CN107972466B - 一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置，由主动悬置作动器本体和控制电路系统构成，主动悬置作动器本体由橡胶主簧、底座、定位销、金属骨架、电磁直线模块和压电模块组成，主动悬置作动器本体上下两端分别通过连接螺栓与发动机机体和车架相连；作动器控制系统是由能量回收模块、控制器、蓄电池电压传感器、可控电流源、转速传感器、力传感器、作动器馈能电压传感器和继电器组成。还涉及该主动悬置作动器的控制方法。主动悬置作动器结构新颖、实用性高，能够大幅降低发动机振动对底盘、车身的影响，提升车辆乘坐舒适性、降低车内噪声；且能够实现发动机振动能量回收，降低汽车能量消耗，达到提升整车性能并降低能耗的目的。
Description
技术领域
本发明属于车辆动力总成振动噪声技术领域，具体涉及一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置及其控制方法。
背景技术
随着汽车技术向大功率、轻量化发动机方向发展，发动机逐渐变成汽车振动噪声的主要来源，发动机动力总成的振动噪声已成为汽车除路面激励外的第二大振动噪声源。近年来，人们对汽车乘坐舒适性要求也在提高，为了提高汽车的乘坐舒适性以满足人们的需求，发动机隔振技术也是在不断发展。发动机隔振方式经历了刚性连接、橡胶悬置、液阻悬置(包括被动、主动液阻悬置)等阶段，每一阶段采用的悬置都带来汽车隔振技术的革新和进步。
被动悬置中无论是橡胶悬置还是普通的液压悬置，在设计完成之后其动刚度和阻尼特性随频率变化的规律就是确定不变的，即其动刚度和阻尼特性是不可调节的，只能被动调节，而且在高频下会产生动态硬化，所以无法对汽车发动机所有工况都能提供好的隔振性能，其减振降噪能力无法满足汽车宽频隔振降噪要求，进而出现了半主动、主动控制式发动机可控悬置。半主动发动机悬置只能对刚度或阻尼进行控制，但是它的可调节范围相对于主动悬置比较窄。主动悬置能够对发动机的所有工况提供非常好的隔振性能，发动机动力总成主动悬置是一个由传感器和控制器和电源组成的闭环控制系统，根据发动机的运行状况和当前隔振效果主动做出反应，来提高车辆的乘坐舒适性。它能够在发动机的全部工作频域提供主动隔振性能，但是主动悬置的能耗相比于被动悬置和半主动悬置要高，而且主动悬置系统的成本比较高。因此，急需研发一种能够有效降低主动悬置的工作能耗和成本的汽车主动悬置。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置及其控制方法，主动悬置结构简单、响应速度快、控制精度高、控制系统成本低，能够实现发动机能量回收及传递力感知。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置，由主动悬置作动器本体和控制电路系统31构成；
所述主动悬置作动器本体由橡胶主簧3、底座5、定位销6、金属骨架12、电磁直线模块16和压电模块17组成，其中橡胶主簧3分别通过橡胶与金属骨架12和底座5硫化连接，底座5与带有定位销6的下端盖9螺纹连接，主动悬置作动器本体上下两端分别通过连接螺栓与发动机机体和车架相连；
所述作动器控制系统31是由能量回收模块19、控制器18、蓄电池电压传感器25、可控电流源26、转速传感器27、力传感器28、作动器馈能电压传感器29和继电器30组成，作动器控制器18的输入端与蓄电池电压传感器25、转速传感器27、力传感器28和作动器馈能电压传感器29相连，输出端与可控电流源26和继电器30控制连接，继电器30的输入端与供电单元23相连，输出端与可控电流源26相连；
所述电磁直线模块16由永磁体4、支撑弹簧8、励磁线圈10、硅钢片11、滑动套筒13和活塞杆14构成，其中永磁体4固定在底座5内壁上，活塞杆14下端与下端盖9螺纹连接，上端伸入到上连接螺栓1的空腔内，支撑弹簧8设置在滑动套筒13内且与滑动套筒13一起套装在活塞杆14上，支撑弹簧8上下两端分别与滑动套筒13内壁上表面和下端盖9内侧接触，滑动套筒13外围设有励磁线圈10和硅钢片11且励磁线圈10与可控电流源26输出端串联；
所述压电模块17由多片压电材料2堆叠构成；
所述能量回收模块19包括电力变换单元20和智能电源21，其中电力变换单元20包括整流滤波电路和升压电路；智能电源21包括储能单元22、供电单元23、充电电路24和蓄电池电压传感器25。
所述多片压电材料2叠加成圆柱状套装在上连接螺栓1上，其上端面与上连接螺栓1的凸台底面相接触，下端面与金属骨架12相接触，上连接螺栓1穿过金属骨架12的中心孔，并通过固定螺母15将压电材料2固定在上连接螺栓1与金属骨架12形成的空腔内。
所述压电材料2为圆形片状，厚度为1～10mm，数量为10～100片。
所述压电材料2为陶瓷压电或磁致材料。
所述上连接螺栓1能够在金属骨架12与橡胶主簧3的内孔进行小位移的轴向滑动。
所述储能单元22由超级电容构成，供电单元23由蓄电池构成。
上述具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置的控制方法，包括以下步骤：
A、转速传感器27、力传感器28、电压传感器29和蓄电池电压传感器25对发动机的转速、主动悬置被动侧传递力、能量转换单元输出端电压和供电单元23的蓄电池电压进行实时检测，同时，作动器控制器18对发动机转速、主动悬置被动侧传递力、能量转换单元输出端电压和蓄电池电压进行周期性采样；
B、作动器控制器18将第i次采样得到的蓄电池电压U0i压与预先设定的正常工作所需电压阈值进行比较：
B1、当蓄电池电压U0i小于正常工作所需电压阈值时，作动器控制器18不对主动悬置作动器本体输出控制信号，主动悬置作动器本体为能量回收状态，不进行主动控制，只有能量回收模块19进行工作，并对储能单元22进行充电；
B2、当蓄电池电压U0i大于等于正常工作所需电压阈值时，所述作动器控制器18对可控电流源26和继电器30输出控制信号，作动器控制器18通过给继电器30输入高电平，使继电器30导通，使智能电源21中供电单元23的蓄电池对可控电流源26供电，作动器控制器18通过给可控电流源26输入可调PWM信号，使可控电流源26输出可控的电流信号提供给主动悬置作动器18，从而使主动悬置作动器本体正常进行主动工作。
步骤B2，所述作动器控制器18控制主动悬置作动器本体正常进行主动工作的具体步骤为：
B21，作动器控制器18根据公式
计算得到第i次采样时主动悬置主动侧传递力的值Fai，其中，Ui为第i次采样的到的能量转换单元输出端电压值，εr为相对介电常数，ε0为真空介电常数，S为压电材料受力面积，λ为压电系数，h为压电材料单片厚度，i的取值为非0自然数；
B22，作动器控制器18根据公式计算得到第i次采样时的发动机主动悬置力传递率值TFi，其中Fpi为第i次采样得到的主动悬置被动侧传递力值；
B23，作动器控制器18根据可变量化因子模糊控制的方法对其采样得到的发动机实时转速和发动机主动悬置力传递率值进行分析处理，得到主动悬置作动器本体所需输入电流，并控制可控电流源26输出主动悬置作动器本体所需电流值，电磁直线模块16根据输入电流的大小和方向产生主动作动力，实现发动机悬置的主动控制。
步骤B23，所述可变量化因子模糊控制的方法对其采样得到的发动机实时转速和计算得到的发动机主动悬置力传递率进行分析处理的具体步骤为：
Ⅰ、作动器控制器18根据公式ni＝Ni×K1 i式对第i次采样时发动机转速Ni进行量化，得到发动机转速的量化量ni；其中K1 i为第i次采样时发动机转速的量化因子，K1 i的取值根据公式K1 i＝0.2×(Ni-750)+425进行实时变化，其中Ni为发动机实时转速；发动机转速的量化量ni的论域为[0,5]；
Ⅱ、作动器控制器18根据公式tFi＝TFi×K2 i式对第i次采样时发动机主动悬置力传递率TFi进行量化，得到发动机主动悬置力传递率的量化量tFi；其中K2 i为第i次采样时发动机转速的量化因子，K2 i的取值根据公式K2 i＝-10×TFi+11进行实时变化，其中TFi为发动机主动悬置力实时传递率；发动机主动悬置力传递率的量化量tFi的论域为[0,5]；
Ⅲ、作动器控制器18对发动机转速Ni的量化量ni以四舍五入的方法进行整数化，得到发动机转速Ni的量化量ni的整数化结果nZi，将发动机转速Ni的量化量ni的整数化结果nZi作为可变量化因子模糊控制方法的第一个输入x1i；
Ⅳ、作动器控制器18对发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi以四舍五入的方法进行整数化，得到发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的整数化结果tZFi，将发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的整数化结果tZFi作为可变量化因子模糊控制方法的第二个输入x2i；
Ⅴ、作动器控制器18根据可变量化因子模糊控制的第一个输入x1i和可变量化因子模糊控制第二个输入x2i，查询存储在作动器控制器18内部存储的可变量化因子模糊控制查询表，得到第i次采样时可变量化因子模糊控制的输出uZi；
Ⅵ、作作动器控制器18根据公式ui＝K3 i×uZi对可变量化因子模糊控制输出uZi进行反模糊化计算，计算得到主动悬置电磁直线模块线圈实时需要的输入电流Ii，即作动器控制器18控制可控电流源26输出电流Ii，K3 i的取值根据公式K3 i＝0.2×ui-1+4进行实时变化。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置结构简单紧凑，设计新颖，实现方便成本低。
2、本发明主动悬置利用电磁作动的结构原理，能够实现控制简单、响应速度快，控制精度高，隔振效果好的优点。
3、本发明具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置集成了发动机悬置主动控制和振动能量回收的功能，克服了传统主动悬置能耗高的问题，可实现发动机振动能量回收，从而降低主动悬置控制系统能耗，实现节能减排。
4、本发明设计了一种根据压电材料产生电压值，根据公式
计算得到发动机主动悬置主动侧传递力，实现了无需传感器硬件就可实现发动机主动悬置主动侧传递力的自感知，为主动控制系统省去一个传感器的成本，实现了降低发动机悬置主动控制系统的成本。
5、本发明具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置在主动电磁直线模块中还设计了支撑弹簧，当直线电磁模块由于供电电压不足或者发生故障而失效的时候，支撑弹簧还能够起到支撑隔振的作动，起到冗余的作用，即使悬置主动控制失效而发动机动力总成的隔振性能还能够保持较好的状态。
6、本发明提出了一种根据发动机转速和发动机主动悬置力传递率的可变量化因子模糊控制方法，控制方法实现简单可靠，在传统模糊控制基础上设计了一种根据发动机转速和发动机主动悬置力传递率实时对量化因子进行调节的可变量化因子模糊控制方法，根据不同的工况调节模糊控制的灵敏度。
7、本发明设计中的智能电源包括了主要用来储能的超级电容和主要用来为主动悬置作动器直线电磁模块供电的蓄电池，控制器通过电压传感器实时检测超级电容和蓄电池的电压，当蓄电池的电压低于正常工作的电压值12V时，控制器主动切断直线电磁模块的可控恒流源供电，也就是停止发动机悬置的主动控制，此时悬置系统为被动工作；而储能超级电容开始放电对蓄电池进行充电，当蓄电池充满时，超级电容停止放电，控制器主动重新开始为直线电磁模块的可控恒流源供电，发动机悬置开始主动控制；所述方法能够保护主动悬置作动器和防止蓄电池过放电，从而能够有效的延长主动悬置作动器和蓄电池的使用寿命。
8、本发明具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置工作性能稳定可靠，不易发生故障，维护成本低。
9、本发明具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置无需液体来提供阻尼，从而去掉了现有悬置常用的液体，从而降低了主动悬置的生产加工难度，不需要考虑液体密封以及泄露导致的污染问题。
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，能够实现能量回收，实时性高，能够解决主动悬置能耗高的问题，实用性强，便于推广使用。
附图说明
图1为本发明主动悬置作动器本体的结构示意图；
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；
图3为本发明发动机转速Ni的量化量ni的高斯隶属函数图；
图4为本发明发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的高斯隶属函数图；
图5为本发明可变量化因子模糊控制的输出uZi的高斯隶属函数图。
图中，1.上连接螺栓 2.压电材料 3.橡胶主簧 4.永磁体 5.底座 6.定位销 7.下连接螺栓 8.支撑弹簧 9.下端盖10.励磁线圈 11.硅钢片 12.金属骨架 13.滑动套筒 14.活塞杆 15.固定螺母 16.电磁直线模块 17.压电模块 18.作动器控制器 19.能量回收模块 20.电力变换单元 21.智能电源 22.储能单元 23.供能单元 24.充电电路 25.蓄电池电压传感器 26.可控电流源 27.转速传感器 28.力传感器 29.作动器馈能电压传感器30.继电器 31.作动器控制系统。
具体实施方式
一种具有发动机振动能量回收及传递力感知的主动悬置作动器由主动悬置作动器本体和控制电路系统31构成。
如图1所示，所述主动悬置作动器本体由橡胶主簧3、底座5、定位销6、金属骨架12、电磁直线模块16和压电模块17组成。所述主动悬置作动器本体上端有与发动机机体连接的上连接螺栓1，下端有与车架相连接的下连接螺栓7，金属骨架12与橡胶主簧3通过橡胶硫化连接，橡胶主簧3与底座5通过橡胶硫化连接，底座5与下端盖9通过螺纹连接，下端盖9上还有通过焊接固定的定位销6。
如图2所示，所述作动器控制系统31是由能量回收模块19、控制器18、蓄电池电压传感器25、可控电流源26、转速传感器27、力传感器28、作动器馈能电压传感器29和继电器30组成，作动器控制器18的输入端有用于对发动机转速进行实时检测的发动机转速传感器27、用于对发动机主动悬置被动侧传递力进行实时检测的力传感器28、用于对智能电源中供电单元23蓄电池的电压进行实时检测的电压传感器25和用于对能量转换单元输出端电压进行实时检测的作动器馈能电压传感器29，输出端与可控电流源26和继电器30控制连接，控制主可控电流源26输出电流大小和智能电源21充放电开关继电器30的开关状态；继电器30的输入端与供电单元23相连，输出端与可控电流源26相连。
所述能量回收模块19包括电力变换单元20和智能电源21。
所述压电模块17是由多片压电材料2套装在上连接螺栓1上。所述压电模块17上端面与上连接螺栓1的凸台底面相接触，所述压电模块17下端面与金属骨架12相接触，所述上连接螺栓1穿过金属骨架12的中心孔，并通过上连接螺栓1的固定螺母15将压电材料2固定在上连接螺栓1与金属骨架12形成的空腔内，构成能量转换单元。所述上连接螺栓1可以在金属骨架12与橡胶主簧3的内孔进行小位移的轴向滑动，轴向滑动将会对压电材料2产生正压力，从而将机械能转换为电能，实现振动能量回收。
所述电力变换单元20包括整流滤波电路和升压电路。所述智能电源21包括储能单元22、供电单元23和充电电路24。所述储能单元22由超级电容组成，主要用于存储能量回收模块19产生的电能以及为供电单元23充电。供电单元23主要由蓄电池构成，主要用于为电磁直线模块16供电。所述蓄电池电压传感器25主要用于对供电单元23的蓄电池电压进行实时检测。
所述电磁直线模块16由永磁体4、励磁线圈10、硅钢片11、滑动套筒13、支撑弹簧8以及活塞杆14构成，所述永磁体4固定在作动器底座5内壁上，所述活塞杆14下端与作动器下端盖9通过螺纹固定，活塞杆14上端伸入到上连接螺栓1的空腔里，滑动套筒套13装在活塞杆14上，支撑弹簧8安装在滑动套筒13内部且套装在活塞杆14上，支撑弹簧8上端与滑动套筒13内壁上表面接触，下端与作动器下端盖9内侧接触。所述滑动套筒13外围设置有励磁线圈10和硅钢片11，励磁线圈10与可控电流源26输出端串联。
输出端所述压电材料2为圆形片状材料，厚度为1～10mm，数量为10～100片，压电材料2是一种可以将正压力转变为电能的材料，材料种类由陶瓷压电材料，磁致材料等。
所述支撑弹簧8套装在活塞杆14上，将作动器底座5与下端盖9通过螺纹固定后使支撑弹簧8产生一定的挤压，从而使支撑弹簧8产生一定的正向支撑力。
本发明还提供了一种具有发动机振动能量回收及传递力感知的主动悬置作动器控制方法，包括以下步骤：
A、转速传感器27、力传感器28、电压传感器29和蓄电池电压传感器25对发动机的转速、主动悬置被动侧传递力、能量转换单元输出端电压和供电单元23的蓄电池电压进行实时检测，同时，作动器控制器18对发动机转速、主动悬置被动侧传递力、能量转换单元输出端电压和蓄电池电压进行周期性采样；
B、作动器控制器18将第i次采样得到的蓄电池电压U0i压与预先设定的正常工作所需电压阈值进行比较：
B1、当蓄电池电压U0i小于正常工作所需电压阈值时，作动器控制器18不对主动悬置作动器本体输出控制信号，主动悬置作动器本体为能量回收状态，不进行主动控制，只有能量回收模块19进行工作，并对储能单元22进行充电；
B2、当蓄电池电压U0i大于等于正常工作所需电压阈值时，所述作动器控制器18输出控制信号使智能电源21中供电单元23的蓄电池对主动悬置作动器18供电，主动悬置作动器本体正常进行主动工作。
步骤B2，所述作动器控制器18控制主动悬置作动器本体正常进行主动工作的具体步骤为：
B21，作动器控制器18根据公式
计算得到第i次采样时主动悬置主动侧传递力的值Fai，其中，Ui为第i次采样的到的能量转换单元输出端电压值，εr为相对介电常数，ε0为真空介电常数，S为压电材料受力面积，λ为压电系数，h为压电材料单片厚度，i的取值为非0自然数；
B22，作动器控制器18根据公式
计算得到第i次采样时的发动机主动悬置力传递率值TFi，其中Fpi为第i次采样得到的主动悬置被动侧传递力值；
B23，作动器控制器18根据可变量化因子模糊控制的方法对其采样得到的发动机实时转速和发动机主动悬置力传递率值进行分析处理，得到主动悬置作动器本体所需输入电流，并控制可控电流源26输出主动悬置作动器本体所需电流值，电磁直线模块16根据输入电流的大小和方向产生主动作动力，实现发动机悬置的主动控制。
步骤B23，可变量化因子模糊控制的方法对其采样得到的发动机实时转速和计算得到的发动机主动悬置力传递率进行分析处理的具体步骤为：
Ⅰ、作动器控制器18根据公式ni＝Ni×K1 i式对第i次采样时发动机转速Ni进行量化，得到发动机转速的量化量ni；其中K1 i为第i次采样时发动机转速的量化因子，K1 i的取值根据公式K1 i＝0.2×(Ni-750)+425进行实时变化，其中Ni为发动机实时转速；发动机转速的量化量ni的论域为[0,5]；
Ⅱ、作动器控制器18根据公式tFi＝TFi×K2 i式对第i次采样时发动机主动悬置力传递率TFi进行量化，得到发动机主动悬置力传递率的量化量tFi；其中K2 i为第i次采样时发动机转速的量化因子，K2 i的取值根据公式K2 i＝-10×TFi+11进行实时变化，其中TFi为发动机主动悬置力实时传递率；发动机主动悬置力传递率的量化量tFi的论域为[0,5]；
Ⅲ、作动器控制器18对发动机转速Ni的量化量ni以四舍五入的方法进行整数化，得到发动机转速Ni的量化量ni的整数化结果nZi，将发动机转速Ni的量化量ni的整数化结果nZi作为可变量化因子模糊控制方法的第一个输入x1i；
Ⅳ、作动器控制器18对发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi以四舍五入的方法进行整数化，得到发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的整数化结果tZFi，将发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的整数化结果tZFi作为可变量化因子模糊控制方法的第二个输入x2i；
Ⅴ、作动器控制器18根据可变量化因子模糊控制的第一个输入x1i和可变量化因子模糊控制第二个输入x2i，然后查询存储在作动器控制器内部存储的可变量化因子模糊控制查询表，得到第i次采样时可变量化因子模糊控制的输出uZi；
Ⅵ、作作动器控制器18根据公式ui＝K3 i×uZi对可变量化因子模糊控制输出uZi进行反模糊化计算，计算得到主动悬置电磁直线模块线圈实时需要的输入电流Ii，即作动器控制器18控制可控电流源26输出电流Ii，K3 i的取值根据公式K3 i＝0.2×ui-1+4进行实时变化。
步骤Ⅴ，所述作动器控制器18预先制定可变量化因子模糊控制查询表的步骤为：
a、发动机转速传感器27对发动机的转速进行实时检测，力传感器28对发动机主动悬置被动侧传递力进行实时检测，、电压传感器29和蓄电池电压传感器25对压电材料输出端电压和供电单元23的蓄电池电压进行实时检测，作动器控制器18对发动机转速、主动悬置被动侧传递力、能量转换装置输出端电压和蓄电池电压进行周期性采样；
b、作动器控制器18根据公式ni＝Ni×K1 i式对第i次采样时发动机转速Ni进行量化，得到发动机转速Ni的量化量ni；其中K1 i为第i次采样时发动机转速的量化因子，K1 i的取值根据公式K1 i＝0.2×(Ni-750)+425进行实时变化，其中Ni为发动机实时转速；发动机转速的量化量ni的论域为[0,5]；
c、作动器控制器18根据公式tFi＝TFi×K2 i式对第i次采样时发动机主动悬置力传递率TFi进行量化，得到发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi；其中K2 i为第i次采样时发动机转速的量化因子，K2 i的取值根据公式K2 i＝-10×TFi+11进行实时变化，其中TFi为发动机主动悬置力实时传递率；发动机主动悬置力传递率的量化量tFi的论域为[0,5]；
d、作动器控制器18对发动机转速Ni的量化量ni进行模糊处理：
d1、定义发动机转速Ni的量化量ni的模糊状态集合为{零、零正、正小、正中、正大}；
d2、作动器控制器18根据发动机转速Ni的量化量ni的高斯隶属函数计算得到发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态隶属度值gaussmf(ni,σ1,c1)，并根据最大隶属度原则确定发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态，且当发动机转速Ni的量化量ni在两种不同的模糊状态下对应的隶属度值相等时，选取小于发动机转速Ni的量化量ni的数据对应的模糊状态为发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态；其中，σ1为发动机转速Ni的量化量ni的高斯隶属函数对应的标准方差，c1为发动机转速Ni的量化量ni的高斯隶属函数对应的峰值横坐标；当模糊状态为零时，σ1＝0.5308，c1＝0；当模糊状态为零正时，σ1＝0.5308，c1＝1.25；当模糊状态为正小时，σ1＝0.5308，c1＝2.5；当模糊状态为正中时，σ1＝0.5308，c1＝3.75；当模糊状态为正大时，σ1＝0.5308，c1＝5；
e、作动器控制器18对发动机主动悬置力传递率TFi进行模糊处理：
e1、定义发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的模糊状态集合为{零、零正、正小、正中、正大}；
e2、作动器控制器18根据发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的高斯隶属函数
计算得到发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态隶属度值gaussmf(tFi,σ2,c2)，并根据最大隶属度原则确定发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态，且当发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi在两种不同的模糊状态下对应的隶属度值相等时，选取小于发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的数据对应的模糊状态为发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态；其中，σ2为发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的高斯隶属函数对应的标准方差，c2为发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的高斯隶属函数对应的峰值横坐标；当模糊状态为零时，σ2＝0.5308，c2＝0；当模糊状态为零正时，σ2＝0.5308，c2＝1.25；当模糊状态为正小时，σ2＝0.5308，c2＝2.5；当模糊状态为正中时，σ2＝0.5308，c2＝3.75；当模糊状态为正大时，σ2＝0.5308，c2＝5；
f、定义可变量化因子模糊控制输出uZi的模糊状态集合为{零、零正、正小、正中、正大}，制定可变量化因子模糊控制根据发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态和发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态来得到可变量化因子模糊控制输出uZi的模糊状态的可变量化因子模糊控制规则，并根据所述可变量化因子模糊控制规则确定可变量化因子模糊控制输出uZi的模糊状态；
其中，所述模糊规则为：
当发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态和发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态分别为正小和零、或正中和零、或正大和零、或正大和零正时，所述可变量化因子模糊控制的输出uZi为零；
当发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态和发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态分别为零和零、或零正和零、或正小和零正、或正中和零正、或正中和正小、或正大和正小、或正大和正中时，所述可变量化因子模糊控制的输出uZi为零正；
当发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态和发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态分别为零和零正、或零正和零正、或零正和正小、或正小和正小、或正中和正中、或正大和正大时，所述可变量化因子模糊控制的输出uZi为正小；
当发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态和发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态分别为零和正小、或零和正中、或零正和正中、或正小和正中、或正小和正大、或正中和正大时，所述可变量化因子模糊控制的输出uZi为正中；
当发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态和发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态分别为零和正大、或零正和正大时，所述可变量化因子模糊控制的输出uZi为正大；
g、对所述可变量化因子模糊控制的输出uZi的模糊状态反模糊化处理：
g1、定义所述可变量化因子模糊控制的输出uZi的论域为[0,5]；
g2、作动器控制器(18)根据可变量化因子模糊控制的输出uZi的高斯隶属函数
计算得到可变量化因子模糊控制uZi的各个模糊状态下可变量化因子模糊控制的论域[0,5]中每个整数值对应的隶属度值gaussmf(uZi,σ3,c3)，并将某个模糊状态下可变量化因子模糊控制的输出uZi的论域[0,5]中各个整数值对应的隶属度值中的最大值所对应的可变量化因子模糊控制的输出uZi的值确定为所述模糊控制的输出uZi反模糊化的结果；其中，σ3为可变量化因子模糊控制的输出uZi的高斯隶属函数对应的标准方差，c3为可变量化因子模糊控制的输出uZi的高斯隶属函数对应的峰值横坐标；当模糊状态为零时，σ3＝0.5308，c3＝0；当模糊状态为零正时，σ3＝0.5308，c3＝1.25；当模糊状态为正小时，σ3＝0.5308，c3＝2.5；当模糊状态为正中时，σ3＝0.5308，c3＝3.75；当模糊状态为正大时，σ3＝0.5308，c3＝5；
h、重复步骤a到步骤g，直到得到发动机转速Ni的量化量ni对应的模糊状态内的5个状态与发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi对应的模糊状态内的5个状态的25种组合与所述可变量化因子模糊控制的输出uZi的反模糊化的结果的一一对应关系。
本发明主动悬置作动器结构简单紧凑，响应速度快，控制精度高；其克服了传统主动悬置能耗高的问题，可实现发动机振动能量回收，从而降低主动悬置控制系统能耗；同时，其能够降低发动机动力总成主动控制系统的成本，传感器在主动控制系统所需成本中所占比重非常高，本发明设计一种能够利用能量回收模块实时电压来计算出发动机主动悬置主动侧传递力大小，实现发动机主动悬置主动侧传递力感知，为主动控制系统省去一个传感器的成本。
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 (9)
1.一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置，其特征在于：由主动悬置作动器本体和控制电路系统(31)构成；
所述主动悬置作动器本体由橡胶主簧(3)、底座(5)、定位销(6)、金属骨架(12)、电磁直线模块(16)和压电模块(17)组成，其中橡胶主簧(3)分别通过橡胶与金属骨架(12)和底座(5)硫化连接，底座(5)与带有定位销(6)的下端盖(9)螺纹连接，主动悬置作动器本体上下两端分别通过连接螺栓与发动机机体和车架相连；
所述作动器控制系统(31)是由能量回收模块(19)、控制器(18)、蓄电池电压传感器(25)、可控电流源(26)、转速传感器(27)力传感器(28)、作动器馈能电压传感器(29)和继电器(30)组成，作动器控制器(18)的输入端与蓄电池电压传感器(25)、转速传感器(27)、力传感器(28)和作动器馈能电压传感器(29)相连，输出端与可控电流源(26)和继电器(30)控制连接，继电器(30)的输入端与供电单元(23)相连，输出端与可控电流源(26)相连；
所述电磁直线模块(16)由永磁体(4)、支撑弹簧(8)、励磁线圈(10)、硅钢片(11)、滑动套筒(13)和活塞杆(14)构成，其中永磁体(4)固定在底座(5)内壁上，活塞杆(14)下端与下端盖(9)螺纹连接，上端伸入到上连接螺栓(1)的空腔内，支撑弹簧(8)设置在滑动套筒(13)内且与滑动套筒(13)一起套装在活塞杆(14)上，支撑弹簧(8)上下两端分别与滑动套筒(13)内壁上表面和下端盖(9)内侧接触，滑动套筒(13)外围设有励磁线圈(10)和硅钢片(11)且励磁线圈(10)与可控电流源(26)输出端串联；
所述压电模块(17)由多片压电材料(2)堆叠构成；
所述能量回收模块(19)包括电力变换单元(20)和智能电源(21)，其中电力变换单元(20)包括整流滤波电路和升压电路；智能电源(21)包括储能单元(22)、供电单元(23)、充电电路(24)和蓄电池电压传感器(25)。
2.根据权利要求1所述的一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置，其特征在于：所述多片压电材料(2)叠加成圆柱状套装在上连接螺栓(1)上，其上端面与上连接螺栓(1)的凸台底面相接触，下端面与金属骨架(12)相接触，上连接螺栓(1)穿过金属骨架(12)的中心孔，并通过固定螺母(15)将压电材料(2)固定在上连接螺栓(1)与金属骨架(12)形成的空腔内。
3.根据权利要求2所述的一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置，其特征在于：所述压电材料(2)为圆形片状，厚度为1～10mm，数量为10～100片。
4.根据权利要求2所述的一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置，其特征在于：所述压电材料(2)为陶瓷压电或磁致材料。
5.根据权利要求1所述的一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置，其特征在于：所述上连接螺栓(1)能够在金属骨架(12)与橡胶主簧(3)的内孔进行小位移的轴向滑动。
6.根据权利要求1所述的一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置，其特征在于：所述储能单元(22)由超级电容构成，供电单元(23)由蓄电池构成。
7.如权利要求1所述的一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置的控制方法，包括以下步骤：
A、转速传感器(27)、力传感器(28)、电压传感器(29)和蓄电池电压传感器(25)对发动机的转速、主动悬置被动侧传递力、能量转换单元输出端电压和供电单元(23)的蓄电池电压进行实时检测，同时，作动器控制器(18)对发动机转速、主动悬置被动侧传递力、能量转换单元输出端电压和蓄电池电压进行周期性采样；
B、作动器控制器(18)将第i次采样得到的蓄电池电压U0i压与预先设定的正常工作所需电压阈值进行比较：
B1、当蓄电池电压U0i小于正常工作所需电压阈值时，作动器控制器(18)不对主动悬置作动器本体输出控制信号，主动悬置作动器本体为能量回收状态，不进行主动控制，只有能量回收模块(19)进行工作，并对储能单元(22)进行充电；
B2、当蓄电池电压U0i大于等于正常工作所需电压阈值时，所述作动器控制器(18) 对可控电流源(26)和继电器(30)输出控制信号，作动器控制器(18)通过给继电器(30)输入高电平，使继电器(30)导通，使智能电源(21)中供电单元(23)的蓄电池对可控电流源(26)供电，作动器控制器(18)通过给可控电流源(26)输入可调PWM信号，使可控电流源(26)输出可控的电流信号提供给主动悬置作动器(18)，从而使主动悬置作动器本体正常进行主动工作。
8.根据权利要求7所述的一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置的控制方法，其特征在于：步骤B2，所述作动器控制器(18)控制主动悬置作动器本体正常进行主动工作的具体步骤为：
B21，作动器控制器(18)根据公式
计算得到第i次采样时主动悬置主动侧传递力的值Fai，其中，Ui为第i次采样的到的能量转换单元输出端电压值，εr为相对介电常数，ε0为真空介电常数，S为压电材料受力面积，λ为压电系数，h为压电材料单片厚度，i的取值为非0自然数；
B22，作动器控制器(18)根据公式
计算得到第i次采样时的发动机主动悬置力传递率值TFi，其中Fpi为第i次采样得到的主动悬置被动侧传递力值；
B23，作动器控制器(18)根据可变量化因子模糊控制的方法对其采样得到的发动机实时转速和发动机主动悬置力传递率值进行分析处理，得到主动悬置作动器本体所需输入电流，并控制可控电流源(26)输出主动悬置作动器本体所需电流值，电磁直线模块16根据输入电流的大小和方向产生主动作动力，实现发动机悬置的主动控制。
9.根据权利要求8所述的一种具有馈能及传递力感知的汽车主动悬置的控制方法，其特征在于：步骤B23，所述可变量化因子模糊控制的方法对其采样得到的发动机实时转速和计算得到的发动机主动悬置力传递率进行分析处理的具体步骤为：
Ⅰ、作动器控制器(18)根据公式ni＝Ni×K1 i式对第i次采样时发动机转速Ni进行量化，得到发动机转速的量化量ni；其中K1 i为第i次采样时发动机转速的量化因子，K1 i的取值根据公式K1 i＝0.2×(Ni-750)+425进行实时变化，其中Ni为发动机实时转速；发动机转速的量化量ni的论域为[0,5]；
Ⅱ、作动器控制器(18)根据公式tFi＝TFi×K2 i式对第i次采样时发动机主动悬置力传递率TFi进行量化，得到发动机主动悬置力传递率的量化量tFi；其中K2 i为第i次采样时发动机转速的量化因子，K2 i的取值根据公式K2 i＝-10×TFi+11进行实时变化，其中TFi为发动机主动悬置力实时传递率；发动机主动悬置力传递率的量化量tFi的论域为[0,5]；
Ⅲ、作动器控制器(18)对发动机转速Ni的量化量ni以四舍五入的方法进行整数化，得到发动机转速Ni的量化量ni的整数化结果nZi，将发动机转速Ni的量化量ni的整数化结果nZi作为可变量化因子模糊控制方法的第一个输入x1i；
Ⅳ、作动器控制器(18)对发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi以四舍五入的方法进行整数化，得到发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的整数化结果tZFi，将发动机主动悬置力传递率TFi的量化量tFi的整数化结果tZFi作为可变量化因子模糊控制方法的第二个输入x2i；
Ⅴ、作动器控制器(18)根据可变量化因子模糊控制的第一个输入x1i和可变量化因子模糊控制第二个输入x2i，查询存储在作动器控制器(18)内部存储的可变量化因子模糊控制查询表，得到第i次采样时可变量化因子模糊控制的输出uZi；
Ⅵ、作动器控制器(18)根据公式ui＝K3 i×uZi对可变量化因子模糊控制输出uZi进行反模糊化计算，计算得到主动悬置电磁直线模块线圈实时需要的输入电流Ii，即作动器控制器(18)控制可控电流源(26)输出电流Ii，K3 i的取值根据公式K3 i＝0.2×ui-1+4进行实时变化。
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