年2月5日提交在此結(jié)合以資參考。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)，包括一個(gè)電磁致動(dòng)器，其被插入在簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間并基本上與一個(gè)彈簧元件平行地設(shè)置；一個(gè)電動(dòng)機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)該電磁致動(dòng)器；以及一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制器，其被配置為計(jì)算施加到該電磁致動(dòng)器的位移輸入，并以這樣一種方式控制電動(dòng)機(jī)，即，使得該電磁致動(dòng)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于該位移輸入的最優(yōu)阻尼力；一個(gè)用于所述電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制電路，該電動(dòng)機(jī)通過(guò)該控制電路連接到所述電動(dòng)機(jī)控制器；以及一個(gè)電阻尼元件，其電連接到電動(dòng)機(jī)控制電路并平行于所述電動(dòng)機(jī)，以便在電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)情況下響應(yīng)從所述簧下質(zhì)量至電磁致動(dòng)器的所述位移輸入，以被動(dòng)方式產(chǎn)生阻尼力。
2.如權(quán)利要求1中所述的電磁懸架系統(tǒng)，其中，所述電阻尼元件是一個(gè)電阻器。
3.如權(quán)利要求2中所述的電磁懸架系統(tǒng)，其中，所述電阻器和電動(dòng)機(jī)構(gòu)成閉合電路，該閉合回路等價(jià)于對(duì)抗來(lái)自所述簧下質(zhì)量的輸入位移的、阻尼系數(shù)為ke·km/(R+r)的阻尼器，其中，ke是對(duì)于由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的輸入速度的比例常數(shù)，km是電動(dòng)機(jī)的輸出常數(shù)，R是與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)的電阻器的電阻值，且r是電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻值。
4.如權(quán)利要求1中所述的電磁懸架系統(tǒng)，其中，所述電阻尼元件是一個(gè)電諧振電路，其諧振頻率被設(shè)置為與所述簧下質(zhì)量的諧振頻率一致，并包括一個(gè)電阻器，一個(gè)線圈和一個(gè)電容器，它們彼此電連接。
5.如權(quán)利要求4中所述的電磁懸架系統(tǒng)，其中，所述電動(dòng)機(jī)控制器被配置為執(zhí)行以下功能設(shè)置一個(gè)低于所述簧下質(zhì)量的諧振頻率并高于所述簧上質(zhì)量的諧振頻率的頻率作為截止頻率；去除不低于該截止頻率的高頻范圍內(nèi)的振動(dòng)分量；只選擇包含簧上質(zhì)量諧振頻率的低頻范圍內(nèi)的振動(dòng)分量作為將被控制的對(duì)象；并以主動(dòng)方式控制電動(dòng)機(jī)以獲得對(duì)抗所選擇的振動(dòng)分量的最優(yōu)阻尼力。
6.如權(quán)利要求1中所述的電磁懸架系統(tǒng)，其中，所述電阻尼元件被設(shè)置在冷卻效率比駕駛室內(nèi)部較高之處，或者設(shè)置在需要熱源之處。
7.一種用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)，包括一個(gè)電磁致動(dòng)器，其被插入在簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間并基本上與一個(gè)彈簧元件平行設(shè)置；一個(gè)電動(dòng)機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)該電磁致動(dòng)器；以及一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制裝置，用于計(jì)算施加到該電磁致動(dòng)器的位移輸入，并以這樣一種方式控制所述電動(dòng)機(jī)，即，使得該電磁致動(dòng)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述位移輸入的最優(yōu)阻尼力；一個(gè)用于電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制電路，該電動(dòng)機(jī)通過(guò)該控制電路連接到所述電動(dòng)機(jī)控制裝置；以及一個(gè)電阻尼元件，其電連接到所述電動(dòng)機(jī)控制電路并平行于所述電動(dòng)機(jī)，以便在電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)下響應(yīng)從所述簧下質(zhì)量至電磁致動(dòng)器的所述位移輸入，以被動(dòng)方式產(chǎn)生阻尼力。
全文摘要
一種用于車輛的電磁懸架系統(tǒng)，包括被插入在簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間并基本上與彈簧元件平行設(shè)置的電磁致動(dòng)器。設(shè)置一電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)該電磁致動(dòng)器。設(shè)置一電動(dòng)機(jī)控制器以計(jì)算施加到該電磁致動(dòng)器的位移輸入，并以這樣一種方式控制電動(dòng)機(jī)，即，使得電磁致動(dòng)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于位移輸入的最優(yōu)阻尼力。對(duì)電動(dòng)機(jī)裝有電動(dòng)機(jī)控制電路，電動(dòng)機(jī)通過(guò)該控制電路連接到電動(dòng)機(jī)控制器。此外，電阻尼元件電連接到電動(dòng)機(jī)控制電路并平行于電動(dòng)機(jī)，以便在電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)下響應(yīng)從簧下質(zhì)量至電磁致動(dòng)器的所述位移輸入以被動(dòng)方式產(chǎn)生阻尼力。
文檔編號(hào)B60G17/00GK1522881SQ20041000367
公開(kāi)日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2004年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月5日
發(fā)明者檜尾幸司, 佐藤正晴, 宇野高明, 明, 晴 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社