CN108520103A - 一种用于主动悬置的音圈电机选取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于主动悬置的音圈电机选取方法，包括：S1：确定主动悬置被动部分的结构参数；S2：根据结构参数计算作动器位移与动力总成激励位移之间的传递函数关系，获取作动器的最小行程；S3：根据结构参数获取作动器电流与动力总成激励位移之间的传递函数关系；S4：由电流与动力总成激励位移之间的传递函数关系，获取作动器最大电流，进而获取峰值力；S5：结合峰值力与主动悬置的摩擦力、弹性力和运动质量的惯性力，计算输出力的均方根；S6：以作动器的最小行程及输出力的均方根为参数依据，选取与之相匹配的音圈电机。与现有技术相比，本发明获取参数快速有效，可降低选取成本，并为选取音圈电机提供理论参考。

Description

一种用于主动悬置的音圈电机选取方法

技术领域

本发明涉及汽车动力总成隔振领域，尤其是涉及一种用于主动悬置的音圈电机选取方法。

背景技术

悬置的性能对汽车乘坐舒适性有着重要的影响，它的好坏直接关系到动力总成振动向车体的传递，影响整车的NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)特性。

目前，混合动力汽车的开发蒸蒸日上，其动力总成频繁地启停以及发动机转速上升率高等特点对汽车乘坐舒适性提出了更大挑战；为了提高燃油经济性，闭缸技术在一些高级轿车中得到运用，在负荷较小时，采取“气缸按需运行”(Cylinder On Demand)，系统会自动关闭某些气缸。该技术的使用不仅增加了振动阶次的多样性，还加剧了发动机受力不均匀的振动问题。

主动悬置可以跟随发动机的实时工况，加速度传感器采集的信号，进行控制计算后，通过内部执行器产生激振力和来自动力总成的振动相互抵消，从而抑制振动传递到车身，影响乘坐舒适性。

在现有的主动悬置中，大多数都是选用音圈电机作为作动器。音圈电机属于特种直线电机，具有结构简单、体积小、噪声低、加速度大、响应速度快等优点，满足主动悬置作动器的需要。

现有开发的主动悬置中，大多数是以原有的液压悬置加装作动器改进而成。对于作动器音圈电机的选取，大多依靠经验法和实验测试，成本较高且误差较大。因此提出一种能理论获取音圈电机主要参数的计算方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于主动悬置的音圈电机选取方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于主动悬置的音圈电机选取方法，包括以下步骤：

S1：根据动力总成的振动特性，确定主动悬置被动部分的结构参数；

S2：根据主动悬置被动部分的结构参数，计算作动器位移与动力总成激励位移之间的传递函数关系，并在传递函数幅频曲线中找出作动器固有频率处的振幅比，结合动力总成激励位移的幅值，获取作动器的最小行程；

S3：根据主动悬置被动部分的结构参数，获取作动器电流与动力总成激励位移之间的传递函数关系；

S4：由步骤S3获取的电流与动力总成激励位移之间的传递函数关系，获取作动器最大电流，进而获取峰值力；

S5：获取主动悬置的摩擦力、弹性力和运动质量的惯性力，结合步骤S4得到的峰值力，计算输出力的均方根；

S6：以步骤S2获取的作动器的最小行程及步骤S5计算的输出力的均方根为参数依据，选取与之相匹配的音圈电机。

优选地，主动悬置被动部分的结构参数包括主簧等效膨胀面积、主簧等效膨胀刚度、上腔膨胀面积的位移、主簧的等效活塞面积、解耦膜面积、惯性通道的横截面积、惯性通道等效长度和惯性通道内液体的质量阻尼。

优选地，作动器位移X_A(s)与动力总成激励位移X_T(s)之间的传递函数关系为：

式中，A_B为主簧等效膨胀面积，C_B,Dyn为主簧等效膨胀刚度，A_T为主簧的等效活塞面积，A_K为惯性通道的横截面积，A_A为橡胶膜片面积，参数β_A＝m_As²+d_As+c_A，参数β_K＝m_Ks²+d_Ks，m_A为音圈作动器线圈处的质量，m_k为惯性通道内液体的质量，d_A为作动器内部阻尼，d_k为惯性通道内液体的质量阻尼。

优选地，作动器电流I(s)与动力总成激励位移X_T(s)之间的传递函数关系为：

式中，C_T,dyn为主簧等效刚度，c_A为作动器刚度，k_M为音圈作动器常数。

优选地，峰值力F_p与作动器最大电流I_max的关系为：

F_p＝k_m×I_max

式中，k_m为拟定的电机常数。

优选地，输出力的均方根F_RMs的计算公式为：

式中，F_L为弹性力，F_F为摩擦力，F_m为运动质量的惯性力。

与现有技术相比，本发明方法根据主动悬置被动部分的结构参数，可快速有效地计算出与目标悬置相匹配的音圈电机的相关参数，进而提供有效的音圈电机选取依据；本发明无需进行大量的实验测试，可大大降低选取成本，减小计算误差，对于定量、定性地选取合适的音圈电机有很好的参考意义。

附图说明

图1为一种用于主动悬置的音圈电机选取方法的流程图；

图2为动力总成激励位移与作动器位移之间的传递函数曲线，其中，图2(a)为传递函数的放大因子随频率的变化曲线图，图2(b)为传递函数的幅值随频率的变化曲线图；

图3为动力总成激励位移与作动器电流之间的传递函数曲线，其中，图3(a)为传递函数曲线的幅值随频率的变化曲线图，图3(b)为传递函数曲线的相位随频率的变化曲线图；

图4为作动器振动速度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明涉及一种用于主动悬置的音圈电机选取方法，包括以下步骤：

步骤一、分析动力总成的振动特性，确定主动悬置被动部分的结构参数，包括主簧等效膨胀面积、主簧等效膨胀刚度、上腔膨胀面积的位移、主簧的等效活塞面积、解耦膜面积、惯性通道的横截面积、惯性通道等效长度及惯性通道内液体的阻尼；

步骤二、通过步骤一确定的结构参数，计算出作动器位移与动力总成激励位移的传递函数关系，在传递函数幅频曲线中找出作动器固有频率处的振幅比，结合动力总成的振幅，求出作动器的最小行程；

在传函幅频曲线中找出幅值的最大值，该值即为放大因子；结合动力总成激励位移的幅值，即可计算出作动器的最小行程。

步骤三、通过步骤一中确定的结构参数，计算出作动器电流与总力总成激励位移之间的传递函数关系；

步骤四、由步骤三中计算出的作动器电流与动力总成激励位移之间的传递函数关系，确定作动器最大电流，进而获取峰值力；

步骤五、将步骤四中计算的峰值力与摩擦力、弹性力、运动质量惯性力相结合，计算出输出力的均方根，该值表示平均作动力的大小；

步骤六、以步骤二获取的作动器的最小行程及步骤五计算的输出力的均方根为参数依据，选取与之相匹配的音圈电机。

确定作动器参数之前，需要确定动力总成位移x_T，从而得到作动器侧位移x_A的大小，作为选取作动器动行程的依据。根据液压悬置的数学模型，可以得到作动器位移与动力总成位移之间的传递函数关系为：

x_A＝TF·x_T

为了得到传递函数TF的具体形式，需考虑液压悬置的上液室体积膨胀方程、惯性通道方程、连续性方程以及传递到作动器侧的作动器受力方程。由于作动器并没有确定，则可给定一个常用的音圈作动器线圈处的质量m_A以此来初步确定作动器的动行程。

-P(t)A_B＝C_B,Dynx_B

上式中，P(t)是上腔室压强，A_B为主簧等效膨胀面积，C_B,Dyn为主簧等效膨胀刚度，x_B为上腔膨胀面积的位移，A_T为主簧的等效活塞面积，A_K为惯性通道的横截面积，A_A为橡胶膜片面积，x_k为惯性通道内液体的位移，m_k为惯性通道内液体的质量，d_k为惯性通道内液体的质量阻尼，f_A为作动器输出力，d_A为作动器内部阻尼，c_A为作动器刚度。

这里仅考虑动力总成传到作动器处的位移，故f_A＝0。联立上述各式，则可获取作动器位移与动力总成激励位移之间的关系为：

式中参数β_A＝m_As²+d_As+c_A，参数β_K＝m_Ks²+d_Ks，作动器位移与动力总成激励位移之间的传递函数关系如图2所示。图2(a)中的两个峰值所对应的频率分别为主动悬置系统的两个固有频率，即放大因子为6.2时所对应的惯性通道体频率及放大因子为9.3时所对应的作动器的固有频率。结合图2(a)和图2(b)可知，在相当一部分的频率范围内，放大因子为6.2时所对应的振幅比都是最大的，因此选取放大因子为6.2是足够的。

选取放大因子为6.2，即选取作动器的最小行程应是动力总成激励位移的6.2倍，因动力总成激励位移的大小一般不超过1.5mm，故作动器的最小行程为9mm。

为了能够确定作动器所需的最大电流，可令传递到车身的力f_y(t)为零，并综合液压悬置的建模方程，得到电流与液压悬置以及动力总成位移的关系：

上式中，C_T,Dyn为主簧等效刚度，i(t)为作动器电流，k_M为音圈作动器常数。综合上式，将作动器位移与动力总成位移之间的传递函数关系变换到拉式域可得：

则可得作动器电流与动力总成激励位移之间的关系为：

这里可以取音圈作动器常数k_M为20，从而音圈作动器常数确定。绘制电流的传递函数曲线如图3所示。通过图3可确定作动器电流的取值范围，继而获取作动器输出的峰值力等参数。经过上面的初步计算可以得到作动器参数的大致选取范围。

通常选取线性音圈作动器时，需要明确以下四个参数：峰值力、输出力的均方根，线性作动器速度和线性作动器总的动行程。

峰值力是所有需要克服的力之和，包括摩擦力、弹性力以及运动质量的惯性力，即：

F_p＝F_L+F_F+F_m

式中，F_p为峰值力，F_L为弹性力，F_F为摩擦力，F_m为运动质量的惯性力。

峰值力F_p与作动器最大电流I_max的关系为：

F_p＝k_m×I_max

式中，k_m为拟定的电机常数。

弹性力直接作用在作动器上，包括垂直安装下的重力。由于主动悬置内的作动器通常还有密封膜片等结构体，因此弹性力应将其重力包括在内。弹性力一般为非线性，但由于解耦膜形变较小，这里进行线性化处理，表达式可写成：

F_L＝K_Jx_θ

式中，K_J为解耦膜的刚度，x_θ为解耦膜的位移。

摩擦力是由线圈与磁铁安装不对称等原因引起的，一般比较小不予考虑。运动质量的惯性力与运动质量及运动质量的加速度有关，即：

F_m＝m_L+ca

式中，m_L+c为运动质量，a为运动质量的加速度。

输出力的均方根F_RMS用来近似平均连续力，其表达式为：

式中，t₁表示一个周期内的加速时间，t₂为匀速运动时间，t₃为减速时间，t₄为作动器停止运动时间。针对主动悬置而言，动力总成的激励为简谐力，所建立的主动悬置数学模型为线性模型，故作动器输出的是仍是频率相同的简谐力，其一个周期内速度的变化如图4所示。为了能够简单有效地确定作动器的输出力的均方根值，将主动悬置内作动器速度曲线简化成图4所示。由于在前半个周期内速度的变化与下半个周期相同，故只需选取前半个周期进行计算。进一步可得：

至此，选为作动器的音圈电机的主要参数选取完毕，将确定的参数与生产产家的型号进行匹配，即可选取满意的主动悬置作动器。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于主动悬置的音圈电机选取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据动力总成的振动特性，确定主动悬置被动部分的结构参数；

S2：根据主动悬置被动部分的结构参数，计算作动器位移与动力总成激励位移之间的传递函数关系，并在传递函数幅频曲线中找出作动器固有频率处的振幅比，结合动力总成激励位移的幅值，获取作动器的最小行程；

S3：根据主动悬置被动部分的结构参数，获取作动器电流与动力总成激励位移之间的传递函数关系；

S4：由步骤S3获取的电流与动力总成激励位移之间的传递函数关系，获取作动器最大电流，进而获取峰值力；

S5：获取主动悬置的摩擦力、弹性力和运动质量的惯性力，结合步骤S4得到的峰值力，计算输出力的均方根；

S6：以步骤S2获取的作动器的最小行程及步骤S5计算的输出力的均方根为参数依据，选取与之相匹配的音圈电机。

2.根据权利要求1所述的一种用于主动悬置的音圈电机选取方法，其特征在于，所述的步骤S1中，主动悬置被动部分的结构参数包括主簧等效膨胀面积、主簧等效膨胀刚度、上腔膨胀面积的位移、主簧的等效活塞面积、解耦膜面积、惯性通道的横截面积、惯性通道等效长度和惯性通道内液体的质量阻尼。

3.根据权利要求2所述的一种用于主动悬置的音圈电机选取方法，其特征在于，所述的步骤S2中，作动器位移X_A(s)与动力总成激励位移X_T(s)之间的传递函数关系为：

式中，A_B为主簧等效膨胀面积，C_B,Dyn为主簧等效膨胀刚度，A_T为主簧的等效活塞面积，A_K为惯性通道的横截面积，A_A为橡胶膜片面积，参数β_A＝m_As²+d_As+c_A，参数β_K＝m_Ks²+d_Ks，m_A为音圈作动器线圈处的质量，m_k为惯性通道内液体的质量，d_A为作动器内部阻尼，d_k为惯性通道内液体的质量阻尼。

4.根据权利要求3所述的一种用于主动悬置的音圈电机选取方法，其特征在于，所述的步骤S3中，作动器电流I(s)与动力总成激励位移X_T(s)之间的传递函数关系为：

式中，C_T,dyn为主簧等效刚度，c_A为作动器刚度，k_M为音圈作动器常数。

5.根据权利要求4所述的一种用于主动悬置的音圈电机选取方法，其特征在于，所述的步骤S4中，峰值力F_p与作动器最大电流I_max的关系为：

F_p＝k_m×I_max

式中，k_m为拟定的电机常数。

6.根据权利要求5所述的一种用于主动悬置的音圈电机选取方法，其特征在于，所述的步骤S5中，输出力的均方根F_RMS的计算公式为：

式中，F_L为弹性力，F_F为摩擦力，F_m为运动质量的惯性力。