CN110722948B - 一种车辆多模式油气混合悬架作动器及故障切换控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车辆悬架作动器技术领域，具体涉及一种车辆多模式油气混合悬架作动器及其故障切换控制方法。一种车辆多模式油气混合悬架作动器，包括作动器本体和控制单元，其特征在于：所述作动器本体包括电磁阀减振器、直线电机单元及油气悬架单元，所述直线电机单元设置在电磁阀减振器上部，所述油气悬架单元设置在电磁阀减振器下部。其方法包括步骤：一、数据采集与同步传输；二、计算车辆悬架LQG控制下的理想阻尼力；三、车辆悬架作动器多模式工作切换；四、多模式油气混合悬架故障切换策略判断与实施。本发明进一步提高了车辆的操稳性和平顺性，以及在单一动作器发生故障时，可以利用剩余健康部件继续工作。

Description

一种车辆多模式油气混合悬架作动器及故障切换控制方法
技术领域
本发明属于车辆悬架作动器技术领域，具体涉及一种车辆多模式油气混合悬架作动器及故障切换控制方法。
背景技术
目前，车辆在行驶的过程中，由于路面的不平度的激励使得车辆产生振动。汽车大多通过被动悬架、主动悬架及混合式悬架实现衰减振动和承载车身的功能。但是，被动悬架的性能参数(刚度、阻尼)不能够根据车辆行驶过程中的实际工况进行实时调节，主动悬架存在高耗能的缺点，使得两者的发展前景都受到很大的限制。混合式悬架可以较好的综合被动悬架以及主动悬架两者的优缺点，在给悬架提供一定范围的阻尼力的同时还能够进行能量回收。但是由于混合式悬架只能改变悬架的刚度或阻尼中的一个参数，使得混合式悬架在实时调节时存在弊端，不能够适应全部路面及车辆行驶工况，在一定程度上限制了车辆操稳性和平顺性的进一步提高。
此外混合式悬架在其主动工作时，主动悬架一般采用单一作动器，但是单一作动器如果发生故障失效，将彻底无法保障汽车的乘坐舒适性,且目前各种混合式悬架动作器很少考虑单一部件故障后剩余健康部件如何工作来保证整体悬架系统工作稳定性。
发明内容
为了进一步提高车辆的操稳性和平顺性，以及在考虑到单一动作器发生故障时，如何利用剩余健康部件继续工作的问题，本发明提供一种车辆多模式油气混合悬架作动器及故障切换控制方法，通过此种方式可以的安全、有效的解决上述问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种车辆多模式油气混合悬架作动器，包括作动器本体和控制单元，其特征在于：所述作动器本体包括电磁阀减振器、直线电机单元及油气悬架单元，所述直线电机单元设置在电磁阀减振器上部，所述油气悬架单元设置在电磁阀减振器内下部。
所述电磁阀减振器包括活塞杆、导向座及工作缸，所述活塞杆下部设置在工作缸内，所述活塞杆的上部伸出工作缸顶部且伸出的一段为直线电机单元的电机轴，所述活塞杆下端设有活塞，所述活塞上设有伸张阀与流通阀，所述工作缸内上部且位于直线电机单元的下部设置有导向座，所述导向座为圆筒空心状结构，所述工作缸内紧贴导向座的下部设置有垫圈和密封垫圈，所述导向座内与活塞杆之间设置有密封圈，所述工作缸内部由内缸与电磁阀组成，所述内缸底部设有压缩阀与补偿阀，所述工作缸与内缸之间充满阻尼液，所述电磁阀通过调节管路与工作缸连接，所述调节管路与工作缸的上部通过上橡胶接头连接，所述调节管路与工作缸的下部通过下橡胶接头与工作缸连接。
所述直线电机单元包括直线电机套筒、直线电机外壳、直线电机次级永磁体组件和直线电机初级绕组组件，所述直线电机初级绕组组件设置在所述直线电机次级永磁体组件的外部，所述直线电机外壳焊接在导向座的上部，所述活塞杆向上伸出直线电机外壳顶部外，所述直线电机次级永磁体组件包括多个直线电机次级永磁体和直线电机次级保护层，所述多个直线电机次级永磁体均匀排列在电机轴外部，所述多个直线电机次级永磁体的N极、S极间隔排列，所述多个直线电机次级保护层设置在多个直线电机次级永磁体的外部，所述直线电机初级绕组组件包括直线电机初级铁芯和直线电机初级绕组，所述直线电机初级铁芯设置在直线电机外壳内，所述直线电机初级绕组设置在直线电机初级铁芯内部且位于直线电机次级保护层外部，所述直线电机初级铁芯固定在导向座的上端。
所述油气悬架单元包括油气悬架储气室、可控阀门及调节气泵，所述储气室的上端通过弹性隔膜与工作缸分开，所述油气悬架储气室通过可控阀门与调节气泵连接。
所述控制单元包括作动器控制器和储能电路，所述作动器控制器为DSP数字信号处理器，所述作动器控制器的输入端接有非簧载质量速度传感器、簧载质量速度传感器路面不平位移传感器及气压传感器，所述作动器控制器的输出端接有第一可控恒流源电路、第二可控恒流源电路及可控阀门，所述直线电机初级绕组与第一可控恒流源电路连接，所述电磁阀与第二可控恒流源电路连接，所述储能电路为直线电机储能电路，包括依次连接的整流电路和蓄电池充电电路，所述整流电路为三相桥式整流电路，所述第一可控恒流源电路、第二可控恒流源电路均与车载蓄电池的输出端连接，所述直线电机初级绕组与整流电路连接。
一种车辆多模式油气混合悬架作动器的故障切换控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、数据采集与同步传输：作动器控制器对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；
步骤二：计算车辆悬架LQG控制下的理想阻尼力：所述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vs,i和非簧载质量速度vu,i对应的车辆悬架LQG控制下的理想阻尼力Fa,i，其中，q1为车辆悬架LQG控制的加速度系数且q1的取值为1～1010，q2为车辆悬架LQG控制的速度系数且q2的取值为1～1010，q3为车辆悬架LQG控制的位移系数且q3的取值为1～1010，ti为第i次采样的时间，i的取值为非0自然数；
步骤三、车辆悬架作动器多模式工作切换：
步骤A、油气悬架单元的初步刚度调节，作动器控制器对路面不平度位移传感器传来的路面不平度信息进行处理，当路面不平度在时间段t′内均大于预设的路面不平度阈值时，判断为车辆行驶在粗糙路面，此刻油气悬架单元通过控制器操作可控阀门使得调节气泵对外放；当路面不平度在时间段t′内均小于等于预设的路面不平度阈值时，判断为车辆行驶在平坦路面，此刻油气悬架单元通过控制器操作可控阀门使得调节气泵对内进气；
步骤B、基于上述油气悬架单元初步刚度调节，后根据传感器采集到的数据进行判断来确定直线电机单元与电磁阀减振器的工作模式，当v2(v2-v1)＞0时，簧载质量运动方向与悬架运动方向相同，混合悬架中电磁阀减振器进行工作半主动模式，同时直线电机单元馈能；当v2(v2-v1)＜0时，簧载质量运动方向与悬架运动方向相反，混合悬架中直线电机单元工作在主动模式，同时电磁阀通电，降低液压阻尼力来减少直线电机单元能耗；
步骤四、多模式油气混合悬架作动器故障切换控制方法：
步骤A、通过卡尔曼观测器对残差阈值进行故障检测判断，当多模式油气混合悬架作动器发生单一作动器部件故障后，悬架系统状态空间模型也发生相应的变化，故障前后状态空间模型表述如下：
未故障：X＝AX+Bu+Fw；故障后：式中δ为多模式油气混合悬架作动器故障增益，范围为(0,1]。
由未故障与故障后的状态空间模型可得到状态误差为：式中I为适维矩阵。
将上述状态误差表达式两侧同时积分得到状态残差r为：
当t→∞时，当多模式油气混合悬架作动器发生增益故障，其残差不再趋于零向量，便会产生波动，在此基础上设定残差阈值；当多模式油气混合悬架系统未发生增益故障时，残差为0；当多模式油气混合悬架系统发生增益故障时，卡尔曼观测器的估计状态量与实际故障状态量产生残差波动，残差值不在再0，超出阈值后，便认定故障发生；
步骤B、在卡尔曼观测器故障检测后进行切换规则重设与控制策略重构：当通过卡尔曼观测器检测到直线电机单元故障后，该故障状态下，切换规则重设为：当v2(v2-v1)＞0时，簧载质量运动方向与悬架运动方向相同，混合悬架中电磁阀减振器进行工作半主动模式，同时直线电机单元馈能；当v2(v2-v1)＜0时，直线电机单元不控制；当通过卡尔曼观测器检测到电磁阀减振器故障后，该故障状态下，切换规则重设为：当v2(v2-v1)＞0时与v2(v2-v1)＜0时，直线电机均实时工作在主动模式，电磁阀减振器不控制。
步骤二中所述LQG控制下的各个权重系数在故障前后取值不同，即进行了控制策略重构。在未故障的正常工作模式下：q1的取值为1.2×105，所述q2的取值为1.65×108，所述q3的取值为9.5×109；在故障发生后并要重新作出切换规则时各权重系数取值为：q1的取值为0.8×105，所述q2的取值为1.85×108，所述q3的取值为9.5×1010；所述作动器控制器控制第一可控恒流源电路为直线电机初级绕组中通入电流It1＝Fa,i/Kt1，其中，Kt1为直线电机的推力系数且其取值范围为50～150。
有益效果：通过以上方案，本发明可以有效解决现有技术中进一步提高车辆的操稳性和平顺性，以及当单一动作器发生故障时，利用剩余健康部件继续工作的问题。
附图说明
图1为本发明车辆多模式油气混合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他各单元的连接关系示意图。
图3为本发明车辆多模式油气混合悬架作动器的多模式协调切换控制方法。
图4为本发明车辆多模式油气混合悬架作动器的故障切换控制方法。
图中，1-上吊耳；2-直线电机套筒；3-直线电机次级保护层；4-直线电机次级永磁体；5-直线电机外壳；6-直线电机初级绕组；7-1-电机轴；7-2-活塞杆；8-直线电机初级铁芯；9-导向座；10-密封垫圈；11-1上橡胶接头；11-2下橡胶接头；12-调节管路；13-电磁阀；14-调节气泵；15-可控阀门；16-油气悬架储气室；17-下吊耳；18-下垫片；19-上垫片；20-螺母；21-螺杆；22-弹性隔膜；23-工作缸；24-压缩阀；25-补偿阀；26-伸张阀；27-活塞；28-流通阀；29-内缸；30-密封圈；31-垫圈；32-阻尼液；33-控制器；34-路面不平度传感器；35-簧载质量加速度传感器；36-非簧载质量加速度传感器；37-第一可控恒流源电路；38-第二可控恒流源电路；39-整流电路；40-蓄电池充电电路；41-车载蓄电池；
具体实施方式
一种车辆多模式油气混合悬架作动器，如图1，包括作动器本体和控制单元，其特征在于：所述作动器本体包括电磁阀减振器、直线电机单元及油气悬架单元，所述直线电机单元设置在电磁阀减振器上部，所述油气悬架单元设置在电磁阀减振器内下部。
所述电磁阀减振器包括活塞杆(7-2)、导向座及工作缸(23)，所述活塞杆(7-2)下部设置在工作缸(23)内，所述活塞杆(7-2)的上部伸出工作缸顶部且伸出的一段为直线电机单元的电机轴(7-1)，所述活塞杆(7-2)下端设有活塞(27)，所述活塞(27)上设有伸张阀(26)与流通阀(28)，所述工作缸(23)内上部且位于直线电机单元的下部设置有用于对活塞杆(7-2)的上下运动进行导向的导向座(9)，所述导向座(9)为圆筒空心状结构，所述工作缸(23)内紧贴导向座(9)的下部设置有垫圈(31)和密封垫圈(10)，所述导向座(9)内与活塞杆(7-2)之间设置有密封圈(30)，所述工作缸(23)内部由内缸(29)与电磁阀(13)组成，内缸(29)底部设有压缩阀(24)与补偿阀(25)，所述工作缸(23)与内缸(29)之间充满阻尼液(32)，所述电磁阀(13)通过调节管路(12)与工作缸连接，所述调节管路(12)与工作缸(23)的上部通过上橡胶接头(11-1)连接，所述调节管路(12)与工作缸(23)的下部通过下橡胶接头(11-2)与工作缸(23)连接。
所述直线电机单元包括直线电机套筒(2)、直线电机外壳(5)、直线电机次级永磁体组件和直线电机初级绕组组件，所述直线电机初级绕组组件设置在所述直线电机次级永磁体组件的外部，所述直线电机外壳(5)焊接在导向座(9)的上部，所述活塞杆(7-2)向上伸出直线电机外壳(5)顶部外，所述直线电机次级永磁体组件包括多个直线电机次级永磁体(4)和直线电机次级保护层(3)，所述多个直线电机次级永磁体均匀排列在电机轴(7-1)外部，所述多个直线电机次级永磁体(4)的N极、S极间隔排列，所述多个直线电机次级保护层(3)设置在多个直线电机次级永磁体(4)的外部，所述直线电机初级绕组组件包括直线电机初级铁芯(8)和直线电机初级绕组(6)，所述直线电机初级铁芯(8)设置在直线电机外壳(5)内，所述直线电机初级绕组(6)设置在直线电机初级铁芯(8)内部且位于直线电机次级保护层(3)外部，所述直线电机初级铁芯(8)固定在导向座(9)的上端。
所述油气悬架单元包括油气悬架储气室(16)、可控阀门(15)及调节气泵(14)，所述储气室(16)的上端通过弹性隔膜(22)与工作缸(23)分开，所述油气悬架储气室(16)通过可控阀门(15)与调节气泵(14)连接。
如图2所示，所述控制单元包括作动器控制器(33)和储能电路，所述作动器控制器(33)为DSP数字信号处理器，所述作动器控制器(33)的输入端接有非簧载质量速度传感器(36)、簧载质量速度传感器(35)路面不平位移传感器(34)及气压传感器(42)，所述作动器控制器(33)的输出端接有第一可控恒流源电路(37)、第二可控恒流源电路(38)及可控阀门(15)，所述直线电机初级绕组(6)与第一可控恒流源电路(37)连接，所述电磁阀(13)与第二可控恒流源电路(38)连接，所述储能电路为直线电机储能电路，包括依次连接的整流电路(39)和蓄电池充电电路(40)，所述整流电路(39)为三相桥式整流电路，所述第一可控恒流源电路(37)、第二可控恒流源电路(38)均与车载蓄电池(41)的输出端连接，所述直线电机初级绕组(6)与整流电路(39)连接。
一种车辆多模式油气混合悬架作动器的故障切换控制方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤一、数据采集与同步传输：簧载质量速度传感器(35)对簧载质量速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器(36)对非簧载质量速度进行实时检测；作动器控制器(33)对簧载质量速度传感器(35)检测到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度传感器(36)检测到的非簧载质量速度信号进行周期性采样；
步骤二：计算车辆悬架LQG控制下的理想阻尼力：所述作动器控制器(33)根据公式计算得到第i次采样得到的簧载质量速度vs,i和非簧载质量速度vu,i对应的车辆悬架LQG控制下的理想阻尼力Fa,i，其中，q1为车辆悬架LQG控制的加速度系数且q1的取值为1～1010，q2为车辆悬架LQG控制的速度系数且q2的取值为1～1010，q3为车辆悬架LQG控制的位移系数且q3的取值为9.5×109或者9.5×1010，ti为第i次采样的时间，i的取值为非0自然数；
步骤三、车辆悬架作动器多模式工作切换：
步骤A、所述作动器控制器(33)对路面不平度位移传感器(34)传来的路面不平度信息进行处理，当路面不平度在时间段t′内均小于等于预设的路面不平度阈值时，判断为车辆行驶在平坦路面，当路面不平度在时间段t′内均大于预设的路面不平度阈值时，判断为车辆行驶在粗糙路面；
根据路面粗糙情况先进行油气悬架单元的刚度调节，当汽车行驶在粗糙路面时，需要混合悬架系统刚度较“软”，此刻油气悬架单元通过作动器控制器(33)操作可控阀门(15)使得调节气泵(14)对外放气，通过气压传感器(42)检测到设定基值气压时，关闭可控阀门(15)，通过降低油气悬架储气室(16)内的气压来降低油气悬架刚度，提高对不平路面的适应能力；
当汽车行驶在平坦路面时，需要混合悬架系统刚度较“硬”，此刻油气悬架单元通过作动器控制器(33)操作可控阀门(15)使得调节气泵(14)对内进气，通过气压传感器(42)检测到设定稳定气压时，关闭可控阀门(15)，通过提高油气悬架气室内的气压来提高油气悬架刚度，提高对不平路面的适应能力。
步骤B、基于上述油气悬架初步刚度调节，后根据传感器采集到的数据进行判断来确定直线电机单元与电磁阀减振器的工作模式。
当vs,i(vs,i-vu,i)＞0时，簧载质量运动方向与悬架运动方向相同，混合悬架中电磁阀减振器进行工作半主动模式，同时直线电机单元馈能；当vs,i(vs,i-vu,i)＜0时，簧载质量运动方向与悬架运动方向相反，混合悬架中直线电机单元工作在主动模式，同时电磁阀(13)通电，降低液压阻尼力来减少直线电机单元能耗。
多模式油气混合悬架处于半主动模式时，所述直线电机单元馈能，上吊耳(1)上下运动过程中，带动活塞杆(7-2)上下运动，直线电机次级永磁体(4)切割直线电机初级绕组(6)，产生感应电动势，产生的感应电动势通过整流电路(39)和蓄电池充电电路(40)向车载蓄电池(41)充电；同时所述第二可控恒流源电路(38)为所述电磁阀减振器的电磁阀(13)供电。
多模式油气混合悬架处于主动模式时，所述直线电机单元由第一可控恒流源(37)供电，直线电机单元产生主动力进行减振，所述作动器控制器(33)控制第一可控恒流源电路(37)为直线电机初级绕组(6)中通入电流，电流产生磁场与上直线电机次级永磁体(4)互相感应，产生径向的电磁推力，带动活塞杆(7-2)运动，从而产生主动力进行减振；同时所述第二可控恒流源电路(38)为所述电磁阀减振器的电磁阀(13)供电，减少液压阻尼力，降低直线电机单元能耗。
步骤四、多模式油气混合悬架作动器故障切换控制方法，如图4所示，：考虑该多模式油气混合悬架作动器各部件在模式切换工作中易发生直线电机单元故障和电磁阀减振器故障两种作动器故障形式。其中多模式油气混合悬架作动器单一部件故障后要保证整体混合悬架作动器的工作稳定性，即进行故障后重新切换，保证整体的混合悬架的工作稳定性。
步骤A、设计了卡尔曼观测器通过残差阈值进行故障检测判断，其中所述卡尔曼观测器是一种时间滤波方法，其状态估计过程表述如下。
(1)首先建立包含被估计状态的车辆动力学数学模型：
X(k|k-1)＝AX(k-1|k-1)+Bu(k-1)+Fw(k)；
Y(k)＝CX(k)+Dw(k)；
式中：X(k)与X(k-1)分别为k时刻和k-1时刻的状态矢量，A、B、D、F为状态系统的适维矩阵，Y(k)为k时刻的观测矢量，C为观测矩阵，w(k)为k时刻系统噪声，是均值为0的高斯白噪声，u(k-1)为k-1时刻的控制输入。
(2)卡尔曼观测器滤波时间更新过程
状态预测方程为：
误差协方差预测为：P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)AT+Q(k)；
滤波器初始条件为:P(0|0)＝P0,Q(0)＝Q0，式中，Q(k)为系统噪声的协方差；P(k|k-1)为先验状态估计的协方差的传播形式，即先验状态估计下的协方差的时间更新表达式。
(3)卡尔曼观测器滤波测量更新过程
增益方程为：kg(k)＝P(k|k-1)CT/[CP(k|k-1)CTR+R]；
滤波方程为：X(k|k)＝X(k-1|k-1)+kg(k)[y(k)-CX(k|k-1)]；
后验状态估计下的误差协方差一步更新表达式为:P(k|k)＝[I-kg(k)C]P(k|k-1)；式中，I为适维单位矩阵；kg即为所求的卡尔曼滤波增益矩阵，R为测量噪声的协方差矩阵。
(4)考虑故障下的残差生成与故障检测
当多模式油气混合悬架作动器发生单一作动器部件故障后，悬架系统状态空间模型也发生相应的变化，以增益故障为例，故障前后状态空间模型表述如下：
未故障：X＝AX+Bu+Fw；故障后：
式中δ为多模式油气混合悬架作动器故障增益，范围为(0,1]。
由未故障与故障后的状态空间模型可得到状态误差为：
式中I为适维矩阵。
将上述状态误差表达式两侧同时积分得到状态残差r为：
由上式可知，当t→∞时，由于多模式油气混合悬架作动器发生增益故障，其残差不再趋于零向量，便会产生波动，在此基础上设定残差阈值；当多模式油气混合悬架系统未发生增益故障时，残差为0；当多模式油气混合悬架系统发生增益故障时，卡尔曼观测器的估计状态量与实际故障状态量产生残差波动，残差值不在再0，超出阈值后，便认定故障发生。
步骤B、在卡尔曼观测器故障检测后进行切换规则重设与控制策略重构
(1)当通过卡尔曼观测器残差阈值做出判断，检测到直线电机单元故障后，则表明直线电机单元故障对该混合悬架带来影响，需做出切换规则重设与控制策略重构。该故障状态下，切换规则重设为：当vs,i(vs,i-vu,i)＞0时，簧载质量运动方向与悬架运动方向相同，混合悬架中电磁阀减振器进行工作半主动模式，同时直线电机单元馈能；当vs,i(vs,i-vu,i)＜0时，直线电机单元不控制，既不参与主动控制也不参与馈能，因其故障无法进行主动减振，且避免对悬架运动造成安全性危险。
(2)当通过卡尔曼观测器残差开关做出判断，检测到电磁阀减振器故障后，则表明电磁阀减振器故障影响了该混合悬架的半主动控制，为防止对整体安全性带来影响，该故障状态下，需做出切换规则重设为：当vs,i(vs,i-vu,i)＞0时与vs,i(vs,i-vu,i)＜0时，直线电机均实时工作在主动模式，电磁阀减振器不控制，即电磁阀减振器充当普通阻尼减振器，第二可控恒流源电路(38)不对电磁阀(13)通电。
步骤二中所述LQG控制下的各个权重系数在故障前后取值不同，即进行了控制策略重构。在未故障的正常工作模式下：q1的取值为1.2×105，所述q2的取值为1.65×108，所述q3的取值为9.5×109；在故障发生后并要重新作出切换规则时各权重系数取值为：q1的取值为0.8×105，所述q2的取值为1.85×108，所述q3的取值为9.5×1010；即在故障发生后控制策略侧重改善汽车操纵稳定性，防止作动器故障带来对该多模式油气混合悬架整体的安全威胁。
所述作动器控制器(33)控制第一可控恒流源电路(37)为直线电机初级绕组(6)中通入电流It1＝Fa,i/Kt1，其中，Kt1为直线电机的推力系数且其取值范围为50～150。

Claims (3)

1.一种车辆多模式油气混合悬架作动器，包括作动器本体和控制单元，其特征在于：所述作动器本体包括电磁阀减振器、直线电机单元及油气悬架单元，所述直线电机单元设置在电磁阀减振器上部，所述油气悬架单元设置在电磁阀减振器下部；所述电磁阀减振器包括活塞杆(7-2)、导向座(9)及工作缸(23)，所述活塞杆(7-2)下部设置在工作缸(23)内，所述活塞杆(7-2)的上部伸出工作缸顶部且伸出的一段为直线电机单元的电机轴(7-1)，所述活塞杆(7-2)下端设有活塞(27)，所述活塞(27)上设有伸张阀(26)与流通阀(28)，所述导向座(9)设置在所述工作缸(23)及直线电机单元之间，所述导向座(9)为圆筒空心状结构，所述工作缸(23)内紧贴导向座(9)的下部设置有垫圈(31)和密封垫圈(10)，所述导向座(9)内与活塞杆(7-2)之间设置有密封圈(30)，所述工作缸(23)内部设置有内缸(29)与电磁阀(13)，所述内缸(29)底部设有压缩阀(24)与补偿阀(25)，所述工作缸(23)与内缸(29)之间充满阻尼液(32)，所述电磁阀(13)通过调节管路(12)与工作缸(23)连接，所述调节管路(12)与工作缸(23)的上部通过上橡胶接头(11-1)连接，所述调节管路(12)与工作缸(23)的下部通过下橡胶接头(11-2)连接；所述直线电机单元包括直线电机套筒(2)、直线电机外壳(5)、直线电机次级永磁体组件和直线电机初级绕组组件，所述直线电机初级绕组组件设置在所述直线电机次级永磁体组件的外部，所述直线电机外壳(5)焊接在导向座(9)的上部，所述活塞杆(7-2)向上伸出直线电机外壳(5)顶部外，所述直线电机次级永磁体组件包括多个直线电机次级永磁体(4)和直线电机次级保护层(3)，所述多个直线电机次级永磁体均匀排列在电机轴(7-1)外部，所述多个直线电机次级永磁体(4)的N极、S极间隔排列，所述多个直线电机次级保护层(3)设置在多个直线电机次级永磁体(4)的外部，所述直线电机初级绕组组件包括直线电机初级铁芯(8)和直线电机初级绕组(6)，所述直线电机初级铁芯(8)设置在直线电机外壳(5)内，所述直线电机初级绕组(6)设置在直线电机初级铁芯(8)内部且位于直线电机次级保护层(3)外部，所述直线电机初级铁芯(8)固定在导向座(9)的上端；所述油气悬架单元包括油气悬架储气室(16)、可控阀门(15)及调节气泵(14)，所述储气室(16)的上端通过弹性隔膜(22)与工作缸(23)分开，所述油气悬架储气室(16)通过可控阀门(15)与调节气泵(14)连接；所述控制单元包括作动器控制器(33)和储能电路，所述作动器控制器(33)为DSP数字信号处理器，所述作动器控制器(33)的输入端接有非簧载质量速度传感器(36)、簧载质量速度传感器(35)、路面不平度位移传感器(34)及气压传感器(42)，所述作动器控制器(33)的输出端接有第一可控恒流源电路(37)、第二可控恒流源电路(38)及可控阀门(15)，所述直线电机初级绕组(6)与第一可控恒流源电路(37)连接，所述电磁阀(13)与第二可控恒流源电路(38)连接，所述储能电路为直线电机储能电路，包括依次连接的整流电路(39)和蓄电池充电电路(40)，所述整流电路(39)为三相桥式整流电路，所述第一可控恒流源电路(37)、第二可控恒流源电路(38)均与车载蓄电池(41)的输出端连接，所述直线电机初级绕组(6)与整流电路(39)连接；
所述车辆多模式油气混合悬架作动器的故障切换控制方法包括以下步骤：
步骤一、数据采集与同步传输：作动器控制器(33)对簧载质量速度传感器(35)检测到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度传感器(36)检测到的非簧载质量速度信号进行周期性采样；
步骤二：计算车辆悬架LQG控制下的理想阻尼力：所述作动器控制器(33)根据公式计算得到第i次采样得到的簧载质量速度vs,i和非簧载质量速度vu,i对应的车辆悬架LQG控制下的理想阻尼力Fa,i，其中，q1为车辆悬架LQG控制的加速度系数且q1的取值为1～1010，q2为车辆悬架LQG控制的速度系数且q2的取值为1～1010，q3为车辆悬架LQG控制的位移系数且q3的取值为9.5×109或者9.5×1010，ti为第i次采样的时间，i的取值为非0自然数；
步骤三、车辆多模式油气混合悬架作动器多模式工作切换：
步骤A、油气悬架单元的初步刚度调节，作动器控制器(33)对路面不平度位移传感器(34)传来的路面不平度信息进行处理，当路面不平度在时间段t′内均大于预设的路面不平度阈值时，判断为车辆行驶在粗糙路面，此刻油气悬架单元通过作动器控制器(33)操作可控阀门(15)使得调节气泵(14)对外放气；当路面不平度在时间段t′内均小于等于预设的路面不平度阈值时，判断为车辆行驶在平坦路面，此刻油气悬架单元通过作动器控制器(33)操作可控阀门(15)使得调节气泵(14)对内进气；
步骤B、基于上述油气悬架单元初步刚度调节，后根据传感器采集到的数据进行判断来确定直线电机单元与电磁阀减振器的工作模式，当vs,i(vs,i-vu,i)＞0时，簧载质量运动方向与悬架运动方向相同，混合悬架中电磁阀减振器进行工作半主动模式，同时直线电机单元馈能；当vs,i(vs,i-vu,i)＜0时，簧载质量运动方向与悬架运动方向相反，混合悬架中直线电机单元工作在主动模式，同时电磁阀(13)通电，降低液压阻尼力来减少直线电机单元能耗；
步骤四、多模式油气混合悬架作动器故障切换控制方法：
步骤A、通过卡尔曼观测器对残差阈值进行故障检测判断，当多模式油气混合悬架作动器发生单一作动器部件故障后，悬架系统状态空间模型也发生相应的变化，故障前后状态空间模型表述如下：
未故障：X＝AX+Bu+Fw；故障后：式中δ为多模式油气混合悬架作动器故障增益，范围为(0,1]；
由未故障与故障后的状态空间模型可得到状态误差为：式中I为适维矩阵；
将上述状态误差表达式两侧同时积分得到状态残差r为：
当t→∞时，当多模式油气混合悬架作动器发生增益故障，其残差不再趋于零向量，便会产生波动，在此基础上设定残差阈值；当多模式油气混合悬架系统未发生增益故障时，残差为0；当多模式油气混合悬架系统发生增益故障时，卡尔曼观测器的估计状态量与实际故障状态量产生残差波动，残差值不再为0，超出阈值后，便认定故障发生；
步骤B、在卡尔曼观测器故障检测后进行切换规则重设与控制策略重构
(1)当通过卡尔曼观测器检测到直线电机单元故障后，该故障状态下，切换规则重设为：当vs,i(vs,i-vu,i)＞0时，簧载质量运动方向与悬架运动方向相同，混合悬架中电磁阀减振器进行工作半主动模式，同时直线电机单元馈能；当vs,i(vs,i-vu,i)＜0时，直线电机单元不控制；
(2)当通过卡尔曼观测器检测到电磁阀减振器故障后，该故障状态下，切换规则重设为：当vs,i(vs,i-vu,i)＞0时与vs,i(vs,i-vu,i)＜0时，直线电机均实时工作在主动模式，电磁阀减振器不控制。
2.一种如权利要求1所述车辆多模式油气混合悬架作动器的故障切换控制方法。
3.按照权利要求2所述的方法，步骤二中所述LQG控制下的各个权重系数在故障前后取值不同，即进行了控制策略重构；在未故障的正常工作模式下：q1的取值为1.2×105，所述q2的取值为1.65×108，所述q3的取值为9.5×109；在故障发生后并要重新作出切换规则时各权重系数取值为：q1的取值为0.8×105，所述q2的取值为1.85×108，所述q3的取值为9.5×1010；所述作动器控制器(33)控制第一可控恒流源电路(37)为直线电机初级绕组(6)中通入电流It1＝Fa,i/Kt1，其中，Kt1为直线电机的推力系数且其取值范围为50～150。
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