一種饋能懸架系統(tǒng)的改進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jī)的工作模式，使懸架處于三種不同的減振模式，同時(shí)可在懸架處于被動(dòng)和半主動(dòng)模式下，饋能懸架系統(tǒng)通過饋能電路回收振動(dòng)能量，達(dá)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(jìn)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(jìn)天棚控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)被動(dòng)懸架將懸架振動(dòng)能量以熱能的形式全部耗散，且因?yàn)槠涔潭ǖ慕Y(jié)構(gòu)參數(shù) 無法適應(yīng)多變的路況限制了在車輛上的應(yīng)用。半主動(dòng)懸架的隔振性相比于被動(dòng)懸架有較大 的提高，但其適用范圍有限。主動(dòng)懸架通過提供合適的作動(dòng)力來積極適應(yīng)路況，改善汽車動(dòng) 力學(xué)性能，但它需要大量的外部能源來提供作動(dòng)力，增加了車輛燃油消耗，因此也沒有得到 廣泛運(yùn)用。近年來，許多學(xué)者開始聚焦于具有饋能潛力的電磁懸架，在實(shí)現(xiàn)懸架振動(dòng)衰減的 同時(shí)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(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(diǎn)已在各種領(lǐng)域廣泛應(yīng)用發(fā)展，特別是車輛懸架方面。直線電機(jī)式電磁懸架既 可以通過控制直線電機(jī)來實(shí)現(xiàn)車輛主動(dòng)減振，又可以運(yùn)用其特殊的構(gòu)造回收振動(dòng)能量，實(shí) 現(xiàn)車輛隔振與饋能的雙重目的。
[0004] 目前對直線電機(jī)式電磁懸架的天棚控制大多使得懸架處于被動(dòng)減振和主動(dòng)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(dòng)態(tài)性能和饋能，因 此，基于最大限度降低能耗上，如何適時(shí)控制直線電機(jī)也能達(dá)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(dá)到有效回收能量的目的。但其只探討了懸架饋能時(shí)對饋 能電路的控制方法，未考慮到車輛動(dòng)態(tài)性能的變化，控制較為單一，車輛在面對不同的路況 時(shí)，不能實(shí)時(shí)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(jìn)天棚控制方 法，解決了車輛在面對不同的路況時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)懸架阻尼，達(dá)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(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0008] -種饋能懸架系統(tǒng)的改進(jìn)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(jì)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(jī)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(jī)的三相繞組中輸入電流，此時(shí)，同時(shí)把直線電機(jī)繞組線 圈的實(shí)際電流信號輸入給控制電路，達(dá)到跟蹤控制直線電機(jī)電流情況的目的，使得直線電 機(jī)輸出作動(dòng)力，直線電機(jī)處于主動(dòng)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(jī)可輸出的最大阻尼力方向相同，此時(shí)進(jìn)一 步判斷理想天棚阻尼力與直線電機(jī)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(jī)可輸出的最大阻尼力，此時(shí)ECU控制器控 制直線電機(jī)工作于半主動(dòng)模式，此時(shí)，將直線電機(jī)的繞組線圈理想電流和實(shí)際電流信號輸 入到控制電路來跟蹤控制電路負(fù)載;使直線電機(jī)輸出半主動(dòng)阻尼力，同時(shí)通過饋能電路回 收懸架的振動(dòng)能量；
[0014] ii.若理想天棚阻尼力大于直線電機(jī)可輸出的最大阻尼力，此時(shí)ECU控制器控制直 線電機(jī)工作于被動(dòng)減振模式，直線電機(jī)輸出最大等效阻尼力同時(shí)通過饋能電路回收懸架的 振動(dòng)能量。
[0015] 進(jìn)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(jī)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(jìn)一步，所述直線電機(jī)為筒式永磁同步直線電機(jī)，直線電機(jī)的定子與車身連接，直 線電機(jī)的動(dòng)子與車輪連接。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為:利用直線電機(jī)既可工作于發(fā)電機(jī)模式，又可工作于電動(dòng)機(jī) 模式的原理，將直線電機(jī)集成到車輛懸架上。在懸架振動(dòng)過程中，通過適時(shí)控制直線電機(jī)電 流輸入輸出，使車輛在面對不同路況時(shí)可處于不同工作模式，進(jìn)而在較低能耗的前提下獲 得較優(yōu)的乘坐舒適性。同時(shí)，由于直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)特性，當(dāng)其處于發(fā)電機(jī)模式時(shí)，又可回收 部分振動(dòng)能量，實(shí)現(xiàn)懸架隔振與饋能的有機(jī)結(jié)合。
【附圖說明】
[0018] 圖1為一種饋能懸架系統(tǒng)的改進(jìn)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(jī);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(jìn)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(jìn)天棚控制方法中直線電機(jī)不同模式時(shí)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(jìn)天棚控制方法中直線電機(jī)不同模式時(shí)的 饋能電路圖；
[0023] 圖3(b)、（d)為一種饋能懸架系統(tǒng)的改進(jìn)天棚控制方法中直線電機(jī)不同模式時(shí)的 控制電路圖；
[0024] 其中：8_負(fù)載電阻R1;9-開關(guān)S; 10-電源；11-直線電機(jī)等效內(nèi)阻Rm; 12-直線電機(jī)等 效電感Lm。
[0025]圖4為一種饋能懸架系統(tǒng)的改進(jìn)天棚控制方法中直線電機(jī)的主動(dòng)/半主動(dòng)跟蹤控 制圖；
[0026] 其中：ides為直線電機(jī)繞組線圈的理想電流，ireal為直線電機(jī)繞組線圈的實(shí)際電 流，f為直線電機(jī)的輸出力。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)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(jī)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(jī)2 為筒式永磁同步直線電機(jī)，直線電機(jī)2的定子與車身連接，直線電機(jī)2的動(dòng)子與車輪連接。
[0029] 如圖2所示，一種饋能懸架系統(tǒng)的改進(jìn)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(jì)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(jī)可輸出的最大阻尼力方向相反，此 時(shí)，分為兩種情況：
[0033] a)i2 >〇且4-杰<〇時(shí)，此時(shí)ECU控制器控制電源向直線電機(jī)2輸入電流進(jìn)行主動(dòng) 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(jī)2的正極輸入端連接，直線 電機(jī)2的負(fù)極輸出端與可變電阻的正極輸入端連接，可變電阻的負(fù)極輸出端與電源的負(fù) 極輸入端連接，電流方向如圖3(b)中的箭頭所示。此時(shí)，如圖4所示，ECU控制器根據(jù)懸架系 統(tǒng)的采樣信號，進(jìn)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(jī)的推力系數(shù)；
[0036] 同時(shí)把直線電機(jī)2繞組線圈的實(shí)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(dá)到跟蹤控制直線電機(jī)2電流情況的目的，使得直線電機(jī)2輸出 作動(dòng)力f，其中/ = -，此時(shí)直線電機(jī)處于主動(dòng)控制模式，消耗能量。
[0037] b) i2 < 〇且毛-Λ > 0時(shí)，此時(shí)ECU控制器控制電源向直線電機(jī)2輸入電流進(jìn)行主動(dòng) 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(shí)，如圖4所示，ECU控 制器根據(jù)懸架系統(tǒng)的采樣信號，進(jìn)行模式判別后，輸出理想電流ides，電流ides大小
司時(shí)把直線電機(jī)2繞組線圈的實(shí)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(dá)到跟蹤控制直線電機(jī)2電流情況的目的，使得直線電機(jī)2輸出作 動(dòng)力f，作動(dòng)力/ = -_毛，此時(shí)直線電機(jī)處于主動(dòng)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(jī)可輸出的最大阻尼力方向相同，此時(shí) 進(jìn)一步判斷理想天棚阻尼力^·^與直線電機(jī)可輸出的最大阻尼力&_(·%-^)(c eq為直線 電機(jī)等效阻尼系數(shù))之間的大小關(guān)系：
[0039] 8)當(dāng)矣之〇且矣-4》〇時(shí)，若Q 七-弋），即理想天棚阻尼力小于直線電 機(jī)可輸出的最大阻尼力，這就意味著在直線電機(jī)可提供的阻尼力范圍內(nèi)，為了達(dá)到更好的 行駛平順性，應(yīng)該使懸架面臨不同路況時(shí)自我調(diào)節(jié)。此時(shí)ECU控制器控制直線電機(jī)2工作于 半主動(dòng)模式，饋能電路如圖3(a)所示，開關(guān)閉合在上位，電路負(fù)載電阻心為可變電阻。路面 的隨機(jī)振動(dòng)使得簧上質(zhì)量的絕對速度毛實(shí)時(shí)變換，直線電機(jī)2的理想電流ides也隨即實(shí)時(shí)改 變，同時(shí)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(shí)時(shí)調(diào)節(jié)Ri，
[0040]
[0041] 其中，Um為直線電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢，為直線電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢系數(shù)，Rm為直線電 機(jī)的等效內(nèi)阻
[0042] 綜合饋能電路3(a)、公式(1)、（2)，此時(shí)直線電機(jī)2輸出電磁阻尼力：
[0043]
[0044] 同時(shí)，饋能懸架系統(tǒng)通過圖3(a)回收懸架的振動(dòng)能量。
[0045] b)當(dāng)毛2 〇且毛-矣> 〇時(shí)，若_i2 > cv(i2 -矣），即理想天棚阻尼力大于直線電 機(jī)可輸出的最大阻尼力，此時(shí)直線電機(jī)2不能再提供更大的阻尼力，ECU控制器控制直線電 機(jī)2工作于被動(dòng)減振模式，饋能電路如圖3(a)所示，開關(guān)閉合在下位，此時(shí)，直線電機(jī)2輸出 最大等效阻尼力為：
[0046]
[0047] 同時(shí)，饋能懸架系統(tǒng)通過饋能電路圖3(a)回收懸架振動(dòng)能量。
[0048] 幻當(dāng)％ <〇且毛-矣<〇時(shí)，若-名），即理想天棚阻尼力小于直線電 機(jī)可輸出的最大阻尼力，此時(shí)ECU控制器控制直線電機(jī)2工作于半主動(dòng)模式，饋能電路如圖3 (c)所示，開關(guān)閉合在上位，電路負(fù)載電阻心為可變電阻。路面的隨機(jī)振動(dòng)使得簧上質(zhì)量的 絕對速度4實(shí)時(shí)變換，此時(shí)直線電機(jī)2的理想電流ides也實(shí)時(shí)改變，同時(shí)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(shí)時(shí)調(diào)節(jié)Ri。 此時(shí)，直線電機(jī)2輸出電磁阻尼力/ = -c ·(毛-岑）=· _% ;同時(shí)，饋能懸架系統(tǒng)通過饋能電 路圖3 (c)回收懸架振動(dòng)能量。
[0049] d)當(dāng)4<〇且毛-爲(wèi)<〇時(shí)，若％1<_矣>%'(毛-為)，即理想天棚阻尼力大于直線電 機(jī)可輸出的最大阻尼力，此時(shí)直線電機(jī)2不能再提供更大的阻尼力，ECU控制器控制直線電 機(jī)2工作于被動(dòng)減振模式;饋能電路如圖3(c)所示，開關(guān)閉合在下位，此時(shí)，直線電機(jī)2輸出 等效阻尼力為/ = -H -4);同時(shí)，饋能懸架系統(tǒng)通過饋能電路圖3(c)回收懸架振動(dòng)能 量。
[0050] 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，應(yīng)當(dāng) 理解，本發(fā)明并不限于這里所描述的實(shí)現(xiàn)方案，這些實(shí)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(shí)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(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)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(xiàng)】
1. 一種饋能懸架系統(tǒng)的改進(jìn)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(jì)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_(dá)(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(jī)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(jī)(2)的三相繞組中輸入電流，此時(shí)，同時(shí)把直線電 機(jī)(2)繞組線圈的實(shí)際電流信號輸入給控制電路，達(dá)到跟蹤控制直線電機(jī)(2)電流情況的目 的，使得直線電機(jī)(2)輸出作動(dòng)力，直線電機(jī)(2)處于主動(dòng)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(jī)可輸出的最大阻尼力方向相同，此 時(shí)進(jìn)一步判斷理想天棚阻尼力與直線電機(jī)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(jī)可輸出的最大阻尼力，此時(shí)ECU控制器控制直 線電機(jī)(2)工作于半主動(dòng)模式，此時(shí)，將直線電機(jī)(2)的繞組線圈理想電流和實(shí)際電流信號 輸入到控制電路來跟蹤控制電路負(fù)載;使直線電機(jī)(2)輸出半主動(dòng)阻尼力，同時(shí)饋能懸架系 統(tǒng)通過饋能電路回收懸架的振動(dòng)能量； ii.若理想天棚阻尼力大于直線電機(jī)可輸出的最大阻尼力，此時(shí)ECU控制器控制直線電 機(jī)(2)工作于被動(dòng)減振模式，直線電機(jī)(2)輸出最大等效阻尼力，同時(shí)饋能懸架系統(tǒng)通過饋 能電路回收懸架的振動(dòng)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(jìn)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(jī)(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(jìn)天棚控制方法，其特征在于，所述直 線電機(jī)(2)為筒式永磁同步直線電機(jī)，直線電機(jī)(2)的定子與車身連接，直線電機(jī)(2)的動(dòng)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(xué)