CN103847454B - 一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置，包括圆筒型容错永磁直线电机、电机控制器、速度传感器、蓄电池、悬架弹簧和车桥，所述的圆筒型容错永磁直线电机包括定子和动子，所述的定子一端安装在车桥上，所述的动子上套有悬架弹簧，所述的悬架弹簧的一端和动子的一端共同安装在车架上，所述的悬架弹簧的另一端和定子的另一端固定，所述的电机控制器通过导线和圆筒型容错永磁直线电机、速度传感器和蓄电池相连。该装置能够实现电磁阻尼减振，采用一定的控制策略后在实现电磁阻尼减振的同时还具有馈电能力，且具有容错性好、可靠性高、驱动效率高、响应速度快、灵敏度高、随机性好、控制稳定、结构简单等优点。
Description
技术领域
本发明属于车辆悬架结构领域，特别是一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置。
背景技术
汽车在行驶过程中会因路面不平、车速、行车方向的变化而引发车轮、发动机、传动系统等的振动，这种振动使得汽车的动力性得不到充分发挥，经济性变坏，影响汽车操作稳定性和平顺性、驾乘的舒适性，因此作为减振保稳部件的悬架就显得必不可少。
悬架用于弹性地连接车架与车桥，缓和行驶中车辆受到的冲击力，保证货物的完好和人员的舒适，衰减由弹性系统引起的振动，传递垂直、纵向、侧向反力和力矩，且使车身按一定轨迹相对车身跳动。汽车不同行驶状态对悬架有不同要求，一般行驶时需要柔软一点以求舒适感，当急转弯以及制动时需要硬一点的悬架以求稳定性。
悬架按工作原理可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。被动悬架主要有弹性元件和被动阻尼器组成，结构简单、性能可靠、无能耗，但是被动悬架的阻尼系数和刚度系数一旦确定便无法改变，难以适应复杂的多变性环境。多数半主动悬架是将被动悬架中的不变阻尼换成可变阻尼器，大大改善了悬架的性能。主动悬架采用有源或无源控件组成一个闭环控制系统，根据车辆系统的运行状态和外部输入的变化作出反应，主动地调整和产生所需的控制力，使悬架始终处于最佳减振状态，但是耗能较多。
凯迪拉克SLS上使用的电磁主动悬架是在减震器内采用一种电磁液的特殊液体。一旦控制单元发出脉冲信号，线圈内便产生电压形成一个磁场，改变粒子的排列方向，阻碍油液在活塞通道内流动的效果，从而提高阻尼系数，调整悬架的减振效果，但是结构复杂、造价昂贵。由于电机驱动效率高、响应速度快、灵敏度高、随机性好、控制稳定，申请号为201210054782.8的发明专利《电磁馈能型半主动悬架馈能阻尼实时控制装置及方法》需要行星齿轮机构、滚珠丝杆，另外根据馈电电压等级选择充电的蓄电池串联个数，结构较复杂。申请号为200410013577.2的发明专利《车辆悬架用能量回馈型电磁减振装置》使用了直线发电机、电力变换器和能量存储单元，但电机缺少容错性能、变流器较复杂、使用的传感器较多。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种响应速度快、灵敏度高、随机性好、容错性好、可靠性高、结构简单的电磁减振装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置，包括圆筒型容错永磁直线电机、电机控制器、速度传感器、蓄电池、悬架弹簧和车桥，所述的圆筒型容错永磁直线电机包括定子和动子，所述的定子一端安装在车桥上，所述的动子上套有悬架弹簧，所述的悬架弹簧的一端和动子的一端共同安装在车架上，所述的悬架弹簧的另一端和定子的另一端固定，所述的电机控制器通过导线和圆筒型容错永磁直线电机、速度传感器和蓄电池相连。
所述的动子包括轴和开槽硅钢片，所述的开槽硅钢片嵌套在轴上，所述的定子包括绕组、磁钢和E型硅钢片，所述的定子采用模块化结构安装绕组和磁钢，所述的磁钢夹装在E型硅钢片之间且相邻的磁钢轴向充磁方向相反，所述的绕组采用集中绕组，相邻两绕组之间设有一定子齿，所述的定子齿为容错齿，所述的定子齿上不布置绕组。
所述的电机控制器主电路的拓扑结构是三相桥式结构，所述的电机控制器工作于PWM逆变状态或PWM整流状态。
所述的速度传感器是绝对式光栅编码器或者磁栅编码器或者速度观测器。
所述的电机控制器的微处理器根据速度传感器的信号计算出圆筒型容错永磁直线电机动子的运动速度和加速度并采用矢量控制策略控制圆筒型容错永磁直线电机的动子速度为零。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：该装置能够实现电磁阻尼减振，采用一定的控制策略后在实现电磁阻尼减振的同时还具有馈电能力，且具有容错性好、可靠性高、驱动效率高、响应速度快、灵敏度高、随机性好、控制稳定、结构简单等优点。
附图说明
图1为本发明一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置的结构示意图。
图2是本发明中使用的电机控制器主电路拓扑结构。
图3为本发明中使用的圆筒型容错永磁直线电机轴向剖面结构示意图。
图4是本发明的一种驱动控制结构示意图。
图中：1、圆筒型容错永磁直线电机；1-1、圆筒型容错永磁直线电机的动子；1-2、圆筒型容错永磁直线电机的定子；1-3、轴；1-4、开槽硅钢片；1-5、E型硅钢片；1-6、绕组；1-7、磁钢；1-8、容错齿；2、电机控制器；3、速度传感器；4、蓄电池；5、车架；6、车桥；7、悬架弹簧。
具体实施方式
下面根据说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的解释。
如图1所示，一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置，包括圆筒型容错永磁直线电机1、电机控制器2、速度传感器3、蓄电池4、悬架弹簧7和车桥6，所述的圆筒型容错永磁直线电机1包括圆筒型容错永磁直线电机的定子1-2和圆筒型容错永磁直线电机的动子1-1，所述的圆筒型容错永磁直线电机的定子1-2一端安装在车桥6上，所述的圆筒型容错永磁直线电机的动子1-1上套有悬架弹簧7，所述的悬架弹簧7的一端和圆筒型容错永磁直线电机的动子1-1的一端共同安装在车架5上，所述的悬架弹簧7的另一端和圆筒型容错永磁直线电机的定子1-2的另一端固定。
如图2所示，所述的电机控制器2通过导线和圆筒型容错永磁直线电机1、速度传感器3和蓄电池4相连。电机控制器2的a、b、c三相分别和圆筒型容错永磁直线电机1的a、b、c三相通过导线相连（已经在电机控制器2里面的a、b相上安装了电流传感器，母线上安装了电压传感器）；系统中若有机械速度传感器3，则使用导线将速度传感器3的信号线与电机控制器2上的速度传感器3接口相连；若没有机械速度传感器3，则电机控制器2上的速度传感器3接口不接。
所述的电机控制器2主电路的拓扑结构是三相桥式结构，里面的功率管可以是MOSFET、IGBT或者GTR，所述的电机控制器2工作于PWM逆变状态或PWM整流状态。
如图3所示，所述的圆筒型容错永磁直线电机的动子1-1包括轴1-3和开槽硅钢片1-4，所述的开槽硅钢片1-4嵌套在轴1-3上，所述的圆筒型容错永磁直线电机的定子1-2包括绕组1-6、磁钢1-7和E型硅钢片1-5，所述的圆筒型容错永磁直线电机的定子1-2采用模块化结构安装绕组1-6和磁钢1-7，所述的磁钢1-7夹装在E型硅钢片1-5之间且相邻的磁钢1-7轴向充磁方向相反，所述的绕组1-6采用集中绕组1-6，相邻两绕组1-6之间设有一定子齿，所述的定子齿为容错齿1-8，所述的定子齿上不布置绕组1-6。
所述的速度传感器3是绝对式光栅编码器或者磁栅编码器或者速度观测器。
所述的电机控制器2的微处理器根据速度传感器3的信号计算出圆筒型容错永磁直线电机的动子1-1的运动速度和加速度并采用矢量控制策略控制圆筒型容错永磁直线电机的动子1-1速度为零。
所述的电机控制器2的微处理器根据速度传感器3信号计算出圆筒型容错永磁直线电机的动子1-1的运动速度、加速度，采用如图4所示的（外环为速度环、内环为电流环）矢量控制策略控制圆筒型容错永磁直线电机1运行产生反作用力阻碍悬架的振动达到阻尼的作用，或者电机控制器2的微处理器采用（外环为电压环——悬架振动后电压调节器才生效，否则输出为零，内环为电流环）矢量控制策略控制圆筒型容错永磁电机1运行有限度的阻碍悬架的振动且实现馈电。
Claims (4)
1.一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置，包括圆筒型容错永磁直线电机、电机控制器、速度传感器、蓄电池、悬架弹簧和车桥，其特征在于所述的圆筒型容错永磁直线电机包括定子和动子，所述的定子一端安装在车桥上，所述的动子上套有悬架弹簧，所述的悬架弹簧的一端和动子的一端共同安装在车架上，所述的悬架弹簧的另一端和定子的另一端固定，所述的电机控制器通过导线和圆筒型容错永磁直线电机、速度传感器和蓄电池相连；所述的动子包括轴和开槽硅钢片，所述的开槽硅钢片嵌套在轴上，所述的定子包括绕组、磁钢和E型硅钢片，所述的定子采用模块化结构安装绕组和磁钢，所述的磁钢夹装在E型硅钢片之间且相邻的磁钢轴向充磁方向相反，所述的绕组采用集中绕组，相邻两绕组之间设有一定子齿，所述的定子齿为容错齿，所述的定子齿上不布置绕组。
2.根据权利要求1所述的一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置，其特征在于所述的电机控制器主电路的拓扑结构是三相桥式结构，所述的电机控制器工作于PWM逆变状态或PWM整流状态。
3.根据权利要求1所述的一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置，其特征在于所述的速度传感器是绝对式光栅编码器或者磁栅编码器或者速度观测器。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种车辆悬架用电磁阻尼减振装置，其特征在于所述的电机控制器的微处理器根据速度传感器的信号计算出圆筒型容错永磁直线电机动子的运动速度和加速度并采用矢量控制策略控制圆筒型容错永磁直线电机的动子速度为零。
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