CN105480043B - 一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，包括作动器本体和作动器控制器，作动器本体包括活塞筒、永磁直线电机模块、可调阻尼减振器模块、作动器上端盖和下吊耳；永磁直线电机模块包括次级活塞杆、直线电机上端盖、直线电机下端盖、多块硅钢片、多个初级线圈和永磁体；可调阻尼减振器模块包括减振器活塞杆、套筒、上吊耳、密封隔离板、大活塞、小活塞、阻尼液通道和比例电磁阀；作动器控制器的输入端接有加速度传感器、簧载质量速度传感器和非簧载质量速度传感器；本发明还公开了一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器的控制方法。本发明馈能效率高，能够有效延长车载蓄电池的使用寿命，使主动悬架处于最佳减振状态。

Description

一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车悬架系统技术领域，具体涉及一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器及其控制方法。

背景技术

传统的被动悬架由于刚度阻尼等参数是固定不变，只能确定一个尽量满足各方面要求的折中方案，这就使汽车行驶平顺性和乘坐舒适性受到了一定的影响。显然，传统的被动悬架己经不能满足人们的需求，这就需要一种新型的车辆悬架，而主动悬架就是根据汽车的运动状态和路面情况，适时地调节悬架的参数，使其处于最佳减振状态。

主动悬架一般由传感器和有源控制器组成的闭环控制系统，根据车辆的运动状况和路面状况主动做出反应，来抑制车身的振动，该悬架既无固定的刚度又无固定的阻尼系数，可以随着道路条件的变化和行驶需要的不同要求而自动地改变弹簧刚度和减振器阻尼系数，适时地调节悬架的参数，使悬架始终处于最佳的减振状态和行驶姿态。

目前，对于主动悬架作动器的研究大致分为三类，一是空气主动悬架作动器，二是液压主动悬架作动器，三是电磁主动悬架作动器，而空气和液压作动器都存在着结构复杂、泄漏密封、重量重和成本高及安全可靠性等诸多方面的问题，为保证主动悬架的良好性能，作动器必须具有灵敏度高、稳定可靠、能耗低、位移大等特点，而随着电磁学理论的不断完善以及大功率电子器件性能的不断提升，同时其价格也日趋低廉，采用电磁方式来实现主动悬架力发生器，正好满足了以上要求，并已经取得了良好的效果。尤其是电磁直线作动器有很多优点:具有结构简单结构紧凑、响应时间短、控制精度高、无接触摩擦、无润滑、适应频带宽、输出位移和输出力较大、可控性好，与此同时，电磁主动悬架还具有将能量回收的潜力，这也与当前提倡的“节能、环保”这一主题相吻合。

但是，现有技术中的能量自供式主动悬架作动器还存在结构复杂、响应慢、可靠性差、能耗大、成本高等缺陷，而且，尤其是当作动器失效时，既不能实现提高车辆乘坐舒适性、操作稳定性的目标，反而又可能使行驶情况恶化，鉴于此，设计了一种新型的电磁直线作动器，不仅能发挥一般电磁作动器的作用，而且，当作动器失效时，可以起到被动减振器的作用，从而衰减由地面不平经车轮传至车身的振动，可谓一举两得。

现有发明大都没有考虑到当电磁作动器发生失效时，悬架性能将会变得非常的恶劣，整车的操稳性和平顺性变差，严重时会影响行驶安全性；而且没有考虑在提高平顺性的情况下尽可能的达到馈能节能这一主题。

另外，现有技术中的能量自供式主动悬架作动器的控制方法往往偏重主动悬架的某一方面性能，没有综合能量自供式主动悬架作动器的总体性能，导致作动器在工作过程中主动控制效果不明显，在能量回馈模式与主动控制模式之间转换速度过于频繁，造成系统严重的迟滞效应，对蓄电池的寿命也有较大的影响；而且，现有技术中对作动器中电机转速的控制方法还有待改善，现有技术还不能够使主动悬架处于最佳的减振状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、设计新颖合理、实现方便且成本低、工作稳定性和可靠性高、馈能效率高、能够有效地延长车载蓄电池的使用寿命的多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体和作动器控制器，所述作动器本体包括活塞筒、永磁直线电机模块和可调阻尼减振器模块，所述活塞筒的顶部固定连接有作动器上端盖，所述活塞筒的底部固定连接有下吊耳；所述永磁直线电机模块包括设置在活塞筒内下部的次级活塞杆，以及套装在次级活塞杆中上部的直线电机上端盖和套装在次级活塞杆下部的直线电机下端盖，所述直线电机上端盖和直线电机下端盖均与活塞筒内壁固定连接，所述直线电机上端盖和直线电机下端盖之间设置有套装在次级活塞杆外围且相互间隔设置的多块硅钢片和多个初级线圈，所述次级活塞杆的外壁上固定连接有永磁体；所述可调阻尼减振器模块包括从上到下穿过作动器上端盖伸入活塞筒内的减振器活塞杆和设置在活塞筒内且罩在次级活塞杆顶部的套筒，所述减振器活塞杆的顶部固定连接有上吊耳，所述套筒固定连接在直线电机上端盖顶部，所述套筒的顶部固定连接有与活塞筒的内壁固定连接的密封隔离板，所述作动器上端盖、活塞筒和密封隔离板围成的空间为上阻尼液腔，所述减振器活塞杆的底部固定连接有位于上阻尼液腔内的大活塞，所述密封隔离板、套筒和直线电机上端盖围成的空间为下阻尼液腔，所述次级活塞杆的顶部固定连接有位于下阻尼液腔内的小活塞，所述上阻尼液腔和下阻尼液腔内均设置有阻尼液，所述次级活塞杆的底部固定连接有次级保护端盖，所述密封隔离板上设置有阻尼液通孔，所述活塞筒内壁上设置有从上到下连通上阻尼液腔和下阻尼液腔的阻尼液通道，所述阻尼液通道上连接有比例电磁阀；所述作动器控制器的输入端接有用于对车身加速度进行检测的加速度传感器、用于对簧载质量速度进行检测的簧载质量速度传感器和用于对非簧载质量速度进行检测的非簧载质量速度传感器，所述活塞筒的外壁上设置有控制盒，所述作动器控制器设置在控制盒内，所述控制盒内还设置有整流器、用于为车载蓄电池充电的蓄电池充电电路、用于为初级线圈提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路和用于为比例电磁阀提供稳定的输入电流的第二可控恒流源电路，所述蓄电池充电电路接在整流器与车载蓄电池之间，所述第一可控恒流源电路和第二可控恒流源电路均与车载蓄电池的输出端和作动器控制器的输出端连接，多个所述初级线圈串联后与第一可控恒流源电路的输出端连接，所述比例电磁阀与第二可控恒流源电路的输出端连接，所述整流器的输入端与多个串联后的初级线圈连接。

上述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于：所述作动器上端盖的底部设置有套装在减振器活塞杆上的密封圈。

上述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于：所述阻尼液通孔的数量为2～10个。

上述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于：所述上吊耳通过螺纹连接的方式与减振器活塞杆的顶部固定连接。

本发明还公开了一种能够适时地调节主动悬架的参数、使主动悬架处于最佳的减振状态、能够更好地凸显作动器在工作过程中的主动控制效果的多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器的控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤Ⅰ、加速度传感器对车身加速度进行实时检测，簧载质量速度传感器对簧载质量速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器对非簧载质量速度进行实时检测；作动器控制器对加速度传感器检测到的车身加速度信号、簧载质量速度传感器检测到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度传感器检测到的非簧载质量速度信号进行周期性采样；

步骤Ⅱ、作动器控制器将其第i次采样得到的车身加速度aⁱ与预先设定的工作模式切换车身加速度阈值进行比较，当车身加速度aⁱ小于等于工作模式切换车身加速度阈值时，所述作动器控制器不输出对所述永磁直线电机模块的控制信号，所述车辆主动悬架作动器工作在馈能半主动工作模式下，具体的工作过程为：车身振动带动上吊耳运动，上吊耳带动大活塞运动，大活塞通过阻尼液带动小活塞和次级活塞杆运动，多个初级线圈与次级活塞杆发生相对运动，多个初级线圈切割磁感线产生感应电动势，产生的感应电动势通过整流器整流后，再经过蓄电池充电电路给车载蓄电池充电；同时，所述作动器控制器根据混合天棚地棚控制的方法对其采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分析处理，得到比例电磁阀需要的输入电流即作动器控制器控制第二可控恒流源电路的输出电流改变比例电磁阀的输入电流进而调节比例电磁阀的开度，调节阻尼液通道的阻尼力，进而实现对所述车辆主动悬架作动器阻尼力大小的实时调节；

当车身加速度aⁱ大于工作模式切换车身加速度阈值时，所述作动器控制器输出对所述永磁直线电机模块的控制信号，所述车辆主动悬架作动器工作在主动耗能工作模式下，具体的工作过程为：首先，所述作动器控制器控制第二可控恒流源电路的输出电流为将比例电磁阀的开度调节到最大时需要的输入电流，使阻尼液通道的阻尼力变为最小，减小所述永磁直线电机模块主动响应时所需的主动力；然后，所述作动器控制器根据PID控制的方法对其第i-1次采样得到的车身加速度信号a^i-1和第i次采样得到的车身加速度信号aⁱ进行分析处理，得到多个初级线圈需要的输入电流即作动器控制器控制第一可控恒流源电路的输出电流改变多个初级线圈的输入电流进而调节所述永磁直线电机模块的主动响应力大小，所述永磁直线电机模块产生的主动响应力传递给车身。

上述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器的控制方法，其特征在于：步骤Ⅱ中所述作动器控制器根据混合天棚地棚控制的方法对其采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分析处理，得到比例电磁阀需要的输入电流的具体过程为:

步骤一、作动器控制器根据公式计算得到第i次采样得到的簧载质量速度对应的单独天棚控制下的阻尼力其中，C_sky为单独天棚控制阻尼系数且C_sky的取值为1000～3000，i的取值为自然数；

步骤二、作动器控制器根据公式计算得到第i次采样得到的非簧载质量速度对应的单独地棚控制下的阻尼力其中，C_g为单独地棚控制阻尼系数且C_g的取值为200～800；

步骤三、作动器控制器根据公式计算得到最终的混合天棚地棚控制下的阻尼力Fⁱ，其中，α为天棚控制的比例权值且α的取值为0.6～1，β为地棚控制的比例权值且β的取值为0～0.5，α+β＝1；

步骤四、作动器控制器根据公式计算得到混合天棚地棚控制下的阻尼力Fⁱ所对应的比例电磁阀需要的输入电流其中，b_j和c_j均为阻尼力拟合系数，且b_j的取值为200～1.2×10⁶，c_j的取值为-3×10⁶～-600，j的取值为0～6的整数。

上述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器的控制方法，其特征在于：步骤Ⅱ中所述作动器控制器根据PID控制的方法对其第i-1次采样得到的车身加速度信号a^i-1和第i次采样得到的车身加速度信号aⁱ进行分析处理，得到多个初级线圈需要的输入电流的具体过程为:

步骤A、作动器控制器根据公式e_i-1＝a^i-1-a_m对其第i-1次采样得到的车身加速度a^i-1和预先设定的理想车身加速度a_m作差，得到第i-1次采样时车身加速度a^i-1与预先设定的理想车身加速度a_m的偏差e_i-1；其中，i的取值为大于1的自然数，a_m的取值为0～0.5；

步骤B、作动器控制器根据公式e_i＝aⁱ-a_m对其第i次采样得到的车身加速度aⁱ和预先设定的理想车身加速度a_m作差，得到第i次采样时车身加速度aⁱ与预先设定的理想车身加速度a_m的偏差e_i；其中，i的取值为自然数，a_m的取值为0～0.5；

步骤C、作动器控制器根据公式计算得到多个初级线圈需要的输入电流其中，K_p为比例控制参数且K_p的取值为150，K_i为积分控制参数且K_i的取值为5，K_d为微分控制参数且K_d的取值为0.6，k的取值为0～i的整数。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器的结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低。

2、本发明提出了一种基于车身加速度的多模式切换控制的控制策略，具有高效、响应速度快和实时性比较高的优点。

3、当路面工况好时，车身加速度小于等于工作模式切换车身加速度阈值，本发明的车辆主动悬架作动器能够工作在馈能半主动工作模式下；而路面工况较差，车身加速度大于工作模式切换车身加速度阈值，本发明的车辆主动悬架作动器工作在主动耗能工作模式下，馈能半主动工作模式与主动耗能工作模式独立进行，能够在实现节能的同时又提高减振性能。

4、本发明的车辆主动悬架作动器分成了永磁直线电机模块和可调阻尼减振器模块两个部分，工作在馈能半主动工作模式下时，上吊耳和下吊耳由路面激励产生相对运动后，永磁直线电机模块将会产生感应电动势，产生的感应电动势能够供车载蓄电池储能，实现馈能；相反，工作在主动耗能工作模式下时，车载蓄电池给次级线圈供电，永磁直线电机模块将会产生作动力，通过作动器控制器根据采集到的车身加速度信号输出控制信号，控制永磁直线电机模块的输出作动力，实现了车辆悬架的主动控制。

5、当永磁直线电机模块出现故障、发生失效时以及当作动器处于馈能模式下，本发明的车辆主动悬架作动器仍然可以实现悬架系统的半主动控制，可调阻尼减振器模块中比例电磁阀通过调节阻尼液通道的阻尼力，实现悬架系统的半主动控制。

6、本发明中大活塞和小活塞通过阻尼液实现了作动力的线性放大作用，从而大大减小了主动耗能工作模式下永磁直线电机模块所需输出的作动力，能够降低主动耗能工作模式下的能耗，实现节能的目的。

7、本发明的多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器的控制方法综合了所述车辆主动悬架作动器的总体性能，提出了多模式切换，通过车身加速度比较来切换所述车辆主动悬架作动器的工作控制模式，所述车辆主动悬架作动器在馈能半主动工作模式与主动耗能工作模式之间切换，能够有效地延长车载蓄电池的使用寿命。

8、本发明的车辆主动悬架作动器能够实现不论馈能半主动工作模式或者主动耗能工作模式下都能实现悬架阻尼的改变，在实现馈能的前提下，不降低车辆悬架的性能，兼顾了馈能与车辆悬架的性能。

9、本发明的车辆主动悬架作动器的工作稳定性和可靠性高，不易发生故障，无需经常维护维修。

10、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明设计新颖合理，实现方便且成本低，工作稳定性和可靠性高，馈能效率高，能够有效地延长车载蓄电池的使用寿命，能够适时地调节主动悬架的参数，使主动悬架处于最佳的减振状态，实用性强。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器的结构示意图。

图2为本发明作动器控制器与其它各部分的电路连接关系示意图。

附图标记说明:

1—上吊耳； 2—作动器上端盖； 3—活塞筒；

4—比例电磁阀； 5—直线电机上端盖； 6—初级线圈；

7—硅钢片； 8—直线电机下端盖； 9—下吊耳；

10—次级保护端盖； 11—次级活塞杆； 12—永磁体；

13—套筒； 14—小活塞； 15—密封隔离板；

16—大活塞； 17—密封圈； 18—减振器活塞杆；

19—作动器控制器； 20—加速度传感器； 21—上阻尼液腔；

22—下阻尼液腔； 23—簧载质量速度传感器；

24—非簧载质量速度传感器； 25—阻尼液； 26—阻尼液通孔；

27—阻尼液通道； 28—控制盒； 29—整流器；

30—蓄电池充电电路； 31—第一可控恒流源电路；

32—车载蓄电池； 33—第二可控恒流源电路。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，包括作动器本体和作动器控制器19，所述作动器本体包括活塞筒3、永磁直线电机模块和可调阻尼减振器模块，所述活塞筒3的顶部固定连接有作动器上端盖2，所述活塞筒3的底部固定连接有下吊耳9；所述永磁直线电机模块包括设置在活塞筒3内下部的次级活塞杆11，以及套装在次级活塞杆11中上部的直线电机上端盖5和套装在次级活塞杆11下部的直线电机下端盖8，所述直线电机上端盖5和直线电机下端盖8均与活塞筒3内壁固定连接，所述直线电机上端盖5和直线电机下端盖8之间设置有套装在次级活塞杆11外围且相互间隔设置的多块硅钢片7和多个初级线圈6，所述次级活塞杆11的外壁上固定连接有永磁体12；所述可调阻尼减振器模块包括从上到下穿过作动器上端盖2伸入活塞筒3内的减振器活塞杆18和设置在活塞筒3内且罩在次级活塞杆11顶部的套筒13，所述减振器活塞杆18的顶部固定连接有上吊耳1，所述套筒13固定连接在直线电机上端盖5顶部，所述套筒13的顶部固定连接有与活塞筒3的内壁固定连接的密封隔离板15，所述作动器上端盖2、活塞筒3和密封隔离板15围成的空间为上阻尼液腔21，所述减振器活塞杆18的底部固定连接有位于上阻尼液腔21内的大活塞16，所述密封隔离板15、套筒13和直线电机上端盖5围成的空间为下阻尼液腔22，所述次级活塞杆11的顶部固定连接有位于下阻尼液腔22内的小活塞14，所述上阻尼液腔21和下阻尼液腔22内均设置有阻尼液25，所述次级活塞杆11的底部固定连接有次级保护端盖10，所述密封隔离板15上设置有阻尼液通孔26，所述活塞筒3内壁上设置有从上到下连通上阻尼液腔21和下阻尼液腔22的阻尼液通道27，所述阻尼液通道27上连接有比例电磁阀4；所述作动器控制器19的输入端接有用于对车身加速度进行检测的加速度传感器20、用于对簧载质量速度进行检测的簧载质量速度传感器23和用于对非簧载质量速度进行检测的非簧载质量速度传感器24，所述活塞筒3的外壁上设置有控制盒28，所述作动器控制器19设置在控制盒28内，所述控制盒28内还设置有整流器29、用于为车载蓄电池32充电的蓄电池充电电路30、用于为初级线圈6提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路31和用于为比例电磁阀4提供稳定的输入电流的第二可控恒流源电路33，所述蓄电池充电电路30接在整流器29与车载蓄电池32之间，所述第一可控恒流源电路31和第二可控恒流源电路33均与车载蓄电池32的输出端和作动器控制器19的输出端连接，多个所述初级线圈6串联后与第一可控恒流源电路31的输出端连接，所述比例电磁阀4与第二可控恒流源电路33的输出端连接，所述整流器29的输入端与多个串联后的初级线圈6连接。

如图1所示，本实施例中，所述作动器上端盖2的底部设置有套装在减振器活塞杆18上的密封圈17。通过设置密封圈17，能够更好地密封上阻尼液腔21内的阻尼液。

如图1所示，本实施例中，所述阻尼液通孔26的数量为2～10个。

如图1所示，本实施例中，所述上吊耳1通过螺纹连接的方式与减振器活塞杆18的顶部固定连接。

本发明的多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器的控制方法，包括以下步骤：

步骤Ⅰ、加速度传感器20对车身加速度进行实时检测，簧载质量速度传感器23对簧载质量速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器24对非簧载质量速度进行实时检测；作动器控制器19对加速度传感器20检测到的车身加速度信号、簧载质量速度传感器23检测到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度传感器24检测到的非簧载质量速度信号进行周期性采样；具体实施时，所述采样周期为0.25s～1s；

步骤Ⅱ、作动器控制器19将其第i次采样得到的车身加速度aⁱ与预先设定的工作模式切换车身加速度阈值进行比较，当车身加速度aⁱ小于等于工作模式切换车身加速度阈值时，所述作动器控制器19不输出对所述永磁直线电机模块的控制信号，所述车辆主动悬架作动器工作在馈能半主动工作模式下，具体的工作过程为：车身振动带动上吊耳1运动，上吊耳1带动大活塞16运动，大活塞16通过阻尼液25带动小活塞14和次级活塞杆11运动，多个初级线圈6与次级活塞杆11发生相对运动，多个初级线圈6切割磁感线产生感应电动势，产生的感应电动势通过整流器29整流后，再经过蓄电池充电电路30给车载蓄电池32充电；同时，所述作动器控制器19根据混合天棚地棚控制的方法对其采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分析处理，得到比例电磁阀4需要的输入电流即作动器控制器19控制第二可控恒流源电路33的输出电流改变比例电磁阀4的输入电流进而调节比例电磁阀4的开度，调节阻尼液通道27的阻尼力，进而实现对所述车辆主动悬架作动器阻尼力大小的实时调节；

当车身加速度aⁱ大于工作模式切换车身加速度阈值时，所述作动器控制器19输出对所述永磁直线电机模块的控制信号，所述车辆主动悬架作动器工作在主动耗能工作模式下，具体的工作过程为：首先，所述作动器控制器19控制第二可控恒流源电路33的输出电流为将比例电磁阀4的开度调节到最大时需要的输入电流，使阻尼液通道27的阻尼力变为最小，减小所述永磁直线电机模块主动响应时所需的主动力；然后，所述作动器控制器19根据PID控制的方法对其第i-1次采样得到的车身加速度信号a^i-1和第i次采样得到的车身加速度信号aⁱ进行分析处理，得到多个初级线圈6需要的输入电流即作动器控制器19控制第一可控恒流源电路31的输出电流改变多个初级线圈6的输入电流进而调节所述永磁直线电机模块的主动响应力大小，所述永磁直线电机模块产生的主动响应力传递给车身。

本实施例中，步骤Ⅱ中所述作动器控制器19根据混合天棚地棚控制的方法对其采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分析处理，得到比例电磁阀4需要的输入电流的具体过程为:

步骤一、作动器控制器19根据公式计算得到第i次采样得到的簧载质量速度对应的单独天棚控制下的阻尼力其中，C_sky为单独天棚控制阻尼系数且C_sky的取值为1000～3000，i的取值为自然数；

步骤二、作动器控制器19根据公式计算得到第i次采样得到的非簧载质量速度对应的单独地棚控制下的阻尼力其中，C_g为单独地棚控制阻尼系数且C_g的取值为200～800；

步骤三、作动器控制器19根据公式计算得到最终的混合天棚地棚控制下的阻尼力Fⁱ，其中，α为天棚控制的比例权值且α的取值为0.6～1，β为地棚控制的比例权值且β的取值为0～0.5，α+β＝1；

步骤四、作动器控制器19根据公式计算得到混合天棚地棚控制下的阻尼力Fⁱ所对应的比例电磁阀4需要的输入电流其中，b_j和c_j均为阻尼力拟合系数，且b_j的取值为200～1.2×10⁶，c_j的取值为-3×10⁶～-600，j的取值为0～6的整数。

本实施例中，步骤Ⅱ中所述作动器控制器19根据PID控制的方法对其第i-1次采样得到的车身加速度信号a^i-1和第i次采样得到的车身加速度信号aⁱ进行分析处理，得到多个初级线圈6需要的输入电流I₁ ⁱ的具体过程为:

步骤A、作动器控制器19根据公式e_i-1＝a^i-1-a_m对其第i-1次采样得到的车身加速度a^i-1和预先设定的理想车身加速度a_m作差，得到第i-1次采样时车身加速度a^i-1与预先设定的理想车身加速度a_m的偏差e_i-1；其中，i的取值为大于1的自然数，a_m的取值为0～0.5；

步骤B、作动器控制器19根据公式e_i＝aⁱ-a_m对其第i次采样得到的车身加速度aⁱ和预先设定的理想车身加速度a_m作差，得到第i次采样时车身加速度aⁱ与预先设定的理想车身加速度a_m的偏差e_i；其中，i的取值为自然数，a_m的取值为0～0.5；

步骤C、作动器控制器19根据公式计算得到多个初级线圈6需要的输入电流其中，K_p为比例控制参数且K_p的取值为150，K_i为积分控制参数且K_i的取值为5，K_d为微分控制参数且K_d的取值为0.6，k的取值为0～i的整数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体和作动器控制器(19)，所述作动器本体包括活塞筒(3)、永磁直线电机模块和可调阻尼减振器模块，所述活塞筒(3)的顶部固定连接有作动器上端盖(2)，所述活塞筒(3)的底部固定连接有下吊耳(9)；所述永磁直线电机模块包括设置在活塞筒(3)内下部的次级活塞杆(11)，以及套装在次级活塞杆(11)中上部的直线电机上端盖(5)和套装在次级活塞杆(11)下部的直线电机下端盖(8)，所述直线电机上端盖(5)和直线电机下端盖(8)均与活塞筒(3)内壁固定连接，所述直线电机上端盖(5)和直线电机下端盖(8)之间设置有套装在次级活塞杆(11)外围且相互间隔设置的多块硅钢片(7)和多个初级线圈(6)，所述次级活塞杆(11)的外壁上固定连接有永磁体(12)；所述可调阻尼减振器模块包括从上到下穿过作动器上端盖(2)伸入活塞筒(3)内的减振器活塞杆(18)和设置在活塞筒(3)内且罩在次级活塞杆(11)顶部的套筒(13)，所述减振器活塞杆(18)的顶部固定连接有上吊耳(1)，所述套筒(13)固定连接在直线电机上端盖(5)顶部，所述套筒(13)的顶部固定连接有与活塞筒(3)的内壁固定连接的密封隔离板(15)，所述作动器上端盖(2)、活塞筒(3)和密封隔离板(15)围成的空间为上阻尼液腔(21)，所述减振器活塞杆(18)的底部固定连接有位于上阻尼液腔(21)内的大活塞(16)，所述密封隔离板(15)、套筒(13)和直线电机上端盖(5)围成的空间为下阻尼液腔(22)，所述次级活塞杆(11)的顶部固定连接有位于下阻尼液腔(22)内的小活塞(14)，所述上阻尼液腔(21)和下阻尼液腔(22)内均设置有阻尼液(25)，所述次级活塞杆(11)的底部固定连接有次级保护端盖(10)，所述密封隔离板(15)上设置有阻尼液通孔(26)，所述活塞筒(3)内壁上设置有从上到下连通上阻尼液腔(21)和下阻尼液腔(22)的阻尼液通道(27)，所述阻尼液通道(27)上连接有比例电磁阀(4)；所述作动器控制器(19)的输入端接有用于对车身加速度进行检测的加速度传感器(20)、用于对簧载质量速度进行检测的簧载质量速度传感器(23)和用于对非簧载质量速度进行检测的非簧载质量速度传感器(24)，所述活塞筒(3)的外壁上设置有控制盒(28)，所述作动器控制器(19)设置在控制盒(28)内，所述控制盒(28)内还设置有整流器(29)、用于为车载蓄电池(32)充电的蓄电池充电电路(30)、用于为初级线圈(6)提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路(31)和用于为比例电磁阀(4)提供稳定的输入电流的第二可控恒流源电路(33)，所述蓄电池充电电路(30)接在整流器(29)与车载蓄电池(32)之间，所述第一可控恒流源电路(31)和第二可控恒流源电路(33)均与车载蓄电池(32)的输出端和作动器控制器(19)的输出端连接，多个所述初级线圈(6)串联后与第一可控恒流源电路(31)的输出端连接，所述比例电磁阀(4)与第二可控恒流源电路(33)的输出端连接，所述整流器(29)的输入端与多个串联后的初级线圈(6)连接。

2.按照权利要求1所述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于：所述作动器上端盖(2)的底部设置有套装在减振器活塞杆(18)上的密封圈(17)。

3.按照权利要求1所述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于：所述阻尼液通孔(26)的数量为2～10个。

4.按照权利要求1所述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于：所述上吊耳(1)通过螺纹连接的方式与减振器活塞杆(18)的顶部固定连接。

5.一种对如权利要求1所述的多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器进行控制的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤Ⅰ、加速度传感器(20)对车身加速度进行实时检测，簧载质量速度传感器(23)对簧载质量速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器(24)对非簧载质量速度进行实时检测；作动器控制器(19)对加速度传感器(20)检测到的车身加速度信号、簧载质量速度传感器(23)检测到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度传感器(24)检测到的非簧载质量速度信号进行周期性采样；

步骤Ⅱ、作动器控制器(19)将其第i次采样得到的车身加速度aⁱ与预先设定的工作模式切换车身加速度阈值进行比较，当车身加速度aⁱ小于等于工作模式切换车身加速度阈值时，所述作动器控制器(19)不输出对所述永磁直线电机模块的控制信号，所述车辆主动悬架作动器工作在馈能半主动工作模式下，具体的工作过程为：车身振动带动上吊耳(1)运动，上吊耳(1)带动大活塞(16)运动，大活塞(16)通过阻尼液(25)带动小活塞(14)和次级活塞杆(11)运动，多个初级线圈(6)与次级活塞杆(11)发生相对运动，多个初级线圈(6)切割磁感线产生感应电动势，产生的感应电动势通过整流器(29)整流后，再经过蓄电池充电电路(30)给车载蓄电池(32)充电；同时，所述作动器控制器(19)根据混合天棚地棚控制的方法对其采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分析处理，得到比例电磁阀(4)需要的输入电流即作动器控制器(19)控制第二可控恒流源电路(33)的输出电流改变比例电磁阀(4)的输入电流进而调节比例电磁阀(4)的开度，调节阻尼液通道(27)的阻尼力；

当车身加速度aⁱ大于工作模式切换车身加速度阈值时，所述作动器控制器(19)输出对所述永磁直线电机模块的控制信号，所述车辆主动悬架作动器工作在主动耗能工作模式下，具体的工作过程为：首先，所述作动器控制器(19)控制第二可控恒流源电路(33)的输出电流为将比例电磁阀(4)的开度调节到最大时需要的输入电流，使阻尼液通道(27)的阻尼力变为最小，减小所述永磁直线电机模块主动响应时所需的主动力；然后，所述作动器控制器(19)根据PID控制的方法对其第i-1次采样得到的车身加速度信号a^i-1和第i次采样得到的车身加速度信号aⁱ进行分析处理，得到多个初级线圈(6)需要的输入电流即作动器控制器(19)控制第一可控恒流源电路(31)的输出电流改变多个初级线圈(6)的输入电流进而调节所述永磁直线电机模块的主动响应力大小，所述永磁直线电机模块产生的主动响应力传递给车身。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤Ⅱ中所述作动器控制器(19)根据混合天棚地棚控制的方法对其采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分析处理，得到比例电磁阀(4)需要的输入电流的具体过程为:

步骤一、作动器控制器(19)根据公式计算得到第i次采样得到的簧载质量速度对应的单独天棚控制下的阻尼力F_sky ⁱ；其中，C_sky为单独天棚控制阻尼系数且C_sky的取值为1000～3000，i的取值为自然数；

步骤二、作动器控制器(19)根据公式计算得到第i次采样得到的非簧载质量速度对应的单独地棚控制下的阻尼力F_g ⁱ；其中，C_g为单独地棚控制阻尼系数且C_g的取值为200～800；

步骤三、作动器控制器(19)根据公式Fⁱ＝αF_sky ⁱ+βF_g ⁱ计算得到最终的混合天棚地棚控制下的阻尼力Fⁱ，其中，α为天棚控制的比例权值且α的取值为0.6～1，β为地棚控制的比例权值且β的取值为0～0.5，α+β＝1；

步骤四、作动器控制器(19)根据公式计算得到混合天棚地棚控制下的阻尼力Fⁱ所对应的比例电磁阀(4)需要的输入电流其中，b_j和c_j均为阻尼力拟合系数，且b_j的取值为200～1.2×10⁶，c_j的取值为-3×10⁶～-600，j的取值为0～6的整数。

7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤Ⅱ中所述作动器控制器(19)根据PID控制的方法对其第i-1次采样得到的车身加速度信号a^i-1和第i次采样得到的车身加速度信号aⁱ进行分析处理，得到多个初级线圈(6)需要的输入电流的具体过程为:

步骤A、作动器控制器(19)根据公式e_i-1＝a^i-1-a_m对其第i-1次采样得到的车身加速度a^i-1和预先设定的理想车身加速度a_m作差，得到第i-1次采样时车身加速度a^i-1与预先设定的理想车身加速度a_m的偏差e_i-1；其中，i的取值为大于1的自然数，a_m的取值为0～0.5；

步骤B、作动器控制器(19)根据公式e_i＝aⁱ-a_m对其第i次采样得到的车身加速度aⁱ和预先设定的理想车身加速度a_m作差，得到第i次采样时车身加速度aⁱ与预先设定的理想车身加速度a_m的偏差e_i；其中，i的取值为自然数，a_m的取值为0～0.5；

步骤C、作动器控制器(19)根据公式计算得到多个初级线圈(6)需要的输入电流其中，K_p为比例控制参数且K_p的取值为150，K_i为积分控制参数且K_i的取值为5，K_d为微分控制参数且K_d的取值为0.6，k的取值为0～i的整数。