CN110758041A - 一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110758041A
CN110758041A CN201910973348.1A CN201910973348A CN110758041A CN 110758041 A CN110758041 A CN 110758041A CN 201910973348 A CN201910973348 A CN 201910973348A CN 110758041 A CN110758041 A CN 110758041A
Authority
CN
China
Prior art keywords
actuator
vehicle
road surface
module
displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910973348.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110758041B (zh
Inventor
梁津
李旭林
王印
马相飞
任全
孟令建
赵鹏飞
王俊娇
王星斌
曹洲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Automobile Group Co Ltd
Original Assignee
Shaanxi Automobile Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi Automobile Group Co Ltd filed Critical Shaanxi Automobile Group Co Ltd
Priority to CN201910973348.1A priority Critical patent/CN110758041B/zh
Publication of CN110758041A publication Critical patent/CN110758041A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110758041B publication Critical patent/CN110758041B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/018—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/019—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the type of sensor or the arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/02—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means
    • B60G17/04—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics
    • B60G17/052—Pneumatic spring characteristics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，包括主动控制系统和能量回收系统，主动控制系统包括作动器、车速传感器、路面不平度传感器、非簧载质量位移传感器、簧载质量位移传感器、作动器速度传感器、路面不平度探测器，能量回收系统包括驱动模块、整流滤波模块、升压模块、第一MOS开关模块、第二MOS开关模块、能量存储模块、OCV检测模块、控制模块和控制电路供电模块。本发明应用于重型商用车，集成了空气弹簧、螺旋弹簧与直线电机，可有效减小悬架系统刚度，减小悬架系统偏频，并可以进行主动控制，根据行使工况调整悬架系统阻尼，提高平顺性与操纵稳定性。另外，可进行振动能量回收，实现系统自供能，不需要消耗外部能量。

Description

一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于重型商用汽车悬架系统技术领域，具体涉及一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法。
背景技术
车辆在行驶中，受路面不平度影响的影响，车辆簧载质量与非簧载质量会产生相对位移，引起车辆振动。而悬架系统是汽车底盘中起减振作用的重要部件，其位置在车架与车桥之间，其作用是缓冲与衰减由路面不平度引起的冲击和振动，并传递作用在车轮和车桥之间的各种力和力矩，影响车辆平顺性与操纵稳定性。目前重型商用车的动力性能等越来越好，而市场对重型商用车的运输时效性也提出了更高的要求，因此当满载质量很大的重型商用车在较高车速下受到路面不平度激励时，车辆将受到强烈的冲击，并产生剧烈振动，这种情况是非常不利于货物完好性、车辆平顺性和操纵稳定性的。而目前重型商用车普遍采用传统的被动悬架，在设计时确定其刚度和阻尼等参数后，车辆行驶在不同路面条件下这些参数都是固定不变的，因此传统的被动悬架减振效果受到了很大的限制。而主动悬架可以产生可控的主动力，使得车辆行驶在不同路面条件下，都可以获得不同的最优主动力，提升平顺性与操纵稳定性。但是主动悬架的能耗问题一直是制约其市场推广的主要因素之一，而本发明所提出的一种集成式自供能主动悬架作动器具有自供能功能，不需要消耗外界能源。例如申请号为201410650452.4的中国公开专利“机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器”中所涉及的一种滚珠丝杠式减振器，其主要是通过机械结构来减缓路面的瞬时冲击，但是一经加工制造，其各种参数就已经确定，无法根据不同路况和不同车型调节参数，存在一定局限性。公开号为CN 102261417B的中国发明专利“容积连续变化的恒定内压空气弹簧附加气室及工作方法”，公开了一种容积连续变化的恒定内压空气弹簧附加气室及工作方法，将空气弹簧用隔板分为3个气室，并采用一个直线电机来控制隔板移动，使得空气弹簧的气室缸体三个腔室的体积发生变化，从而控制悬架系统的刚度，但是该方法只能控制悬架系统刚度，且并未解决能耗问题。
因此，现如今，还未出现一种针对满载质量较大的重型商用车的空气弹簧、螺旋弹簧与直线电机集成式的主动悬架作动器，可以根据重型商用车的不同行驶条件，处于主动控制模式进行振动控制或能量回收模式进行振动能量回收，并且不需要消耗外界能量，具有自供能功能。
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，提出了一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法。应用于重型商用车，集成了空气弹簧、螺旋弹簧与直线电机，可有效减小悬架系统刚度，减小悬架系统偏频，并可以进行主动控制，根据行使工况调整悬架系统阻尼，提高平顺性与操纵稳定性。另外，可进行振动能量回收，实现系统自供能，不需要消耗外部能量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，包括作动器，所述作动器包括作动器安装支架，所述作动器安装支架上设有第一作动器安装孔，所述作动器安装支架固定在作动器外壳体的顶端，所述作动器外壳体内的顶部固定连接限位块固定座，所述限位块固定座上安装有用于限制作动器最大压缩量的橡胶限位块，所述橡胶限位块的外围设有安装在作动器外壳体上的空气弹簧囊皮，所述空气弹簧囊皮下端与空气弹簧活塞过盈配合连接，所述空气弹簧活塞内部安装限位缓冲座支架，所述限位缓冲座支架的底部与空气弹簧活塞的底部固定连接，所述限位缓冲座支架的顶部固定连接限位缓冲座，所述限位缓冲座位于空气弹簧活塞的外部、空气弹簧囊皮的内部，所述限位缓冲座支架的顶部设有限位缓冲座支架内腔通气孔，所述空气弹簧活塞底部与螺旋弹簧连接，所述螺旋弹簧下部与作动器外壳体相连，所述空气弹簧活塞下部安装有第一永磁体固定座，所述空气弹簧活塞的底部设有空气弹簧附加腔通气孔，所述第一永磁体固定座底部与次级铁芯连接，所述次级铁芯外侧安装有S极永磁体阵列与N极永磁体阵列，所述作动器外壳体与S极永磁体阵列、N极永磁体阵列之间安装有初级铁芯，所述初级铁芯内部缠绕有绕组线圈，所述次级铁芯下部安装有第二永磁体固定座，所述第一永磁体固定座与第二永磁体固定座均与S极永磁体阵列、N极永磁体阵列相连，所述次级铁芯下部设有第二作动器安装孔，所述作动器外壳体顶部设有气体压力传感器与通气口。
优选的，所述作动器控制系统还包括主动控制系统和能量回收系统，主动控制系统包括车速传感器、路面不平度探测器、非簧载质量位移传感器、簧载质量位移传感器、作动器速度传感器、路面不平度位移传感器、车载计算机、控制模块；能量回收系统包括驱动模块、第一MOS开关模块、整流滤波模块、升压模块、第二MOS开关模块、OCV检测模块、控制电路供电模块、能量存储模块。
优选的，所述作动器安装支架通过第一作动器安装孔，采用螺栓连接的方式与整车车架相连；所述作动器外壳体的上平面与整车车架下平面贴合；所述次级铁芯通过第二作动器安装孔，采用螺栓连接的方式与整车车桥相连。
优选的，所述空气弹簧活塞、作动器外壳体、第一永磁体固定座、次级铁芯、第二永磁体固定座均为隔磁材料，初级铁芯为导磁材料。
优选的，所述空气弹簧囊皮内部为主气室，通过限位缓冲座支架内腔通气孔与限位缓冲座支架形成的中间气室相通，所述限位缓冲座支架形成的中间气室通过空气弹簧附加腔通气孔与次级铁芯形成的附加气室相通；所述空气弹簧活塞顶部与限位缓冲座存在间隙，空气弹簧囊皮内部的主气室与空气弹簧活塞内部的内气室相通。
优选的，所述绕组线圈为双层绕组，即在每个齿槽中有两束线圈,每相电压相应差120°，各相电压分布顺序为：C-、A+；A-、B+；B-、C+；C-、A+……其中A、B、C代表三相，+、-代表电流方向。
进一步的，所述控制模块负责接收传感器信号并进行电路控制；
所述车载计算机负责运算控制算法；
所述车速传感器负责周期性采集车速数据；
所述路面不平度探测器安装在车辆前部，负责探测前方一定距离道路的路面不平度；
所述非簧载质量位移传感器负责周期性采集非簧载质量位移量；
所述簧载质量位移传感器负责周期性采集簧载质量位移量；
所述作动器速度传感器负责周期性采集作动器运动速度；
所述路面不平度位移传感器负责周期性采集前轴所处地面的路面不平度信息；
所述气体压力传感器负责周期性采集作动器内部气体压力；
所述驱动模块负责根据控制信号控制并驱动电机；
所述第一MOS开关模块与第二MOS开关模块负责硬件电路中能量回收模式与主动控制模式的切换，当第一MOS开关模块接合而与第二MOS开关模块断开时，作动器处于主动控制模式；当第一MOS开关模块断开而第二MOS开关模块接合时，作动器处于能量回收模式；
所述整流滤波模块负责将能量存储模块储存的直流电压转换为电机需要的交流电压，或将电机产生的交流电压转换为能量存储模块可以存储的直流电压；
所述升压模块负责将作动器在能量回收模式中产生的电能进行升压，以便能量存储模块进行存储；
所述OCV检测模块负责检测能量存储模块的开路电压并将开路电压信号传输至控制模块；
所述控制电路供电模块负责为控制模块供应所需要的电能；
所述能量存储模块负责存储电能。
一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤Ⅰ、检测数据采集，具体过程为：当车轮受到路面不平度激励，产生垂向作用力时，所述次级铁芯下端通过第二作动器安装孔与车桥相连，作用力将会传递至作动器上，此时固定在次级铁芯上的S极永磁体阵列、N极永磁体阵列以及与次级铁芯固定连接的空气弹簧活塞，都将进行垂直振动；所述作动器安装支架与作动器外壳体固定连接，所述作动器安装支架通过第一作动器安装孔与车架固定连接，所述初级铁芯与作动器外壳体固定连接，且在初级铁芯中缠绕有绕组线圈，S极永磁体阵列、N极永磁体阵列将会与绕组线圈产生相对位移，导体切割磁感线产生电能，此时为能量回收状态；所述绕组线圈通电后，将产生行波磁场，并沿作动器轴向运动，所述次级铁芯与初级铁芯的运行速度不一样时产生滑移率，从而产生直线方向的电磁力，这个电磁力就是作动器的主动控制力，根据车辆行驶工况的不同，实时调节主动控制力，就可以保持作动器时刻处于最佳阻尼力状态；滑移率的表达式为
Figure BDA0002232833140000051
当滑移率处于0～1之间时，表示作动器处于正常工作状态；滑移率大于1时，表示次级铁芯的运动方向与行波磁场方向相反，此时作动器处于制动状态；滑移率小于0时，表示次级铁芯的运动速度大于行波磁场的速度，此时作动器处于能量回收状态；
所述车速传感器对车速进行实时检测，安装在车辆前部的路面不平度探测器探测前方一定距离道路的路面不平度，得到一定延时后的车辆前轮处路面输入位移x0f；路面不平度位移传感器对车辆前轮所路面不平度进行实时检测，得到一定延时后的车辆后轮处路面输入位移x0r；非簧载质量位移传感器对非簧载质量位移进行实时检测，簧载质量位移传感器对簧载质量位移进行实时检测，作动器速度传感器对悬架作动器的运动速度进行实时检测，所述控制模块分别获得周期性采样得到的车速V、车辆前轮非簧载质量位移zwf、车辆后轮非簧载质量位移zwr、车辆前轮簧载质量位移zbf、车辆后轮簧载质量位移zbr、安装在车辆前轮的作动器的运动速度uaf和安装在车辆后轮的作动器的运动速度uar,并传输给车载计算机；
步骤Ⅱ、建立系统状态方程，具体过程为：
步骤201、所述车载计算机建立二分之一车辆模型运动方程：
Figure BDA0002232833140000061
Figure BDA0002232833140000063
Figure BDA0002232833140000064
其中，为车辆前轮簧载质量垂向加速度、
Figure BDA0002232833140000066
为车辆后轮簧载质量垂向加速度、z为簧载质量位移、mb为簧载质量、Ib为车身转动惯量、θb为俯仰角、a为车辆前轴到质心的距离、b为车辆后轴到质心的距离、ksf为前主动悬架作动器的刚度、ksr为后主动悬架作动器的刚度、mwf为车辆前轮非簧载质量、mwr为车辆后轮的非簧载质量、
Figure BDA0002232833140000067
为车辆前轮非簧载质量垂向加速度、
Figure BDA0002232833140000068
为车辆后轮非簧载质量垂向加速度、ktf为车辆前轮的刚度、ktr为车辆后轮的刚度、x0f为前轮路面输入位移、x0r为后轮路面输入位移；
当俯仰角θb较小时，有
Figure BDA0002232833140000069
4自由度半车模型的运动方程表示为矩阵形式：
Figure BDA00022328331400000610
式中，质量矩阵[M]为：
[M]＝diag(mb，Ib，mwf，mwr)
阻尼矩阵[C]为：
Figure BDA0002232833140000071
刚度矩阵[K]为：
轮胎刚度矩阵[Kt]为：
路面输入向量x0为：
x0＝[x0f，x0r]T
系统输入向量x为：
x＝[z θb zwf zwr]T
步骤202、当悬挂质量分配系数ε的数值接近于1时，可将前后轴分别建立2自由度模型，此时取状态变量:
Figure BDA0002232833140000074
其中，zw为车辆非簧载质量位移，且zw的取值为zwf或zwr，zb为车辆簧载质量位移，且zb的取值为zbf或zbr；若路面速度输入为白噪声，则此时系统状态方程为：
Figure BDA0002232833140000075
其中，u为作动器主动力，且u的取值为前轮作动器主动力uf或后轮作动器主动力ur；A为与车辆模型的状态变量有关的常数矩阵且
Figure BDA0002232833140000081
Figure BDA0002232833140000082
B为与作动器(23)的运动速度变量有关的常数矩阵且
Figure BDA0002232833140000083
G为与车轮处路面输入位移变量有关的常数矩阵且
Figure BDA0002232833140000084
cs为车辆悬架的阻尼且cs的取值为前轮作动器阻尼csf或后轮作动器阻尼csr、mb为车身质量、ks为悬架刚度且ks的取值为前轮作动器刚度ksf或后轮作动器刚度ksr、kt为轮胎刚度且kt的取值为前轮轮胎刚度ktf或后轮轮胎刚度ktr、mw为车辆的非簧载质量且mw的取值为前轮非簧载质量mwf或后轮非簧载质量mwr；
步骤Ⅲ、集成式自供能主动悬架作动器控制系统工作模式切换规则，具体过程为：
步骤301、将集成式自供能主动悬架作动器控制系统能量回收模式定义为Me,将主动控制模式定义为Mc；
步骤302、设定动挠度阈值fdy与持续时间阈值ty，其中动挠度阈值fdy应小于具体车型常用较好路面条件下、常用较低车速下的悬架动挠度均方根值；当实际路面动挠度fd＜fdy时，表示车辆行驶在较好路面，当实际路面动挠度fd＞fdy时，表示车辆行驶在较差路面；持续时间阈值ty对集成式自供能主动悬架作动器控制系统的工作模式切换频率影响很大，若时间阈值ty过小，可能导致集成式自供能主动悬架作动器控制系统的工作模式频繁切换，若时间阈值ty过大，可能导致集成式自供能主动悬架作动器控制系统的工作模式切换反应迟钝，时间阈值ty的具体数值需根据实际车型以及常用的道路条件确定；
步骤303、OCV检测模块采集能量存储模块的开路电压，控制模块采用AH积分法进行SOC估算，在此设定能量存储模块的额定容量为Qe、实时剩余容量为Qc、初始状态容量为Q0、η为库伦效率，则在ts时刻的实时剩余容量为Qc状态，采用积分运算可表示为：
Figure BDA0002232833140000091
在此设定能量存储模块剩余电量分为3个等级，分别是缺少电量状态SOC1、正常电量状态SOC2、充足电量状态SOC3：
步骤304、集成式自供能主动悬架作动器控制系统的主要作用是保证车辆的平顺性与操纵稳定性，结合集成式自供能主动悬架作动器控制系统的自供能特性，因此当能量存储模块处于SOC2、SOC3状态或行驶路面条件较差、整车振动较大时，处于Mc主动控制模式；能量存储模块处于SOC1状态或行驶路面条件较好、整车振动较小时，处于Me能量回收模式；因此模式切换规则为：
Figure BDA0002232833140000093
步骤Ⅳ、进行集成式自供能主动悬架作动器控制系统前轴路面不平度预瞄最优控制，具体过程为：
步骤401、车载计算机定义在任一i时刻车速vi下，预瞄距离Li与车速vi的比值为第i个预瞄点的预瞄时间ti，用公式表示为：
Figure BDA0002232833140000101
其中，i的取值为1～n的自然数，n为路面不平度探测器的采样总次数；
步骤402、所述车载计算机将第i个预瞄点处的路面输入位移xi与车辆前轮处路面输入位移x0f的Laplace函数关系式表示为：
Figure BDA0002232833140000102
并将e-tis的Pade近似计算表示为：
Figure BDA0002232833140000103
再取二阶Pade近似计算，并在预瞄时间不为0时，将公式(F14)的分子、分母同时除以得到：
Figure BDA0002232833140000105
其中，ai0和ai1均为系数且
Figure BDA0002232833140000106
再将公式(F12)改写为：
[x0f(s)-zi(s)][ai0+ai1s+s2]＝-2ai1sxi(s) (F16)
步骤403、所述车载计算机定义x0f(s)-xi(s)＝yi(s)，b1＝-2ai1，对公式(F16)进行反拉氏变换得到：
再定义状态变量为：
ηi1＝yi-β0xt＝yt
Figure BDA0002232833140000108
β0＝0
β1＝b1-ai1β0＝b1
Figure BDA0002232833140000111
将第i个预瞄点的状态方程改写为：
Figure BDA0002232833140000112
其中，
得到n个预瞄点的状态方程为:
其中，
Figure BDA0002232833140000115
Figure BDA0002232833140000116
xp＝[x1 x2 … xn]T,
η＝[η11 η12 η21 η22 … ηn1 ηn2]T；
步骤404、所述车载计算机定义车轮处路面输入位移变量为：
x0f＝Dηη+Eηxp (F20)
其中，Dη和Eη均为常数矩阵且
Figure BDA0002232833140000117
Figure BDA0002232833140000118
Figure BDA0002232833140000119
λi为第i个预瞄点的加权系数且λ1+λ2+…+λn＝1，n为预瞄点的总数量；
步骤405、将公式(F20)代入公式(F8)得到系统状态方程为：
Figure BDA0002232833140000121
步骤406、所述车载计算机将q1f定义为代表乘坐舒适性的前轴簧载质量位移加权系数，将q2f定义为影响车身姿态且与结构设计和布置有关的前轴悬架动行程加权系数，将q3f定义为代表操纵稳定性的前轴轮胎动位移加权系数，并定义在T时刻内LQR控制器设计的性能指标为：
Figure BDA0002232833140000122
其中，zwf为前轴非簧载质量位移，zbf为前轴簧载质量位移，
Figure BDA0002232833140000123
为前轴簧载质量垂向加速度；
步骤407、所述车载计算机将系统状态方程(F8)带入公式(F22)中得到：
其中,状态变量增益矩阵
控制变量增益矩阵
Figure BDA0002232833140000126
变量关联性矩阵
Figure BDA0002232833140000127
步骤408、所述车载计算机输出最优控制反馈增益矩阵Kf,其中
Figure BDA0002232833140000128
Figure BDA0002232833140000129
Pcf满足Raccati方程
Figure BDA00022328331400001210
步骤409、所述车载计算机根据公式Uf＝-Kfxf求得前轴最优控制力Uf；
步骤410、直线电机电磁推力表达式为
Faf＝BδfLfIf (F24)
其中Bδf为动圈所在处的平均气隙磁密度，Lf为直线电机动圈绕组导体的总长度，If为通入前轴作动器的线圈电流；
使通入前轴作动器的线圈电流If，使得Faf＝Uf便可使前轴作动器输出前轴最优主动控制力；
步骤Ⅴ、集成式自供能主动悬架作动器控制系统后轴轴距预瞄最优优化控制，具体过程为：
步骤501、所述路面不平度位移传感器，采集车辆前轮受到的路面不平度冲击，此时前轮处的路面不平度输入位移x0f将在延时时间为
Figure BDA0002232833140000131
后等于后轮路面不平度输入位移x0r,其中V为车辆运行速度,L为车辆轴距，以此得到路面输入x0r，并得到后悬架系统的状态方程：
Figure BDA0002232833140000132
步骤502、令q1r、q2r、q3r为3个加权系数，分别控制代表乘坐舒适性的车身垂向位移，影响车身姿态且与结构设计和布置有关的悬架动行程，代表操作稳定性的轮胎动位移，因此在T时刻内LQR控制器设计的性能指标为：
Figure BDA0002232833140000133
将系统状态方程(F25)带入式(F26)中可得
Figure BDA0002232833140000134
其中,状态变量增益矩阵
Figure BDA0002232833140000141
控制变量增益矩阵
Figure BDA0002232833140000142
变量关联性矩阵
Figure BDA0002232833140000143
步骤503、使用自适应多遗忘因子递推最小二乘法对Qr、Rr、Nr进行优化，设定系数优化矩阵θ＝[Qr Rr Nr]T,设定协方差矩阵Pi＝106E，其中E为三阶单位矩阵，设定数据矩阵φ：
Figure BDA0002232833140000144
计算T时刻设定期望最优性能指标Jy，并计算估计误差ek：
Figure BDA0002232833140000146
计算可变遗忘因子的值：
其中l为步长，计算单个参数增益Ki，k：
Figure BDA0002232833140000148
式中i＝1，2…n，其中n为辨识参数个数，计算增益矩阵Lk:
Figure BDA0002232833140000149
进行参数估计：
Figure BDA0002232833140000151
更新协方差矩阵：
Figure BDA0002232833140000152
步骤504、重复步骤503，直到辨识结束，得到符合期望最优性能指标Jy的Qr、Rr、Nr，进而得到3个加权系数q1r、q2r、q3r；
步骤505、所述车载计算机输出最优控制反馈增益矩阵Kr,其中
Figure BDA0002232833140000153
Figure BDA0002232833140000154
Pcr满足Raccati方程
Figure BDA0002232833140000155
步骤506、所述车载计算机根据公式Ur＝-Krxr求得后轴最优控制力Ur；
步骤507、直线电机电磁推力表达式为
Far＝BδrLrIr (F35)
其中Bδr为动圈所在处的平均气隙磁密度，Lr为直线电机动圈绕组导体的总长度，Ir为通入前轴作动器的线圈电流；
使通入后轴作动器的线圈电流Ir，使得Far＝Ur便可使后轴作动器输出后轴最优主动控制力；
步骤Ⅵ、集成式自供能主动悬架作动器控制系统能量回收，具体过程为：当集成式自供能主动悬架作动器控制系统处于Me能量回收模式时，第一MOS开关模块断开，而第二MOS开关模块接合，此时车轮受到路面不平度激励，产生垂向作用力时，所述次级铁芯下端通过第二作动器安装孔与车桥相连，作用力将会传递至作动器上，此时固定在次级铁芯上的S极永磁体阵列、N极永磁体阵列以及与次级铁芯固定连接的空气弹簧活塞，都将进行垂直振动；所述作动器安装支架与作动器外壳体固定连接，所述作动器安装支架通过第一作动器安装孔与车架固定连接，所述初级铁芯与作动器外壳体固定连接，且在初级铁芯中缠绕有绕组线圈；S极永磁体阵列、N极永磁体阵列将会与绕组线圈产生相对位移，切割磁感线产生电能，由于路面不平度激励是变化的，作动器的运动速度也是变化的，导致绕组线圈切割磁感线的速度也是变化的，因此馈能电压也是变化的，所以需要经过整流滤波器模块处理，并经过升压模块将馈能电压升压到能量存储模块可以接收的电压范围内，完成振动能量回收。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的集成式自供能主动悬架作动器适用于满载质量较大的重型商用车，结构集成化程度高，承载能力强，自身刚度小，因此偏频小。
2、本发明的集成式自供能主动悬架作动器控制系统可以在能量回收模式进行振动能量回收，又可以在主动控制模式进行振动控制，可以控制悬架系统的刚度与阻尼两种重要参数，并且可以保持能量平衡，不需要消耗外界能量，实现系统自供能。
3、本发明提出一种新型的整车控制算法，对车辆前轴和后轴分别进行控制，首先针对车辆前轴进行路面不平度预瞄控制得到路面不平度
Figure BDA0002232833140000161
Figure BDA0002232833140000162
定义前轴q1f、q2f、q3f三个加权系数，并定义在T时刻内LQR控制器设计的性能指标
Figure BDA0002232833140000163
Figure BDA0002232833140000164
LQR控制器求得前轴增益矩阵Kf，根据公式Uf＝-Kfxf求得前轴最优控制力Uf，使通入前轴作动器的线圈电流If，使得前轴作动器主动力Faf＝Uf，使前轴作动器输出前轴最优主动控制力。通过采集前轮处的路面不平度输入位移x0f，并延时
Figure BDA0002232833140000165
后，得到后轮路面不平度输入位移x0r,并得到后悬架系统的状态方程：定义后轴q1r、q2r、q3r三个加权系数，并定义在T时刻内LQR控制器设计的性能指标
Figure BDA0002232833140000167
Figure BDA0002232833140000168
使用自适应多遗忘因子递推最小二乘法对状态变量增益矩阵Qr、Rr、Nr进行优化，设定系数优化矩阵θ＝[Qr Rr Nr]T,设定协方差矩阵Pi＝106E，设定数据矩阵φ等，设定期望最优性能指标Jy，并计算估计误差ek，进行参数估计：
Figure BDA0002232833140000169
更新协方差矩阵：
Figure BDA00022328331400001610
得到符合期望最优性能指标Jy的Qr、Rr、Nr，进而得到后轴最优的3个加权系数q1r、q2r、q3r，LQR控制器求得后轴增益矩阵Kr，根据公式Ur＝-Krxr求得后轴最优控制力Ur，使通入后轴作动器的线圈电流Ir，使得后轴作动器主动力Far＝Ur，使后轴作动器输出后轴最优主动控制力。
4、本发明提出作动器在满足能量平衡条件下可以实现自供能的模式切换规则，通过设定动挠度阈值fdy与持续时间阈值ty，并设定能量存储模块剩余电量分为缺少电量状态SOC1、正常电量状态SOC2、充足电量状态SOC3三个等级，综合判断，制定了模式切换规则。
5、本发明的集成式自供能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。
6、当作动器的控制器发生故障时，系统工作在被动模式，它与传统的普通悬架实现的功能相同，其阻尼力为直线电机能量回收模式的电磁阻力，刚度为空气悬架与螺旋弹簧的复合刚度。防止系统失效造成减振系统瘫痪而恶化车辆行驶平顺性和操作稳定性。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步详细描述。
图1为本发明一种集成式自供能主动悬架作动器的结构剖视图。
图2为本发明一种集成式自供能主动悬架作动器的平面结构图。
图3为本发明一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统框图。
图4为本发明一种集成式自供能主动悬架作动器绕组线圈的绕线分布图。
附图标记说明:
Figure BDA0002232833140000171
Figure BDA0002232833140000181
具体实施方式
如图1所示，一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，包括作动器23，所述作动器23包括作动器安装支架2，所述作动器安装支架2上设有第一作动器安装孔1，所述作动器安装支架2固定在作动器外壳体10的顶端，所述作动器外壳体10内的顶部固定连接限位块固定座4，所述限位块固定座4上安装有用于限制作动器23最大压缩量的橡胶限位块3，所述橡胶限位块3的外围设有安装在作动器外壳体10上的空气弹簧囊皮5，所述空气弹簧囊皮5下端与空气弹簧活塞9过盈配合连接，所述作动器外壳体10内的顶部设有环形的卷条，所述空气弹簧囊皮5的顶端安装在卷条形成的槽内，所述空气弹簧活塞9内部安装限位缓冲座支架8，所述限位缓冲座支架8的底部与空气弹簧活塞9的底部固定连接，所述限位缓冲座支架8的顶部固定连接限位缓冲座6，所述限位缓冲座6位于空气弹簧活塞9的外部、空气弹簧囊皮5的内部，所述限位缓冲座支架8的顶部设有限位缓冲座支架内腔通气孔7，所述空气弹簧活塞9底部与螺旋弹簧11连接，所述螺旋弹簧11下部与作动器外壳体10相连，所述空气弹簧活塞9下部安装有第一永磁体固定座12，所述空气弹簧活塞9的底部设有空气弹簧附加腔通气孔13，所述作动器23的下部为驱动电机的部分，包括次级铁芯14、初级铁芯17和绕组线圈18，所述第一永磁体固定座12底部与次级铁芯14连接，所述次级铁芯14外侧安装有S极永磁体阵列15与N极永磁体阵列16，所述作动器外壳体10与S极永磁体阵列15、N极永磁体阵列16之间安装有初级铁芯17，所述初级铁芯17内部缠绕有绕组线圈18，所述次级铁芯14下部安装有第二永磁体固定座19，所述第一永磁体固定座12与第二永磁体固定座19均与S极永磁体阵列15、N极永磁体阵列16相连，所述次级铁芯14下部设有第二作动器安装孔20，所述作动器外壳体10顶部设有气体压力传感器21与通气口22。
所述作动器安装支架2通过第一作动器安装孔1，采用螺栓连接的方式与整车车架相连；所述作动器外壳体10的上平面与整车车架下平面贴合；所述次级铁芯14通过第二作动器安装孔20，采用螺栓连接的方式与整车车桥相连。
所述空气弹簧活塞9、作动器外壳体10、第一永磁体固定座12、次级铁芯14、第二永磁体固定座19均为隔磁材料，初级铁芯17为导磁材料。
所述空气弹簧囊皮5内部为主气室，通过限位缓冲座支架内腔通气孔7与限位缓冲座支架8形成的中间气室相通，所述限位缓冲座支架8形成的中间气室通过空气弹簧附加腔通气孔13与次级铁芯14形成的附加气室相通；所述空气弹簧活塞9顶部与限位缓冲座6存在间隙，空气弹簧囊皮5内部的主气室与空气弹簧活塞9内部的内气室相通。所述空气弹簧囊皮5内部的主气室、限位缓冲座支架8形成的中间气室以及次级铁芯14形成的附加气室相通，由于附加气室作用面积较主气室小，所以在某一气体压力状态下，空气弹簧在同样的作用力下，集成式自供能主动悬架作动器23将产生更大的位移。因此该结构有利于减小悬架系统刚度，降低车辆偏频，提高车辆平顺性。
所述空气弹簧活塞9底部与螺旋弹簧11连接，所述螺旋弹簧11下部与作动器外壳体10连接，因此空气弹簧活塞9与螺旋弹簧11组成串联式的复合弹簧系统，相比采用单一的空气弹簧活塞9或螺旋弹簧11，所述复合弹簧系统刚度更低，因此该结构有利于减小悬架系统刚度，降低车辆偏频，提高车辆平顺性。
如图3所示，所述绕组线圈18为双层绕组，即在每个齿槽中有两束线圈,每相电压相应差120°，各相电压分布顺序为：C-、A+；A-、B+；B-、C+；C-、A+……其中A、B、C代表三相，+、-代表电流方向。
如图2所示，所述作动器控制系统还包括主动控制系统和能量回收系统，主动控制系统包括车速传感器29、路面不平度探测器30、非簧载质量位移传感器31、簧载质量位移传感器32、作动器速度传感器33、路面不平度位移传感器34、车载计算机35、控制模块36；能量回收系统包括驱动模块24、第一MOS开关模块25、整流滤波模块26、升压模块27、第二MOS开关模块28、OCV检测模块37、控制电路供电模块38、能量存储模块39。所述车速传感器29、路面不平度探测器30、非簧载质量位移传感器31、簧载质量位移传感器32、作动器速度传感器33、路面不平度位移传感器34分别与控制模块36连接，所述控制模块36与车载计算机35连接；所述作动器23与驱动模块24、整流滤波模块26、升压模块27、第二MOS开关模块28、能量存储模块39依次连接形成回路；所述OCV检测模块37的输入端和输出端分别连接能量存储模块39的输出端和控制模块36的输入端，所述控制模块36的输出端与第一MOS开关模块连接，所述第一MOS开关模块的输出端与驱动模块24和整流滤波模块26之间的电路连接；所述控制电路供电模块38并联连接在OCV检测模块37的输入端和第一MOS开关模块25与控制模块36连接的电路中。
所述控制模块36负责接收传感器信号并进行电路控制；所述车载计算机35负责运算控制算法；所述车速传感器29负责周期性采集车速数据；所述路面不平度探测器30安装在车辆前部，负责探测前方一定距离道路的路面不平度；所述非簧载质量位移传感器31负责周期性采集非簧载质量位移量；所述簧载质量位移传感器32负责周期性采集簧载质量位移量；所述作动器速度传感器33负责周期性采集作动器23运动速度；所述路面不平度位移传感器34负责周期性采集前轴所处地面的路面不平度信息；所述气体压力传感器21负责周期性采集作动器内部气体压力；所述驱动模块24负责根据控制信号控制并驱动电机；所述第一MOS开关模块25与第二MOS开关模块28负责硬件电路中能量回收模式与主动控制模式的切换，当第一MOS开关模块25接合而与第二MOS开关模块28断开时，作动器23处于主动控制模式；当第一MOS开关模块25断开而第二MOS开关模块28接合时，作动器23处于能量回收模式；所述整流滤波模块26负责将能量存储模块39储存的直流电压转换为电机需要的交流电压，或将电机产生的交流电压转换为能量存储模块39可以存储的直流电压；所述升压模块27负责将作动器23在能量回收模式中产生的电能进行升压，以便能量存储模块39进行存储；所述OCV检测模块37负责检测能量存储模块39的开路电压并将开路电压信号传输至控制模块36；所述控制电路供电模块38负责为控制模块36供应所需要的电能；所述能量存储模块39负责存储电能。
一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤Ⅰ、检测数据采集，具体过程为：当车轮受到路面不平度激励，产生垂向作用力时，次级铁芯14下端通过第二作动器安装孔20与车桥相连，作用力将会传递至作动器23上，此时固定在次级铁芯14上的S极永磁体阵列15、N极永磁体阵列16以及与次级铁芯14固定连接的空气弹簧活塞9，都将进行垂直振动；所述作动器安装支架2与作动器外壳体10固定连接，所述作动器安装支架2通过第一作动器安装孔1与车架固定连接，初级铁芯17与作动器外壳体10固定连接，且在初级铁芯17中缠绕有绕组线圈18，S极永磁体阵列15、N极永磁体阵列16将会与绕组线圈18产生相对位移，导体切割磁感线产生电能，此时为能量回收状态；所述绕组线圈18通电后，将产生行波磁场，并沿作动器23轴向运动，所述次级铁芯14与初级铁芯17的运行速度不一样时产生滑移率，从而产生直线方向的电磁力，这个电磁力就是作动器23的主动控制力，根据车辆行驶工况的不同，实时调节主动控制力，就可以保持作动器23时刻处于最佳阻尼力状态；滑移率的表达式为
Figure BDA0002232833140000211
当滑移率处于0～1之间时，表示作动器23处于正常工作状态；滑移率大于1时，表示次级铁芯14的运动方向与行波磁场方向相反，此时作动器23处于制动状态；滑移率小于0时，表示次级铁芯14的运动速度大于行波磁场的速度，此时作动器23处于能量回收状态；
以上两种情况下，车速传感器29对车速进行实时检测，安装在车辆前部的路面不平度探测器30探测前方一定距离道路的路面不平度，得到一定延时后的车辆前轮处路面输入位移x0f；路面不平度位移传感器34对车辆前轮所路面不平度进行实时检测，得到一定延时后的车辆后轮处路面输入位移x0r；非簧载质量位移传感器31对非簧载质量位移进行实时检测，簧载质量位移传感器32对簧载质量位移进行实时检测，作动器速度传感器33对悬架作动器的运动速度进行实时检测，所述控制模块36分别获得周期性采样得到的车速V、车辆前轮非簧载质量位移zwf、车辆后轮非簧载质量位移zwr、车辆前轮簧载质量位移zbf、车辆后轮簧载质量位移zbr、安装在车辆前轮的作动器23的运动速度uaf和安装在车辆后轮的作动器23的运动速度uar,并传输给车载计算机35；
步骤Ⅱ、建立系统状态方程，具体过程为：
步骤201、所述车载计算机35建立二分之一车辆模型运动方程，以车辆左侧部分为例：
Figure BDA0002232833140000221
Figure BDA0002232833140000222
Figure BDA0002232833140000223
Figure BDA0002232833140000224
其中，
Figure BDA0002232833140000225
为车辆前轮簧载质量垂向加速度、
Figure BDA0002232833140000226
为车辆后轮簧载质量垂向加速度、z为簧载质量位移、mb为簧载质量、Ib为车身转动惯量、θb为俯仰角、a为车辆前轴到质心的距离、b为车辆后轴到质心的距离、ksf为前主动悬架作动器23的刚度、ksr为后主动悬架作动器23的刚度、mwf为车辆前轮非簧载质量、mwr为车辆后轮的非簧载质量、
Figure BDA0002232833140000227
为车辆前轮非簧载质量垂向加速度、
Figure BDA0002232833140000228
为车辆后轮非簧载质量垂向加速度、ktf为车辆前轮的刚度、ktr为车辆后轮的刚度、x0f为前轮路面输入位移、x0r为后轮路面输入位移；
当俯仰角θb较小时，近似有
Figure BDA0002232833140000231
4自由度半车模型的运动方程表示为矩阵形式：
Figure BDA0002232833140000232
式中，质量矩阵[M]为：
[M]＝diag(mb，Ib，mwf，mwr)
阻尼矩阵[C]为：
刚度矩阵[K]为：
Figure BDA0002232833140000234
轮胎刚度矩阵[Kt]为：
Figure BDA0002232833140000235
路面输入向量x0为：
x0＝[x0f，x0r]T
系统输入向量x为：
x＝[z θb zwf zwr]T
步骤202、当悬挂质量分配系数ε的数值接近于1时，可将前后轴分别建立2自由度模型，此时取状态变量:
Figure BDA0002232833140000241
其中，zw为车辆非簧载质量位移，且zw的取值为zwf或zwr，zb为车辆簧载质量位移，且zb的取值为zbf或zbr；若路面速度输入为白噪声，则
Figure BDA0002232833140000242
此时系统状态方程为：
Figure BDA0002232833140000243
其中，u为作动器主动力，且u的取值为前轮作动器主动力uf或后轮作动器主动力ur；A为与车辆模型的状态变量有关的常数矩阵且
Figure BDA0002232833140000245
B为与作动器23的运动速度变量有关的常数矩阵且
Figure BDA0002232833140000246
G为与车轮处路面输入位移变量有关的常数矩阵且
Figure BDA0002232833140000247
Figure BDA0002232833140000248
cs为车辆悬架的阻尼且cs的取值为前轮作动器阻尼csf或后轮作动器阻尼csr、mb为车身质量、ks为悬架刚度且ks的取值为前轮作动器刚度ksf或后轮作动器刚度ksr、kt为轮胎刚度且kt的取值为前轮轮胎刚度ktf或后轮轮胎刚度ktr、mw为车辆的非簧载质量且mw的取值为前轮非簧载质量mwf或后轮非簧载质量mwr；
步骤Ⅲ、集成式自供能主动悬架作动器控制系统工作模式切换规则，具体过程为：
步骤301、将集成式自供能主动悬架作动器控制系统能量回收模式定义为Me,将主动控制模式定义为Mc；
步骤302、设定动挠度阈值fdy与持续时间阈值ty，其中动挠度阈值fdy应小于具体车型常用较好路面条件下、常用较低车速下的悬架动挠度均方根值；当实际路面动挠度fd＜fdy时，表示车辆行驶在较好路面，当实际路面动挠度fd＞fdy时，表示车辆行驶在较差路面；持续时间阈值ty对集成式自供能主动悬架作动器控制系统的工作模式切换频率影响很大，若时间阈值ty过小，可能导致集成式自供能主动悬架作动器控制系统的工作模式频繁切换，若时间阈值ty过大，可能导致集成式自供能主动悬架作动器控制系统的工作模式切换反应迟钝，时间阈值ty的具体数值需根据实际车型以及常用的道路条件确定；
步骤303、OCV检测模块37采集能量存储模块39的开路电压，控制模块36采用AH积分法进行SOC估算，在此设定能量存储模块39的额定容量为Qe、实时剩余容量为Qc、初始状态容量为Q0、η为库伦效率，则在ts时刻的实时剩余容量为Qc状态，采用积分运算可表示为：
Figure BDA0002232833140000251
在此设定能量存储模块39剩余电量分为3个等级，分别是缺少电量状态SOC1、正常电量状态SOC2、充足电量状态SOC3：
Figure BDA0002232833140000252
步骤304、集成式自供能主动悬架作动器控制系统的主要作用是保证车辆的平顺性与操纵稳定性，结合集成式自供能主动悬架作动器控制系统的自供能特性，因此当能量存储模块39处于SOC2、SOC3状态或行驶路面条件较差、整车振动较大时，处于Mc主动控制模式；能量存储模块39处于SOC1状态或行驶路面条件较好、整车振动较小时，处于Me能量回收模式；因此模式切换规则为：
步骤Ⅳ、进行集成式自供能主动悬架作动器控制系统前轴路面不平度预瞄最优控制，具体过程为：
步骤401、车载计算机35定义在任一i时刻车速vi下，预瞄距离Li与车速vi的比值为第i个预瞄点的预瞄时间ti，用公式表示为：
Figure BDA0002232833140000262
其中，i的取值为1～n的自然数，n为路面不平度探测器30的采样总次数；
步骤402、所述车载计算机35将第i个预瞄点处的路面输入位移xi与车辆前轮处路面输入位移x0f的Laplace函数关系式表示为：
并将e-tis的Pade近似计算表示为：
Figure BDA0002232833140000264
再取二阶Pade近似计算，并在预瞄时间不为0时，将公式(F14)的分子、分母同时除以
Figure BDA0002232833140000265
得到：
Figure BDA0002232833140000271
其中，ai0和ai1均为系数且
再将公式(F12)改写为：
[x0f(s)-zi(s)][ai0+ai1s+s2]＝-2ai1sxi(s) (F16)
步骤403、所述车载计算机35定义x0f(s)-xi(s)＝yi(s)，b1＝-2ai1，对公式(F16)进行反拉氏变换得到：
Figure BDA0002232833140000273
再定义状态变量为：
ηi1＝yi-β0xt＝yt
Figure BDA0002232833140000274
β0＝0
β1＝b1-ai1β0＝b1
将第i个预瞄点的状态方程改写为：
其中，
Figure BDA0002232833140000277
得到n个预瞄点的状态方程为:
Figure BDA0002232833140000278
其中，
Figure BDA0002232833140000279
Figure BDA0002232833140000281
xp＝[x1 x2 … xn]T,
η＝[η11 η12 η21 η22 … ηn1 ηn2]T；
步骤404、所述车载计算机35定义车轮处路面输入位移变量为：
x0f＝Dηη+Eηxp (F20)
其中，Dη和Eη均为常数矩阵且
Figure BDA0002232833140000282
Figure BDA0002232833140000283
Figure BDA0002232833140000284
λi为第i个预瞄点的加权系数且λ1+λ2+…+λn＝1，n为预瞄点的总数量；
步骤405、将公式(F20)代入公式(F8)得到系统状态方程为：
Figure BDA0002232833140000285
步骤406、所述车载计算机35将q1f定义为代表乘坐舒适性的前轴簧载质量位移加权系数，将q2f定义为影响车身姿态且与结构设计和布置有关的前轴悬架动行程加权系数，将q3f定义为代表操纵稳定性的前轴轮胎动位移加权系数，并定义在T时刻内LQR控制器设计的性能指标为：
Figure BDA0002232833140000286
其中，zwf为前轴非簧载质量位移，zbf为前轴簧载质量位移，
Figure BDA0002232833140000287
为前轴簧载质量垂向加速度；
步骤407、所述车载计算机35将系统状态方程(F8)带入公式(F22)中得到：
Figure BDA0002232833140000288
其中,状态变量增益矩阵
Figure BDA0002232833140000291
控制变量增益矩阵变量关联性矩阵
Figure BDA0002232833140000293
步骤408、所述车载计算机35输出最优控制反馈增益矩阵Kf,其中
Figure BDA0002232833140000294
Figure BDA0002232833140000295
Pcf满足Raccati方程
Figure BDA0002232833140000296
步骤409、所述车载计算机35根据公式Uf＝-Kfxf求得前轴最优控制力Uf；
步骤410、直线电机电磁推力表达式为
Faf＝BδfLfIf F24
其中Bδf为动圈所在处的平均气隙磁密度，Lf为直线电机动圈绕组导体的总长度，If为通入前轴作动器的线圈电流；
使通入前轴作动器的线圈电流If，使得Faf＝Uf便可使前轴作动器输出前轴最优主动控制力；
步骤Ⅴ、集成式自供能主动悬架作动器控制系统后轴轴距预瞄最优优化控制，具体过程为：
步骤501、所述路面不平度位移传感器34，采集车辆前轮受到的路面不平度冲击，此时前轮处的路面不平度输入位移x0f将在延时时间为后等于后轮路面不平度输入位移x0r,其中V为车辆运行速度,L为车辆轴距，以此得到路面输入x0r，并得到后悬架系统的状态方程：
Figure BDA0002232833140000301
步骤502、令q1r、q2r、q3r为3个加权系数，分别控制代表乘坐舒适性的车身垂向位移，影响车身姿态且与结构设计和布置有关的悬架动行程，代表操作稳定性的轮胎动位移，因此在T时刻内LQR控制器设计的性能指标为：
Figure BDA0002232833140000302
将系统状态方程F25带入式F26中可得
Figure BDA0002232833140000303
其中,状态变量增益矩阵
Figure BDA0002232833140000304
控制变量增益矩阵
Figure BDA0002232833140000305
变量关联性矩阵
Figure BDA0002232833140000306
步骤503、使用自适应多遗忘因子递推最小二乘法对Qr、Rr、Nr进行优化，设定系数优化矩阵θ＝[Qr Rr Nr]T,设定协方差矩阵Pi＝106E，其中E为三阶单位矩阵，设定数据矩阵φ：
Figure BDA0002232833140000307
计算T时刻
Figure BDA0002232833140000308
设定期望最优性能指标Jy，并计算估计误差ek：
Figure BDA0002232833140000309
计算可变遗忘因子的值：
Figure BDA0002232833140000311
其中l为步长，计算单个参数增益Ki，k：
式中i＝1，2…n，其中n为辨识参数个数，计算增益矩阵Lk:
Figure BDA0002232833140000313
进行参数估计：
Figure BDA0002232833140000314
更新协方差矩阵：
步骤504、重复步骤503，直到辨识结束，得到符合期望最优性能指标Jy的Qr、Rr、Nr，进而得到3个加权系数q1r、q2r、q3r；
步骤505、所述车载计算机35输出最优控制反馈增益矩阵Kr,其中
Figure BDA0002232833140000316
Figure BDA0002232833140000317
Pcr满足Raccati方程
Figure BDA0002232833140000318
步骤506、所述车载计算机35根据公式Ur＝-Krxr求得后轴最优控制力Ur；
步骤507、直线电机电磁推力表达式为
Far＝BδrLrIr F35
其中Bδr为动圈所在处的平均气隙磁密度，Lr为直线电机动圈绕组导体的总长度，Ir为通入前轴作动器的线圈电流；
使通入后轴作动器的线圈电流Ir，使得Far＝Ur便可使后轴作动器输出后轴最优主动控制力；
步骤Ⅵ、集成式自供能主动悬架作动器控制系统能量回收，具体过程为：当集成式自供能主动悬架作动器控制系统处于Me能量回收模式时，第一MOS开关模块25断开，而第二MOS开关模块28接合，此时车轮受到路面不平度激励，产生垂向作用力时，所述次级铁芯14下端通过第二作动器安装孔20与车桥相连，作用力将会传递至作动器23上，此时固定在次级铁芯14上的S极永磁体阵列15、N极永磁体阵列16以及与次级铁芯14固定连接的空气弹簧活塞9，都将进行垂直振动；所述作动器安装支架2与作动器外壳体10固定连接，所述作动器安装支架2通过第一作动器安装孔1与车架固定连接，所述初级铁芯17与作动器外壳体10固定连接，且在初级铁芯17中缠绕有绕组线圈18；S极永磁体阵列15、N极永磁体阵列16将会与绕组线圈18产生相对位移，切割磁感线产生电能，由于路面不平度激励是变化的，作动器23的运动速度也是变化的，导致绕组线圈18切割磁感线的速度也是变化的，因此馈能电压也是变化的，所以需要经过整流滤波器模块26处理，并经过升压模块27将馈能电压升压到能量存储模块39可以接收的电压范围内，完成振动能量回收。
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 (8)

1.一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，其特征在于：包括作动器(23)，所述作动器(23)包括作动器安装支架(2)，所述作动器安装支架(2)上设有第一作动器安装孔(1)，所述作动器安装支架(2)固定在作动器外壳体(10)的顶端，所述作动器外壳体(10)内的顶部固定连接限位块固定座(4)，所述限位块固定座(4)上安装有用于限制作动器(23)最大压缩量的橡胶限位块(3)，所述橡胶限位块(3)的外围设有安装在作动器外壳体(10)上的空气弹簧囊皮(5)，所述空气弹簧囊皮(5)下端与空气弹簧活塞(9)过盈配合连接，所述空气弹簧活塞(9)内部安装限位缓冲座支架(8)，所述限位缓冲座支架(8)的底部与空气弹簧活塞(9)的底部固定连接，所述限位缓冲座支架(8)的顶部固定连接限位缓冲座(6)，所述限位缓冲座(6)位于空气弹簧活塞(9)的外部、空气弹簧囊皮(5)的内部，所述限位缓冲座支架(8)的顶部设有限位缓冲座支架内腔通气孔(7)，所述空气弹簧活塞(9)底部与螺旋弹簧(11)连接，所述螺旋弹簧(11)下部与作动器外壳体(10)相连，所述空气弹簧活塞(9)下部安装有第一永磁体固定座(12)，所述空气弹簧活塞(9)的底部设有空气弹簧附加腔通气孔(13)，所述第一永磁体固定座(12)底部与次级铁芯(14)连接，所述次级铁芯(14)外侧安装有S极永磁体阵列(15)与N极永磁体阵列(16)，所述作动器外壳体(10)与S极永磁体阵列(15)、N极永磁体阵列(16)之间安装有初级铁芯(17)，所述初级铁芯(17)内部缠绕有绕组线圈(18)，所述次级铁芯(14)下部安装有第二永磁体固定座(19)，所述第一永磁体固定座(12)与第二永磁体固定座(19)均与S极永磁体阵列(15)、N极永磁体阵列(16)相连，所述次级铁芯(14)下部设有第二作动器安装孔(20)，所述作动器外壳体(10)顶部设有气体压力传感器(21)与通气口(22)。
2.根据权利要求1所述的一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，其特征在于：所述作动器控制系统还包括主动控制系统和能量回收系统，主动控制系统包括车速传感器(29)、路面不平度探测器(30)、非簧载质量位移传感器(31)、簧载质量位移传感器(32)、作动器速度传感器(33)、路面不平度位移传感器(34)、车载计算机(35)、控制模块(36)；能量回收系统包括驱动模块(24)、第一MOS开关模块(25)、整流滤波模块(26)、升压模块(27)、第二MOS开关模块(28)、0CV检测模块(37)、控制电路供电模块(38)、能量存储模块(39)。
3.根据权利要求1所述的一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，其特征在于：所述作动器安装支架(2)通过第一作动器安装孔(1)，采用螺栓连接的方式与整车车架相连；所述作动器外壳体(10)的上平面与整车车架下平面贴合；所述次级铁芯(14)通过第二作动器安装孔(20)，采用螺栓连接的方式与整车车桥相连。
4.根据权利要求1所述的一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，其特征在于：所述空气弹簧活塞(9)、作动器外壳体(10)、第一永磁体固定座(12)、次级铁芯(14)、第二永磁体固定座(19)均为隔磁材料，初级铁芯(17)为导磁材料。
5.根据权利要求1所述的一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，其特征在于：所述空气弹簧囊皮(5)内部为主气室，通过限位缓冲座支架内腔通气孔(7)与限位缓冲座支架(8)形成的中间气室相通，所述限位缓冲座支架(8)形成的中间气室通过空气弹簧附加腔通气孔(13)与次级铁芯(14)形成的附加气室相通；所述空气弹簧活塞(9)顶部与限位缓冲座(6)存在间隙，空气弹簧囊皮(5)内部的主气室与空气弹簧活塞(9)内部的内气室相通。
6.根据权利要求1所述的一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，其特征在于：所述绕组线圈(18)为双层绕组，即在每个齿槽中有两束线圈，每相电压相应差120°，各相电压分布顺序为：C-、A+；A-、B+；B-、C+；C-、A+……其中A、B、C代表三相，+、-代表电流方向。
7.根据权利要求2所述的一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统，其特征在于：
所述控制模块(36)负责接收传感器信号并进行电路控制；
所述车载计算机(35)负责运算控制算法；
所述车速传感器(29)负责周期性采集车速数据；
所述路面不平度探测器(30)安装在车辆前部，负责探测前方一定距离道路的路面不平度；
所述非簧载质量位移传感器(31)负责周期性采集非簧载质量位移量；
所述簧载质量位移传感器(32)负责周期性采集簧载质量位移量；
所述作动器速度传感器(33)负责周期性采集作动器(23)运动速度；
所述路面不平度位移传感器(34)负责周期性采集前轴所处地面的路面不平度信息；
所述气体压力传感器(21)负责周期性采集作动器内部气体压力；
所述驱动模块(24)负责根据控制信号控制并驱动电机；
所述第一MOS开关模块(25)与第二MOS开关模块(28)负责硬件电路中能量回收模式与主动控制模式的切换，当第一MOS开关模块(25)接合而与第二MOS开关模块(28)断开时，作动器(23)处于主动控制模式；当第一MOS开关模块(25)断开而第二MOS开关模块(28)接合时，作动器(23)处于能量回收模式；
所述整流滤波模块(26)负责将能量存储模块(39)储存的直流电压转换为电机需要的交流电压，或将电机产生的交流电压转换为能量存储模块(39)可以存储的直流电压；
所述升压模块(27)负责将作动器(23)在能量回收模式中产生的电能进行升压，以便能量存储模块(39)进行存储；
所述OCV检测模块(37)负责检测能量存储模块(39)的开路电压并将开路电压信号传输至控制模块(36)；
所述控制电路供电模块(38)负责为控制模块(36)供应所需要的电能；
所述能量存储模块(39)负责存储电能。
8.一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤I、检测数据采集，具体过程为：当车轮受到路面不平度激励，产生垂向作用力时，次级铁芯(14)下端通过第二作动器安装孔(20)与车桥相连，作用力将会传递至作动器(23)上，此时固定在次级铁芯(14)上的S极永磁体阵列(15)、N极永磁体阵列(16)以及与次级铁芯(14)固定连接的空气弹簧活塞(9)，都将进行垂直振动；所述作动器安装支架(2)与作动器外壳体(10)固定连接，所述作动器安装支架(2)通过第一作动器安装孔(1)与车架固定连接，初级铁芯(17)与作动器外壳体(10)固定连接，且在初级铁芯(17)中缠绕有绕组线圈(18)，S极永磁体阵列(15)、N极永磁体阵列(16)将会与绕组线圈(18)产生相对位移，导体切割磁感线产生电能，此时为能量回收状态；所述绕组线圈(18)通电后，将产生行波磁场，并沿作动器(23)轴向运动，所述次级铁芯(14)与初级铁芯(17)的运行速度不一样时产生滑移率，从而产生直线方向的电磁力，这个电磁力就是作动器(23)的主动控制力，根据车辆行驶工况的不同，实时调节主动控制力，就可以保持作动器(23)时刻处于最佳阻尼力状态；滑移率的表达式为当滑移率处于0～1之间时，表示作动器(23)处于正常工作状态；滑移率大于1时，表示次级铁芯(14)的运动方向与行波磁场方向相反，此时作动器(23)处于制动状态；滑移率小于0时，表示次级铁芯(14)的运动速度大于行波磁场的速度，此时作动器(23)处于能量回收状态；
车速传感器(29)对车速进行实时检测，安装在车辆前部的路面不平度探测器(30)探测前方一定距离道路的路面不平度，得到一定延时后的车辆前轮处路面输入位移x0f；路面不平度位移传感器(34)对车辆前轮所路面不平度进行实时检测，得到一定延时后的车辆后轮处路面输入位移x0r；非簧载质量位移传感器(31)对非簧载质量位移进行实时检测，簧载质量位移传感器(32)对簧载质量位移进行实时检测，作动器速度传感器(33)对悬架作动器的运动速度进行实时检测，所述控制模块(36)分别获得周期性采样得到的车速V、车辆前轮非簧载质量位移zwf、车辆后轮非簧载质量位移zwr、车辆前轮簧载质量位移zbf、车辆后轮簧载质量位移zbr、安装在车辆前轮的作动器(23)的运动速度uaf和安装在车辆后轮的作动器(23)的运动速度uar，并传输给车载计算机(35)；
步骤II、建立系统状态方程，具体过程为：
步骤201、所述车载计算机(35)建立二分之一车辆模型运动方程：
Figure FDA0002232833130000051
Figure FDA0002232833130000052
Figure FDA0002232833130000053
Figure FDA0002232833130000054
其中，
Figure FDA0002232833130000055
为车辆前轮簧载质量垂向加速度、
Figure FDA0002232833130000056
为车辆后轮簧载质量垂向加速度、z为簧载质量位移、mb为簧载质量、Ib为车身转动惯量、θb为俯仰角、a为车辆前轴到质心的距离、b为车辆后轴到质心的距离、ksf为前主动悬架作动器(23)的刚度、ksr为后主动悬架作动器(23)的刚度、mwf为车辆前轮非簧载质量、mwr为车辆后轮的非簧载质量、
Figure FDA0002232833130000057
为车辆前轮非簧载质量垂向加速度、
Figure FDA0002232833130000058
为车辆后轮非簧载质量垂向加速度、ktf为车辆前轮的刚度、ktr为车辆后轮的刚度、x0f为前轮路面输入位移、x0r为后轮路面输入位移；
当俯仰角θb较小时，有
Figure FDA0002232833130000059
4自由度半车模型的运动方程表示为矩阵形式：
Figure FDA00022328331300000510
式中，质量矩阵[M]为：
[M]＝diag(mb，Ib，mwf，mwr)
阻尼矩阵[C]为：
刚度矩阵[K]为：
Figure FDA0002232833130000062
轮胎刚度矩阵[Kt]为：
Figure FDA0002232833130000063
路面输入向量x0为：
x0＝[x0f，x0r]T
系统输入向量x为：
x＝[z θb zwf zwr]T
步骤202、当悬挂质量分配系数ε的数值接近于1时，可将前后轴分别建立2自由度模型，此时取状态变量：
Figure FDA0002232833130000064
其中，zw为车辆非簧载质量位移，且zw的取值为zwf或zwr，zb为车辆簧载质量位移，且zb的取值为zbf或zbr；若路面速度输入为白噪声，则此时系统状态方程为：
Figure FDA0002232833130000071
其中，u为作动器主动力，且u的取值为前轮作动器主动力uf或后轮作动器主动力ur；A为与车辆模型的状态变量有关的常数矩阵且
Figure FDA0002232833130000072
Figure FDA0002232833130000073
B为与作动器(23)的运动速度变量有关的常数矩阵且
Figure FDA0002232833130000074
G为与车轮处路面输入位移变量有关的常数矩阵且
Figure FDA0002232833130000075
cs为车辆悬架的阻尼且cs的取值为前轮作动器阻尼csf或后轮作动器阻尼csr、mb为车身质量、ks为悬架刚度且ks的取值为前轮作动器刚度ksf或后轮作动器刚度ksr、kt为轮胎刚度且kt的取值为前轮轮胎刚度ktf或后轮轮胎刚度ktr、mw为车辆的非簧载质量且mw的取值为前轮非簧载质量mwf或后轮非簧载质量mwr；
步骤III、集成式自供能主动悬架作动器控制系统工作模式切换规则，具体过程为：
步骤301、将集成式自供能主动悬架作动器控制系统能量回收模式定义为Me，将主动控制模式定义为Mc；
步骤302、设定动挠度阈值fdy与持续时间阈值ty，其中动挠度阈值fdy应小于具体车型常用较好路面条件下、常用较低车速下的悬架动挠度均方根值；当实际路面动挠度fd＜fdy时，表示车辆行驶在较好路面，当实际路面动挠度fd＞fdy时，表示车辆行驶在较差路面；持续时间阈值ty对集成式自供能主动悬架作动器控制系统的工作模式切换频率影响很大，若时间阈值ty过小，可能导致集成式自供能主动悬架作动器控制系统的工作模式频繁切换，若时间阈值ty过大，可能导致集成式自供能主动悬架作动器控制系统的工作模式切换反应迟钝，时间阈值ty的具体数值需根据实际车型以及常用的道路条件确定；
步骤303、OCV检测模块(37)采集能量存储模块(39)的开路电压，控制模块(36)采用AH积分法进行SOC估算，在此设定能量存储模块(39)的额定容量为Qe、实时剩余容量为Qc、初始状态容量为Q0、η为库伦效率，则在ts时刻的实时剩余容量为Qc状态，采用积分运算可表示为：
Figure FDA0002232833130000081
在此设定能量存储模块(39)剩余电量分为3个等级，分别是缺少电量状态SOC1、正常电量状态SOC2、充足电量状态SOC3：
步骤304、集成式自供能主动悬架作动器控制系统的主要作用是保证车辆的平顺性与操纵稳定性，结合集成式自供能主动悬架作动器控制系统的自供能特性，因此当能量存储模块(39)处于SOC2、SOC3状态或行驶路面条件较差、整车振动较大时，处于Mc主动控制模式；能量存储模块(39)处于SOC1状态或行驶路面条件较好、整车振动较小时，处于Me能量回收模式；因此模式切换规则为：
步骤IV、进行集成式自供能主动悬架作动器控制系统前轴路面不平度预瞄最优控制，具体过程为：
步骤401、车载计算机(35)定义在任一i时刻车速vi下，预瞄距离Li与车速vi的比值为第i个预瞄点的预瞄时间ti，用公式表示为：
其中，i的取值为1～n的自然数，n为路面不平度探测器(30)的采样总次数；
步骤402、所述车载计算机(35)将第i个预瞄点处的路面输入位移xi与车辆前轮处路面输入位移x0f的Laplace函数关系式表示为：
Figure FDA0002232833130000093
并将e-tis的Pade近似计算表示为：
再取二阶Pade近似计算，并在预瞄时间不为0时，将公式(F14)的分子、分母同时除以
Figure FDA0002232833130000095
得到：
Figure FDA0002232833130000101
其中，ai0和ai1均为系数月
Figure FDA0002232833130000102
再将公式(F12)改写为：
[x0f(s)-zi(s)][ai0+ai1s+s2]＝-2ai1sxi(s) (F16)
步骤403、所述车载计算机(35)定义x0f(s)-xi(s)＝yi(s)，b1＝-2ai1，对公式(F16)进行反拉氏变换得到：
再定义状态变量为：
ηi1＝yi-β0xt＝yt
Figure FDA0002232833130000104
β0＝0
β1＝b1-ai1β0＝b1
将第i个预瞄点的状态方程改写为：
Figure FDA0002232833130000106
其中，
Figure FDA0002232833130000107
得到n个预瞄点的状态方程为：
Figure FDA0002232833130000108
其中，
Figure FDA0002232833130000109
Figure FDA0002232833130000111
xp＝[x1 x2 … xn]T，
η＝[η11 η12 η21 η22 … ηn1 ηn2]T；
步骤404、所述车载计算机(35)定义车轮处路面输入位移变量为：
x0f＝Dηη+Eηxp (F20)
其中，Dη和Eη均为常数矩阵且
Figure FDA0002232833130000113
λi为第i个预瞄点的加权系数且λ1+λ2+…+λn＝1，n为预瞄点的总数量；
步骤405、将公式(F20)代入公式(F8)得到系统状态方程为：
步骤406、所述车载计算机(35)将q1f定义为代表乘坐舒适性的前轴簧载质量位移加权系数，将q2f定义为影响车身姿态且与结构设计和布置有关的前轴悬架动行程加权系数，将q3f定义为代表操纵稳定性的前轴轮胎动位移加权系数，并定义在T时刻内LQR控制器设计的性能指标为：
Figure FDA0002232833130000115
其中，zwf为前轴非簧载质量位移，zbf为前轴簧载质量位移，
Figure FDA0002232833130000116
为前轴簧载质量垂向加速度；
步骤407、所述车载计算机(35)将系统状态方程(F8)带入公式(F22)中得到：
Figure FDA0002232833130000117
其中，状态变量增益矩阵
Figure FDA0002232833130000121
控制变量增益矩阵
Figure FDA0002232833130000122
变量关联性矩阵
Figure FDA0002232833130000123
步骤408、所述车载计算机(35)输出最优控制反馈增益矩阵Kf，其中
Figure FDA0002232833130000124
Figure FDA0002232833130000125
Pcf满足Raccati方程
Figure FDA0002232833130000126
步骤409、所述车载计算机(35)根据公式Uf＝-Kfxf求得前轴最优控制力Uf；
步骤410、直线电机电磁推力表达式为
Faf＝BδfLfIf (F24)
其中Bδf为动圈所在处的平均气隙磁密度，Lf为直线电机动圈绕组导体的总长度，If为通入前轴作动器的线圈电流；
使通入前轴作动器的线圈电流If，使得Faf＝Uf便可使前轴作动器输出前轴最优主动控制力；
步骤V、集成式自供能主动悬架作动器控制系统后轴轴距预瞄最优优化控制，具体过程为：
步骤501、所述路面不平度位移传感器(34)，采集车辆前轮受到的路面不平度冲击，此时前轮处的路面不平度输入位移x0f将在延时时间为
Figure FDA0002232833130000127
后等于后轮路面不平度输入位移x0r，其中V为车辆运行速度，L为车辆轴距，以此得到路面输入x0r，并得到后悬架系统的状态方程：
Figure FDA0002232833130000131
步骤502、令q1r、q2r、q3r为3个加权系数，分别控制代表乘坐舒适性的车身垂向位移，影响车身姿态且与结构设计和布置有关的悬架动行程，代表操作稳定性的轮胎动位移，因此在T时刻内LQR控制器设计的性能指标为：
Figure FDA0002232833130000132
将系统状态方程(F25)带入式(F26)中可得
其中，状态变量增益矩阵
Figure FDA0002232833130000134
控制变量增益矩阵变量关联性矩阵
Figure FDA0002232833130000136
步骤503、使用自适应多遗忘因子递推最小二乘法对Qr、Rr、Nr进行优化，设定系数优化矩阵θ＝[Qr Rr Nr]T，设定协方差矩阵Pi＝106E，其中E为三阶单位矩阵，设定数据矩阵φ：
Figure FDA0002232833130000137
计算T时刻
Figure FDA0002232833130000138
设定期望最优性能指标Jy，并计算估计误差ek：
Figure FDA0002232833130000141
计算可变遗忘因子的值：
Figure FDA0002232833130000142
其中l为步长，计算单个参数增益Ki，k：
Figure FDA0002232833130000143
式中i＝1，2…n，其中n为辨识参数个数，计算增益矩阵Lk：
Figure FDA0002232833130000144
进行参数估计：
Figure FDA0002232833130000145
更新协方差矩阵：
Figure FDA0002232833130000146
步骤504、重复步骤503，直到辨识结束，得到符合期望最优性能指标Jy的Qr、Rr、Nr，进而得到3个加权系数q1r、q2r、q3r；
步骤505、所述车载计算机(35)输出最优控制反馈增益矩阵Kr，其中
Figure FDA0002232833130000147
Figure FDA0002232833130000148
Pcr满足Raccati方程
Figure FDA0002232833130000149
步骤506、所述车载计算机(35)根据公式Ur＝-Krxr求得后轴最优控制力Ur；
步骤507、直线电机电磁推力表达式为
Far＝BδrLrIr (F35)
其中Bδr为动圈所在处的平均气隙磁密度，Lr为直线电机动圈绕组导体的总长度，Ir为通入前轴作动器的线圈电流；
使通入后轴作动器的线圈电流Ir，使得Far＝Ur便可使后轴作动器输出后轴最优主动控制力；
步骤VI、集成式自供能主动悬架作动器控制系统能量回收，具体过程为：当集成式自供能主动悬架作动器控制系统处于Me能量回收模式时，第一MOS开关模块(25)断开，而第二MOS开关模块(28)接合，此时车轮受到路面不平度激励，产生垂向作用力时，所述次级铁芯(14)下端通过第二作动器安装孔(20)与车桥相连，作用力将会传递至作动器(23)上，此时固定在次级铁芯(14)上的S极永磁体阵列(15)、N极永磁体阵列(16)以及与次级铁芯(14)固定连接的空气弹簧活塞(9)，都将进行垂直振动；所述作动器安装支架(2)与作动器外壳体(10)固定连接，所述作动器安装支架(2)通过第一作动器安装孔(1)与车架固定连接，所述初级铁芯(17)与作动器外壳体(10)固定连接，且在初级铁芯(17)中缠绕有绕组线圈(18)；S极永磁体阵列(15)、N极永磁体阵列(16)将会与绕组线圈(18)产生相对位移，切割磁感线产生电能，由于路面不平度激励是变化的，作动器(23)的运动速度也是变化的，导致绕组线圈(18)切割磁感线的速度也是变化的，因此馈能电压也是变化的，所以需要经过整流滤波器模块(26)处理，并经过升压模块(27)将馈能电压升压到能量存储模块(39)可以接收的电压范围内，完成振动能量回收。
CN201910973348.1A 2019-10-14 2019-10-14 一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法 Active CN110758041B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910973348.1A CN110758041B (zh) 2019-10-14 2019-10-14 一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910973348.1A CN110758041B (zh) 2019-10-14 2019-10-14 一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110758041A true CN110758041A (zh) 2020-02-07
CN110758041B CN110758041B (zh) 2023-04-28

Family

ID=69331149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910973348.1A Active CN110758041B (zh) 2019-10-14 2019-10-14 一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110758041B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111439087A (zh) * 2020-03-27 2020-07-24 江苏大学 一种基于模型参考自适应控制的车辆isd悬架主动控制方法
CN112976979A (zh) * 2021-04-12 2021-06-18 石河子大学 一种高地隙喷雾机的空气悬架控制方法及装置
CN114290864A (zh) * 2020-10-07 2022-04-08 丰田自动车株式会社 车辆用预见减振控制装置和方法
CN117465180A (zh) * 2023-10-31 2024-01-30 西南交通大学 面向驾乘体验提升的可调负刚度空簧总成及系统控制方法
CN117647346A (zh) * 2024-01-29 2024-03-05 陕西航宇工程科技有限责任公司 一种小型无人机弹力刹车作动器输出压力测试装置
CN117938018A (zh) * 2024-03-20 2024-04-26 深圳大学 一种调姿平台的电机姿态控制方法、装置及设备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0647795A1 (en) * 1993-10-11 1995-04-12 Psa Sistemi Antivibranti S.P.A. Piston for air springs, particularly for vehicle suspensions
JP2009040244A (ja) * 2007-08-09 2009-02-26 Toyota Motor Corp 車両用サスペンションシステム
JP2011016427A (ja) * 2009-07-08 2011-01-27 Toyota Motor Corp サスペンション装置
CN102069765A (zh) * 2009-10-14 2011-05-25 通用汽车环球科技运作公司 自供能的车辆传感器系统
US20120303193A1 (en) * 2009-06-24 2012-11-29 Intertronic Gresser Gmbh Electricity generating suspension system for hybrid and electric automobiles
JP2015081612A (ja) * 2013-10-21 2015-04-27 アイシン精機株式会社 空気ばね装置
CN105480043A (zh) * 2015-12-17 2016-04-13 西安科技大学 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
CN109455052A (zh) * 2018-12-24 2019-03-12 西安科技大学 一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器及其控制方法
CN109808437A (zh) * 2019-04-02 2019-05-28 西安科技大学 一种电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器及其控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0647795A1 (en) * 1993-10-11 1995-04-12 Psa Sistemi Antivibranti S.P.A. Piston for air springs, particularly for vehicle suspensions
JP2009040244A (ja) * 2007-08-09 2009-02-26 Toyota Motor Corp 車両用サスペンションシステム
US20120303193A1 (en) * 2009-06-24 2012-11-29 Intertronic Gresser Gmbh Electricity generating suspension system for hybrid and electric automobiles
JP2011016427A (ja) * 2009-07-08 2011-01-27 Toyota Motor Corp サスペンション装置
CN102069765A (zh) * 2009-10-14 2011-05-25 通用汽车环球科技运作公司 自供能的车辆传感器系统
JP2015081612A (ja) * 2013-10-21 2015-04-27 アイシン精機株式会社 空気ばね装置
CN105480043A (zh) * 2015-12-17 2016-04-13 西安科技大学 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
CN109455052A (zh) * 2018-12-24 2019-03-12 西安科技大学 一种复合式阻尼可调馈能型主动悬架作动器及其控制方法
CN109808437A (zh) * 2019-04-02 2019-05-28 西安科技大学 一种电动汽车电磁集成式馈能型悬架作动器及其控制方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111439087A (zh) * 2020-03-27 2020-07-24 江苏大学 一种基于模型参考自适应控制的车辆isd悬架主动控制方法
CN111439087B (zh) * 2020-03-27 2022-08-23 江苏大学 一种基于模型参考自适应控制的车辆isd悬架主动控制方法
CN114290864A (zh) * 2020-10-07 2022-04-08 丰田自动车株式会社 车辆用预见减振控制装置和方法
CN114290864B (zh) * 2020-10-07 2023-11-07 丰田自动车株式会社 车辆用预见减振控制装置和方法
CN112976979A (zh) * 2021-04-12 2021-06-18 石河子大学 一种高地隙喷雾机的空气悬架控制方法及装置
CN117465180A (zh) * 2023-10-31 2024-01-30 西南交通大学 面向驾乘体验提升的可调负刚度空簧总成及系统控制方法
CN117465180B (zh) * 2023-10-31 2024-05-17 西南交通大学 面向驾乘体验提升的可调负刚度空簧总成及系统控制方法
CN117647346A (zh) * 2024-01-29 2024-03-05 陕西航宇工程科技有限责任公司 一种小型无人机弹力刹车作动器输出压力测试装置
CN117647346B (zh) * 2024-01-29 2024-03-29 陕西航宇工程科技有限责任公司 一种小型无人机弹力刹车作动器输出压力测试装置
CN117938018A (zh) * 2024-03-20 2024-04-26 深圳大学 一种调姿平台的电机姿态控制方法、装置及设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN110758041B (zh) 2023-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110758041B (zh) 一种集成式自供能主动悬架作动器控制系统及其控制方法
CN109080399B (zh) 一种可实现自供能的混合电磁悬架及其控制方法
CN101405154B (zh) 车辆悬架系统
US8874291B2 (en) Electricity generating suspension system for hybrid and electric automobiles
JP4953281B2 (ja) サスペンションシステム
Sankaranarayanan et al. Semiactive suspension control of a light commercial vehicle
KR101198227B1 (ko) 오토바이용 반능동 현가장치를 제어하는 방법 및 장치
US20100006362A1 (en) Vehicle Suspension Kinetic Energy Recovery System
CN105082920A (zh) 阻尼与车身高度可调互联空气悬架协同控制系统及方法
CN109591537A (zh) 一种汽车半主动悬架控制系统及方法
CN108454343A (zh) 基于姿态补偿的混合电磁悬架节能型半主动控制方法
US7083172B2 (en) Method for controlling anti-roll/anti-yaw of vehicles
WO2019217084A1 (en) Suspension system and method for controlling suspension system
CN107599773B (zh) 一种复合式馈能型半主动悬架作动器及其控制方法
JP2015112897A (ja) 車両用制駆動力制御装置
WO2023174327A1 (zh) 一种协同控制模块、自适应巡航系统及其控制方法、交通工具
CN108357318B (zh) 一种用于应急救援车辆悬挂的智能预瞄控制方法
CN114619824A (zh) 车身控制方法、控制装置、电子设备及存储介质
JP3196494B2 (ja) サスペンション制御装置
Yu et al. Series active variable geometry suspension: full-car prototyping and road testing
CN114590090A (zh) 基于自适应lqr轮毂直驱半主动悬架控制系统构造方法
CN107599777B (zh) 基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法
CN108944326A (zh) 一种车身高度智能控制系统及方法
CN110861462B (zh) 一种基于图像识别的整车智能混合悬架协调控制系统
KR100905671B1 (ko) 전차량모델의 운동방정식 및 저주파통과필터와고주파통과필터를 이용한 차량의 반능동 현가장치의제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 710200 Jingwei Industrial Park, economic development zone, Xi'an City, Shaanxi Province

Applicant after: Shaanxi Automobile Group Co.,Ltd.

Address before: 710200 Jingwei Industrial Park, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Shaanxi Province

Applicant before: SHAANXI AUTOMOBILE GROUP Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant