CN111059207A - 一种馈能型阻尼连续可调式作动器及其控制方法 - Google Patents

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CN111059207A CN201911305257.7A CN201911305257A CN111059207A CN 111059207 A CN111059207 A CN 111059207A CN 201911305257 A CN201911305257 A CN 201911305257A CN 111059207 A CN111059207 A CN 111059207A
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Abstract

本发明公开了一种馈能型阻尼连续可调式作动器及其控制方法，作动器包括工作缸筒、储油缸筒和中间缸筒，以及控制器和超级电容组，工作缸筒内设置有中空式活塞杆，中空式活塞杆的顶部设置有无刷直流电机，中空式活塞杆上固定连接有活塞，活塞上设置有伸张阀和流通阀，中间缸筒与储油缸筒的第二节流通道相上设置有比例电磁阀，中空式活塞杆内设置有套筒，套筒的顶端设置有丝杠螺母，套筒内设置有滚珠丝杠，滚珠丝杠的上端穿过丝杠螺母且与无刷直流电机的输出轴连接，中空式活塞杆上设置有螺旋弹簧。本发明结构紧凑，易于安装，能够应用在车辆减振中，结合控制方法，车辆减振效果显著，节约能耗，稳定可靠，使用效果好，便于推广使用。

Description

一种馈能型阻尼连续可调式作动器及其控制方法
技术领域
本发明属于车辆减振装置技术领域，具体涉及一种馈能型阻尼连续可调作动器及其控制方法。
背景技术
当车辆行驶在不平路面时，由路面的颠簸、车辆的加减速、转向等激励引起的振动能量却一直未被重视及利用，而通常主要由车辆悬架减振器将其转化为热能耗散掉。如果能够将这些振动能量加以回收利用，将获得再生能源，则可以有效地降低汽车能耗，从而达到节约能源的目的。悬架是汽车上重要组成之一，与此同时悬架在衰减振动方面起到相当重要的作用。目前车辆悬架系统主要有被动悬架、半主动悬架和主动悬架。被动悬架由于刚度阻尼等参数是不变的，因此汽车减振效果受限，主动悬架利用可控制作动器，可以实时根据路况改变悬架的刚度和阻尼以提高车辆的平顺性和操纵稳定性，但主动悬架能耗大，降低车辆的燃油经济性。主动悬架主要依赖外界能源供给来实现减振效果，一直是制约主动悬架技术发展的重要问题。且当主动悬架作动器发生故障或失效时，其固有阻尼小，安全难以保障。
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，提供一种馈能型阻尼连续可调式作动器，其结构紧凑，易于安装，能够应用在车辆减振中，结合控制方法，车辆减振效果显著，节约能耗，稳定可靠，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种馈能型阻尼连续可调式作动器，包括作动器本体和作动器控制系统，所述作动器本体包括工作缸筒和套装在工作缸筒外部的储油缸筒，以及设置在储油缸筒顶部开口的第一密封盖，所述工作缸筒底部设置有压缩阀和补偿阀，所述工作缸筒内设置有向上穿出第一密封端盖外部的中空式活塞杆，所述中空式活塞杆的顶部固定连接有电机安装箱，所述电机安装箱内安装有无刷直流电机，所述中空式活塞杆的底部设置有第二密封盖，所述中空式活塞杆上固定连接有活塞，所述活塞将工作缸筒的内腔分隔为位于活塞上部的活塞上腔和位于活塞下部的活塞下腔，所述活塞上设置有伸张阀和流通阀，所述工作缸筒与储油缸筒之间设置有中间缸筒，所述中间缸筒与工作缸筒的活塞上腔通过设置在工作缸筒上的第一节流通道相连通，所述中间缸筒与储油缸筒通过第二节流通道相连通，所述第二节流通道上设置有比例电磁阀，所述工作缸筒、储油缸筒和中间缸筒内均设置有液压油，所述中空式活塞杆内设置有向下穿出第二密封盖且与工作缸筒底部固定连接的套筒，所述套筒的顶端设置有丝杠螺母，所述套筒内设置有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的上端穿过丝杠螺母且通过联轴器与无刷直流电机的输出轴连接，所述中空式活塞杆下端口内与套筒间设置有且用于对中空式活塞杆沿套筒的上下运动进行导向的下导向座，所述下导向座下部设置有套装在套筒上的密封圈，所述工作缸筒上端口内与中空式活塞杆间设置有且用于对中空式活塞杆沿工作缸筒的上下运动进行导向的上导向座，所述上导向座的上部设置有套装在中空式活塞杆上的上油封和位于上油封上方的防尘圈，所述上导向座的底部设置有套装在中空式活塞杆上的弹簧固定座，所述活塞的上部设置有套装在中空式活塞杆上的弹簧支撑座，所述弹簧固定座与弹簧支撑座之间设置有螺旋弹簧；所述作动器控制系统包括控制器和存储转换后的电能且为所述作动器控制系统中各用电单元供电的超级电容组，所述控制器的输入端接有用于检测车身速度的车身速度传感器、用于检测非簧载质量速度的非簧载质量速度传感器、用于检测簧载质量速度进的簧载质量速度传感器和用于检测比例电磁阀输入电流的电流传感器，所述控制器的输出端接有电磁阀驱动电路、电机驱动电路、DC/DC转换电路、第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器，以及为电磁阀驱动电路供电的第一可变电压源电路和为电机驱动电路供电的第二可变电压源电路；所述第一继电器接在超级电容组为第一可变电压源电路供电的供电回路中，所述第二继电器接在超级电容组为第二可变电压源电路供电的供电回路中，所述第四继电器与无刷直流电机的输入端连接，所述电机驱动电路的输出端接有三相桥式功率逆变电路，所述无刷直流电机与三相桥式功率逆变电路的输出端连接，所述无刷直流电机的输出端接有整流滤波电路，所述整流滤波电路与控制器的输入端连接，所述整流滤波电路通过第三继电器与DC/DC转换电路连接，所述DC/DC转换电路与超级电容组的输入端连接。
上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，所述套筒与工作缸筒的连接处设置有第一垫片。
上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，所述工作缸筒的中轴处与储油缸筒的中轴处连接有支撑轴，所述支撑轴与工作缸筒的底部螺纹连接，且在螺纹连接处设置有紧固螺母，所述支撑轴与储油缸筒的连接处设置有第二垫片。
上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，所述电机安装箱的顶部固定连接有上吊耳，所述储油缸筒的底部固定连接有下吊耳。
本发明还公开了一种步骤简单，能够有效提高车辆减振效果的馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、检测实时数据
所述车身速度传感器对车身速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器对非簧载质量速度进行实时检测，簧载质量速度传感器对簧载质量速度进行实时检测，电流传感器对比例电磁阀的输入电流进行实时检测；
步骤二、周期采样
所述控制器分别对步骤一中车身速度、非簧载质量速度和簧载质量速度的检测值进行周期性采样，并将第i次采样得到的车速信号记作vi，第i次采样得到的非簧载质量速度记作
Figure BDA0002322904690000041
将第i次采样得到的簧载质量速度记作
Figure BDA0002322904690000042
其中，i的取值为非零自然数；
步骤三、采样信号分析处理
所述控制器对车速信号vi进行分析处理，当vi≤30km/h或90＜vi≤120km/h时，执行步骤四；当30＜vi≤60km/h时，执行步骤五；当60＜vi≤90km/h时，执行步骤六；
步骤四、所述控制器对作动器进行主动控制；
步骤五、所述控制器对作动器进行半主动控制；
步骤六、所述控制器对作动器进行馈能控制。
上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，步骤四中所述控制器对作动器进行主动控制的具体步骤为：
步骤A1、所述控制器对其第i次采样得到的车速信号vi、第i次采样得到的簧载质量速度
Figure BDA0002322904690000043
进行分析处理，根据天棚控制算法计算公式
Figure BDA0002322904690000044
计算得到第i次采样得到的车速信号vi和簧载质量速度
Figure BDA0002322904690000045
对应的车辆悬架天棚控制下的主动控制力Fi，其中，csky为天棚控制阻尼系数；
步骤A2、所述控制器根据公式
Figure BDA0002322904690000046
计算得到第i次采样时直流无刷电机的输入电流Ii，其中，L为滚珠丝杠的导程，KT为直流无刷电机的电磁转矩系数；
步骤A3、所述控制器控制第二继电器接通，第一继电器、第三继电器和第四继电器均处于未接通状态，比例电磁阀不工作，超级电容组给第二可变电压源电路供电，第二可变电压源电路给电机驱动电路供电驱动直流无刷电机工作，当作动器处于压缩运动状态时，控制器通过电机驱动电路驱动直流无刷电机的输出轴逆时针旋转，直流无刷电机带动滚珠丝杠逆时针旋转，滚珠丝杠与丝杠螺母相对转动，带动中空式活塞杆下移，中空式活塞杆带动活塞下移，活塞下腔容积减小，压力升高，流通阀打开，活塞下腔内的液压油经流通阀进入活塞上腔内，同时，压缩阀打开，活塞下腔内的液压油经压缩阀进入储油缸筒内，从而产生压缩阻尼，作动器提供向下的主动控制力并传递给车身；当作动器处于伸张运动状态时，控制器通过电机驱动电路驱动直流无刷电机的输出轴顺时针旋转，直流无刷电机带动滚珠丝杠顺时针旋转，滚珠丝杠与丝杠螺母相对转动，带动中空式活塞杆上移，中空式活塞杆带动活塞上移，活塞上腔容积减小，压力升高，流通阀打开，活塞上腔内的液压油经流通阀进入活塞下腔内，同时，补偿阀打开，储油缸筒内的液压油经补偿阀进入活塞下腔内，从而产生复原阻尼，作动器提供向上的主动控制力并传递给车身，实现主动控制。
上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，步骤五中所述控制器对作动器进行半主动控制的具体过程为：所述控制器通过控制滚珠丝杠进行半主动控制，同时，通过控制比例电磁阀进行阻尼控制；
其中，所述控制器通过控制滚珠丝杠进行半主动控制的具体步骤为：
步骤B1、所述控制器计算
Figure BDA0002322904690000051
的大小；
步骤B2、所述控制器将
Figure BDA0002322904690000052
的计算结果与0进行比较，当
Figure BDA0002322904690000053
时，判断为滚珠丝杠处于半主动工作模式；当
Figure BDA0002322904690000054
时，判断为滚珠丝杠处于馈能工作模式；
当滚珠丝杠处于半主动工作模式时，控制器通过控制直流无刷电机回路中的等效电阻，改变电机的电磁力矩，输出一个可控的阻尼力
Figure BDA0002322904690000055
实现滚珠丝杠作动器的半主动控制，其中，Rn为馈能电路等效电阻，KT为电机的电磁转矩系数,L为滚珠丝杠的导程；
当滚珠丝杠处于馈能工作模式时，直流无刷电机作为发电机工作，悬架系统被动馈能时的瞬时馈能功率P馈能为：
Figure BDA0002322904690000056
式中，Rn为馈能电路等效电阻；悬架系统被动馈能时的馈能能量W馈能为：
Figure BDA0002322904690000057
步骤B3、所述控制器控制第三继电器和第四继电器通电，无刷直流电机产生的电能经整流滤波电路将交流电转化为直流电，再经DC/DC转换电路升压后向超级电容组充电，实现振动能量的回收；
其中，通过控制比例电磁阀进行阻尼控制的具体步骤为：
步骤C1、所述控制器根据公式
Figure BDA0002322904690000061
计算得到第i次采样得到的车速信号vi、簧载质量速度
Figure BDA0002322904690000062
和非簧载质量
Figure BDA0002322904690000063
对应的车辆悬架天棚控制下的阻尼力Fi。
步骤C2、所述控制器根据公式
Figure BDA0002322904690000064
计算得到电磁阀减振器在该速度vi下所需的输入电流ii，进而调节比例电磁阀的开度，实现对所述车辆主动悬架阻尼力大小的实时调节,其中，bj为阻尼力拟合的常数项系数且取值为500～1.5×106，cj为阻尼力拟合的一次项系数且取值为-1×106～-500，j的取值为0～5的整数；
步骤C3、所述控制器控制第一继电器通电，超级电容组给第一可变电压源电路供电，控制第一可变电压源电路输出电流为ii，供给电磁阀驱动电路，同时，电流传感器对比例电磁阀的输入电流进行实时检测，并将采集的数据反馈给控制器，比例电磁阀根据输入电流ii的大小调节电磁阀阀芯的开度大小，对阻尼进行调节。
上述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，步骤六中所述控制器对作动器进行馈能控制的具体过程为：所述控制器通过控制比例电磁阀进行半主动控制，同时，通过控制滚珠丝杠进行纯馈能控制；
其中，所述控制器通过控制滚珠丝杠进行纯馈能控制的具体过程为：所述控制器控制第三继电器和第四继电器通电，直流无刷电机作为发电机工作，当中空式活塞杆下移或上移，通过丝杠螺母带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠带动直流无刷电机的输出轴旋转，无刷直流电机进行发电，无刷直流电机产生的电能经整流滤波电路将交流电转化为直流电，再经DC/DC转换电路升压后向超级电容组充电，实现振动能量的回收。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的馈能型阻尼连续可调式作动器，将滚珠丝杠式悬架作动器和电磁阀式阻尼连续可调减振器合理集成，是一种集振动能量回收与阻尼力控制功能为一体的车辆新型减振器，其结构紧凑，体积小，易于安装。
2、本发明的馈能型阻尼连续可调式作动器使用时，能够在主动控制、半主动控制间切换，悬架减振效果显著。
3、本发明的馈能型阻尼连续可调式作动器使用时，工作在半主动模式下回收的悬架振动能量可用于悬架作动器的主动控制，减少主动控制模式下的能耗。
4、本发明的馈能型阻尼连续可调式作动器使用时，当电磁阀式阻尼连续可调减振器出现故障即电磁阀故障时，可按照传统被动减振器与滚珠丝杠作动器并联工作，能够利用直流无刷电机部分构成的滚珠丝杠作动器，实现主动控制与馈能功能；当直流无刷电机出现故障时，能够利用电磁阀式阻尼连续可调减振器，实现半主动控制的功能；当直流无刷电机与电磁阀式阻尼连续可调减振器同时出现故障时，可按照传统减振器工作。因此，本发明悬架作动器的工作可靠性高，能够稳定地实现减振效果。
5、本发明能够应用在车辆减振中，结合控制方法，车辆减振效果显著，节约能耗，稳定可靠，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明结构紧凑，易于安装，能够应用在车辆减振中，结合控制方法，车辆减振效果显著，节约能耗，稳定可靠，使用效果好，便于推广使用。
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为本发明馈能型阻尼连续可调式作动器的结构示意图；
图2为本发明作动器控制系统的系统框图。
附图标记说明:
1—工作缸筒； 2—储油缸筒； 3—第一密封盖；
4—压缩阀； 5—补偿阀； 6—中空式活塞杆；
7—电机安装箱； 8—无刷直流电机； 9—第二密封盖；
10—活塞； 11—伸张阀； 12—流通阀；
13—中间缸筒； 14—第一节流通道； 15—第二节流通道；
16—比例电磁阀； 17—套筒； 18—丝杠螺母；
19—滚珠丝杠； 20—联轴器； 21—下导向座；
22—密封圈； 23—上导向座； 24—上油封；
25—防尘圈； 26—弹簧固定座； 27—弹簧支撑座；
28—螺旋弹簧； 30—超级电容组； 31—控制器；
32—车身速度传感器； 33—非簧载质量速度传感器；
34—簧载质量速度传感器； 35—电流传感器； 36—电磁阀驱动电路；
37—电机驱动电路； 38—DC/DC转换电路； 39—第一继电器；
40—第二继电器； 41—第三继电器； 42—第四继电器；
43—第一可变电压源电路； 44—第二可变电压源电路；
45—三相桥式功率逆变电路；46—整流滤波电路；
51—第一垫片； 52—支撑轴； 53—紧固螺母；
54—第二垫片； 55—上吊耳； 56—下吊耳。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的馈能型阻尼连续可调式作动器，包括作动器本体和作动器控制系统，所述作动器本体包括工作缸筒1和套装在工作缸筒1外部的储油缸筒2，以及设置在储油缸筒2顶部开口的第一密封盖3，所述工作缸筒1底部设置有压缩阀4和补偿阀5，所述工作缸筒1内设置有向上穿出第一密封端盖3外部的中空式活塞杆6，所述中空式活塞杆6的顶部固定连接有电机安装箱7，所述电机安装箱7内安装有无刷直流电机8，所述中空式活塞杆6的底部设置有第二密封盖9，所述中空式活塞杆6上固定连接有活塞10，所述活塞10将工作缸筒1的内腔分隔为位于活塞10上部的活塞上腔和位于活塞10下部的活塞下腔，所述活塞10上设置有伸张阀11和流通阀12，所述工作缸筒1与储油缸筒2之间设置有中间缸筒13，所述中间缸筒13与工作缸筒1的活塞上腔通过设置在工作缸筒1上的第一节流通道14相连通，所述中间缸筒13与储油缸筒2通过第二节流通道15相连通，所述第二节流通道15上设置有比例电磁阀16，所述工作缸筒1、储油缸筒2和中间缸筒13内均设置有液压油，所述中空式活塞杆6内设置有向下穿出第二密封盖9且与工作缸筒1底部固定连接的套筒17，所述套筒17的顶端设置有丝杠螺母18，所述套筒17内设置有滚珠丝杠19，所述滚珠丝杠19的上端穿过丝杠螺母18且通过联轴器20与无刷直流电机8的输出轴连接，所述中空式活塞杆6下端口内与套筒17间设置有且用于对中空式活塞杆6沿套筒17的上下运动进行导向的下导向座21，所述下导向座21下部设置有套装在套筒17上的密封圈22，所述工作缸筒1上端口内与中空式活塞杆6间设置有且用于对中空式活塞杆6沿工作缸筒1的上下运动进行导向的上导向座23，所述上导向座23的上部设置有套装在中空式活塞杆6上的上油封24和位于上油封24上方的防尘圈25，所述上导向座23的底部设置有套装在中空式活塞杆6上的弹簧固定座26，所述活塞10的上部设置有套装在中空式活塞杆6上的弹簧支撑座27，所述弹簧固定座26与弹簧支撑座27之间设置有螺旋弹簧28；所述作动器控制系统包括控制器31和存储转换后的电能且为所述作动器控制系统中各用电单元供电的超级电容组30，所述控制器31的输入端接有用于检测车身速度的车身速度传感器32、用于检测非簧载质量速度的非簧载质量速度传感器33、用于检测簧载质量速度进的簧载质量速度传感器34和用于检测比例电磁阀16输入电流的电流传感器35，所述控制器31的输出端接有电磁阀驱动电路36、电机驱动电路37、DC/DC转换电路38、第一继电器39、第二继电器40、第三继电器41和第四继电器42，以及为电磁阀驱动电路36供电的第一可变电压源电路43和为电机驱动电路37供电的第二可变电压源电路44；所述第一继电器39接在超级电容组30为第一可变电压源电路43供电的供电回路中，所述第二继电器40接在超级电容组30为第二可变电压源电路44供电的供电回路中，所述第四继电器42与无刷直流电机8的输入端连接，所述电机驱动电路37的输出端接有三相桥式功率逆变电路45，所述无刷直流电机8与三相桥式功率逆变电路45的输出端连接，所述无刷直流电机8的输出端接有整流滤波电路46，所述整流滤波电路46与控制器31的输入端连接，所述整流滤波电路46通过第三继电器41与DC/DC转换电路38连接，所述DC/DC转换电路38与超级电容组30的输入端连接。
具体实施时，工作缸筒1和中间缸筒13通过螺栓固定连接。
本实施例中，所述套筒17与工作缸筒1的连接处设置有第一垫片51。
本实施例中，所述工作缸筒1的中轴处与储油缸筒2的中轴处连接有支撑轴52，所述支撑轴52与工作缸筒1的底部螺纹连接，且在螺纹连接处设置有紧固螺母53，所述支撑轴52与储油缸筒2的连接处设置有第二垫片54。
本实施例中，所述电机安装箱7的顶部固定连接有上吊耳55，所述储油缸筒2的底部固定连接有下吊耳56。
具体实施时，上吊耳55焊接在电机安装箱7的顶部，下吊耳56焊接在储油缸筒2的底部。
本发明的馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、检测实时数据
所述车身速度传感器32对车身速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器33对非簧载质量速度进行实时检测，簧载质量速度传感器34对簧载质量速度进行实时检测，电流传感器35对比例电磁阀16的输入电流进行实时检测；
步骤二、周期采样
所述控制器31分别对步骤一中车身速度、非簧载质量速度和簧载质量速度的检测值进行周期性采样，并将第i次采样得到的车速信号记作vi，第i次采样得到的非簧载质量速度记作
Figure BDA0002322904690000111
将第i次采样得到的簧载质量速度记作
Figure BDA0002322904690000112
其中，i的取值为非零自然数；
步骤三、采样信号分析处理
所述控制器31对车速信号vi进行分析处理，当vi≤30km/h或90＜vi≤120km/h时，执行步骤四；当30＜vi≤60km/h时，执行步骤五；当60＜vi≤90km/h时，执行步骤六；
步骤四、所述控制器31对作动器进行主动控制；
步骤五、所述控制器31对作动器进行半主动控制；
步骤六、所述控制器31对作动器进行馈能控制。
本方法中，步骤四中所述控制器31对作动器进行主动控制的具体步骤为：
步骤A1、所述控制器31对其第i次采样得到的车速信号vi、第i次采样得到的簧载质量速度
Figure BDA0002322904690000116
进行分析处理，根据天棚控制算法计算公式
Figure BDA0002322904690000113
计算得到第i次采样得到的车速信号vi和簧载质量速度
Figure BDA0002322904690000114
对应的车辆悬架天棚控制下的主动控制力Fi，其中，csky为天棚控制阻尼系数；
步骤A2、所述控制器31根据公式
Figure BDA0002322904690000115
计算得到第i次采样时直流无刷电机8的输入电流Ii，其中，L为滚珠丝杠19的导程，KT为直流无刷电机8的电磁转矩系数；
步骤A3、所述控制器31控制第二继电器40接通，第一继电器39、第三继电器41和第四继电器42均处于未接通状态，比例电磁阀16不工作，超级电容组30给第二可变电压源电路44供电，第二可变电压源电路44给电机驱动电路37供电驱动直流无刷电机8工作，当作动器处于压缩运动状态时，控制器31通过电机驱动电路37驱动直流无刷电机8的输出轴逆时针旋转，直流无刷电机8带动滚珠丝杠19逆时针旋转，滚珠丝杠19与丝杠螺母18相对转动，带动中空式活塞杆6下移，中空式活塞杆6带动活塞10下移，活塞下腔容积减小，压力升高，流通阀12打开，活塞下腔内的液压油经流通阀12进入活塞上腔内，同时，压缩阀4打开，活塞下腔内的液压油经压缩阀4进入储油缸筒2内，从而产生压缩阻尼，作动器提供向下的主动控制力并传递给车身；当作动器处于伸张运动状态时，控制器31通过电机驱动电路37驱动直流无刷电机8的输出轴顺时针旋转，直流无刷电机8带动滚珠丝杠19顺时针旋转，滚珠丝杠19与丝杠螺母18相对转动，带动中空式活塞杆6上移，中空式活塞杆6带动活塞10上移，活塞上腔容积减小，压力升高，流通阀12打开，活塞上腔内的液压油经流通阀12进入活塞下腔内，同时，补偿阀5打开，储油缸筒2内的液压油经补偿阀5进入活塞下腔内，从而产生复原阻尼，作动器提供向上的主动控制力并传递给车身，实现主动控制。
本方法中，步骤五中所述控制器31对作动器进行半主动控制的具体过程为：所述控制器31通过控制滚珠丝杠19进行半主动控制，同时，通过控制比例电磁阀16进行阻尼控制；
其中，所述控制器31通过控制滚珠丝杠19进行半主动控制的具体步骤为：
步骤B1、所述控制器31计算
Figure BDA0002322904690000121
的大小；
步骤B2、所述控制器31将的计算结果与0进行比较，当
Figure BDA0002322904690000123
时，判断为滚珠丝杠19处于半主动工作模式；当
Figure BDA0002322904690000124
时，判断为滚珠丝杠19处于馈能工作模式；
当滚珠丝杠19处于半主动工作模式时，控制器31通过控制直流无刷电机8回路中的等效电阻，改变电机的电磁力矩，输出一个可控的阻尼力
Figure BDA0002322904690000125
实现滚珠丝杠作动器的半主动控制，其中，Rn为馈能电路等效电阻，KT为电机的电磁转矩系数,L为滚珠丝杠的导程；
当滚珠丝杠19处于馈能工作模式时，直流无刷电机8作为发电机工作，悬架系统被动馈能时的瞬时馈能功率P馈能为：
Figure BDA0002322904690000126
式中，Rn为馈能电路等效电阻；悬架系统被动馈能时的馈能能量W馈能为：
Figure BDA0002322904690000131
步骤B3、所述控制器31控制第三继电器41和第四继电器42通电，无刷直流电机8产生的电能经整流滤波电路46将交流电转化为直流电，再经DC/DC转换电路38升压后向超级电容组30充电，实现振动能量的回收；
其中，通过控制比例电磁阀16进行阻尼控制的具体步骤为：
步骤C1、所述控制器31根据公式
Figure BDA0002322904690000132
计算得到第i次采样得到的车速信号vi、簧载质量速度
Figure BDA0002322904690000133
和非簧载质量
Figure BDA0002322904690000134
对应的车辆悬架天棚控制下的阻尼力Fi。
步骤C2、所述控制器31根据公式
Figure BDA0002322904690000135
计算得到电磁阀减振器在该速度vi下所需的输入电流ii，进而调节比例电磁阀16的开度，实现对所述车辆主动悬架阻尼力大小的实时调节,其中，bj为阻尼力拟合的常数项系数且取值为500～1.5×106，cj为阻尼力拟合的一次项系数且取值为-1×106～-500，j的取值为0～5的整数；
步骤C3、所述控制器31控制第一继电器39通电，超级电容组30给第一可变电压源电路43供电，控制第一可变电压源电路43输出电流为ii，供给电磁阀驱动电路36，同时，电流传感器35对比例电磁阀16的输入电流进行实时检测，并将采集的数据反馈给控制器31，比例电磁阀16根据输入电流ii的大小调节电磁阀阀芯的开度大小，对阻尼进行调节。
本方法中，步骤六中所述控制器31对作动器进行馈能控制的具体过程为：所述控制器31通过控制比例电磁阀16进行半主动控制，同时，通过控制滚珠丝杠19进行纯馈能控制；
其中，所述控制器31通过控制滚珠丝杠19进行纯馈能控制的具体过程为：所述控制器31控制第三继电器41和第四继电器42通电，直流无刷电机8作为发电机工作，当中空式活塞杆6下移或上移，通过丝杠螺母18带动滚珠丝杠19旋转，滚珠丝杠19带动直流无刷电机8的输出轴旋转，无刷直流电机8进行发电，无刷直流电机8产生的电能经整流滤波电路46将交流电转化为直流电，再经DC/DC转换电路38升压后向超级电容组30充电，实现振动能量的回收。
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)

1.一种馈能型阻尼连续可调式作动器，包括作动器本体和作动器控制系统，所述作动器本体包括工作缸筒(1)和套装在工作缸筒(1)外部的储油缸筒(2)，以及设置在储油缸筒(2)顶部开口的第一密封盖(3)，所述工作缸筒(1)底部设置有压缩阀(4)和补偿阀(5)，所述工作缸筒(1)内设置有向上穿出第一密封端盖(3)外部的中空式活塞杆(6)，所述中空式活塞杆(6)的顶部固定连接有电机安装箱(7)，所述电机安装箱(7)内安装有无刷直流电机(8)，所述中空式活塞杆(6)的底部设置有第二密封盖(9)，所述中空式活塞杆(6)上固定连接有活塞(10)，所述活塞(10)将工作缸筒(1)的内腔分隔为位于活塞(10)上部的活塞上腔和位于活塞(10)下部的活塞下腔，所述活塞(10)上设置有伸张阀(11)和流通阀(12)，其特征在于：所述工作缸筒(1)与储油缸筒(2)之间设置有中间缸筒(13)，所述中间缸筒(13)与工作缸筒(1)的活塞上腔通过设置在工作缸筒(1)上的第一节流通道(14)相连通，所述中间缸筒(13)与储油缸筒(2)通过第二节流通道(15)相连通，所述第二节流通道(15)上设置有比例电磁阀(16)，所述工作缸筒(1)、储油缸筒(2)和中间缸筒(13)内均设置有液压油，所述中空式活塞杆(6)内设置有向下穿出第二密封盖(9)且与工作缸筒(1)底部固定连接的套筒(17)，所述套筒(17)的顶端设置有丝杠螺母(18)，所述套筒(17)内设置有滚珠丝杠(19)，所述滚珠丝杠(19)的上端穿过丝杠螺母(18)且通过联轴器(20)与无刷直流电机(8)的输出轴连接，所述中空式活塞杆(6)下端口内与套筒(17)间设置有且用于对中空式活塞杆(6)沿套筒(17)的上下运动进行导向的下导向座(21)，所述下导向座(21)下部设置有套装在套筒(17)上的密封圈(22)，所述工作缸筒(1)上端口内与中空式活塞杆(6)间设置有且用于对中空式活塞杆(6)沿工作缸筒(1)的上下运动进行导向的上导向座(23)，所述上导向座(23)的上部设置有套装在中空式活塞杆(6)上的上油封(24)和位于上油封(24)上方的防尘圈(25)，所述上导向座(23)的底部设置有套装在中空式活塞杆(6)上的弹簧固定座(26)，所述活塞(10)的上部设置有套装在中空式活塞杆(6)上的弹簧支撑座(27)，所述弹簧固定座(26)与弹簧支撑座(27)之间设置有螺旋弹簧(28)；
所述作动器控制系统包括控制器(31)和存储转换后的电能且为所述作动器控制系统中各用电单元供电的超级电容组(30)，所述控制器(31)的输入端接有用于检测车身速度的车身速度传感器(32)、用于检测非簧载质量速度的非簧载质量速度传感器(33)、用于检测簧载质量速度进的簧载质量速度传感器(34)和用于检测比例电磁阀(16)输入电流的电流传感器(35)，所述控制器(31)的输出端接有电磁阀驱动电路(36)、电机驱动电路(37)、DC/DC转换电路(38)、第一继电器(39)、第二继电器(40)、第三继电器(41)和第四继电器(42)，以及为电磁阀驱动电路(36)供电的第一可变电压源电路(43)和为电机驱动电路(37)供电的第二可变电压源电路(44)；所述第一继电器(39)接在超级电容组(30)为第一可变电压源电路(43)供电的供电回路中，所述第二继电器(40)接在超级电容组(30)为第二可变电压源电路(44)供电的供电回路中，所述第四继电器(42)与无刷直流电机(8)的输入端连接，所述电机驱动电路(37)的输出端接有三相桥式功率逆变电路(45)，所述无刷直流电机(8)与三相桥式功率逆变电路(45)的输出端连接，所述无刷直流电机(8)的输出端接有整流滤波电路(46)，所述整流滤波电路(46)与控制器(31)的输入端连接，所述整流滤波电路(46)通过第三继电器(41)与DC/DC转换电路(38)连接，所述DC/DC转换电路(38)与超级电容组(30)的输入端连接。
2.按照权利要求1所述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，其特征在于：所述套筒(17)与工作缸筒(1)的连接处设置有第一垫片(51)。
3.按照权利要求1所述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，其特征在于：所述工作缸筒(1)的中轴处与储油缸筒(2)的中轴处连接有支撑轴(52)，所述支撑轴(52)与工作缸筒(1)的底部螺纹连接，且在螺纹连接处设置有紧固螺母(53)，所述支撑轴(52)与储油缸筒(2)的连接处设置有第二垫片(54)。
4.按照权利要求1所述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器，其特征在于：所述电机安装箱(7)的顶部固定连接有上吊耳(55)，所述储油缸筒(2)的底部固定连接有下吊耳(56)。
5.一种对权利要求1所述的馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、检测实时数据
所述车身速度传感器(32)对车身速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器(33)对非簧载质量速度进行实时检测，簧载质量速度传感器(34)对簧载质量速度进行实时检测，电流传感器(35)对比例电磁阀(16)的输入电流进行实时检测；
步骤二、周期采样
所述控制器(31)分别对步骤一中车身速度、非簧载质量速度和簧载质量速度的检测值进行周期性采样，并将第i次采样得到的车速信号记作vi，第i次采样得到的非簧载质量速度记作
Figure FDA0002322904680000031
将第i次采样得到的簧载质量速度记作
Figure FDA0002322904680000032
其中，i的取值为非零自然数；
步骤三、采样信号分析处理
所述控制器(31)对车速信号vi进行分析处理，当vi≤30km/h或90＜vi≤120km/h时，执行步骤四；当30＜vi≤60km/h时，执行步骤五；当60＜vi≤90km/h时，执行步骤六；
步骤四、所述控制器(31)对作动器进行主动控制；
步骤五、所述控制器(31)对作动器进行半主动控制；
步骤六、所述控制器(31)对作动器进行馈能控制。
6.按照权利要求5所述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，其特征在于：步骤四中所述控制器(31)对作动器进行主动控制的具体步骤为：
步骤A1、所述控制器(31)对其第i次采样得到的车速信号vi、第i次采样得到的簧载质量速度
Figure FDA0002322904680000041
进行分析处理，根据天棚控制算法计算公式
Figure FDA0002322904680000042
计算得到第i次采样得到的车速信号vi和簧载质量速度
Figure FDA0002322904680000043
对应的车辆悬架天棚控制下的主动控制力Fi，其中，csky为天棚控制阻尼系数；
步骤A2、所述控制器(31)根据公式
Figure FDA0002322904680000044
计算得到第i次采样时直流无刷电机(8)的输入电流Ii，其中，L为滚珠丝杠(19)的导程，KT为直流无刷电机(8)的电磁转矩系数；
步骤A3、所述控制器(31)控制第二继电器(40)接通，第一继电器(39)、第三继电器(41)和第四继电器(42)均处于未接通状态，比例电磁阀(16)不工作，超级电容组(30)给第二可变电压源电路(44)供电，第二可变电压源电路(44)给电机驱动电路(37)供电驱动直流无刷电机(8)工作，当作动器处于压缩运动状态时，控制器(31)通过电机驱动电路(37)驱动直流无刷电机(8)的输出轴逆时针旋转，直流无刷电机(8)带动滚珠丝杠(19)逆时针旋转，滚珠丝杠(19)与丝杠螺母(18)相对转动，带动中空式活塞杆(6)下移，中空式活塞杆(6)带动活塞(10)下移，活塞下腔容积减小，压力升高，流通阀(12)打开，活塞下腔内的液压油经流通阀(12)进入活塞上腔内，同时，压缩阀(4)打开，活塞下腔内的液压油经压缩阀(4)进入储油缸筒(2)内，从而产生压缩阻尼，作动器提供向下的主动控制力并传递给车身；当作动器处于伸张运动状态时，控制器(31)通过电机驱动电路(37)驱动直流无刷电机(8)的输出轴顺时针旋转，直流无刷电机(8)带动滚珠丝杠(19)顺时针旋转，滚珠丝杠(19)与丝杠螺母(18)相对转动，带动中空式活塞杆(6)上移，中空式活塞杆(6)带动活塞(10)上移，活塞上腔容积减小，压力升高，流通阀(12)打开，活塞上腔内的液压油经流通阀(12)进入活塞下腔内，同时，补偿阀(5)打开，储油缸筒(2)内的液压油经补偿阀(5)进入活塞下腔内，从而产生复原阻尼，作动器提供向上的主动控制力并传递给车身，实现主动控制。
7.按照权利要求5所述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，其特征在于：步骤五中所述控制器(31)对作动器进行半主动控制的具体过程为：所述控制器(31)通过控制滚珠丝杠(19)进行半主动控制，同时，通过控制比例电磁阀(16)进行阻尼控制；
其中，所述控制器(31)通过控制滚珠丝杠(19)进行半主动控制的具体步骤为：
步骤B1、所述控制器(31)计算
Figure FDA0002322904680000051
的大小；
步骤B2、所述控制器(31)将
Figure FDA0002322904680000052
的计算结果与0进行比较，当
Figure FDA0002322904680000053
时，判断为滚珠丝杠(19)处于半主动工作模式；当
Figure FDA0002322904680000054
时，判断为滚珠丝杠(19)处于馈能工作模式；
当滚珠丝杠(19)处于半主动工作模式时，控制器(31)通过控制直流无刷电机(8)回路中的等效电阻，改变电机的电磁力矩，输出一个可控的阻尼力
Figure FDA0002322904680000055
实现滚珠丝杠作动器的半主动控制，其中，Rn为馈能电路等效电阻，KT为电机的电磁转矩系数,L为滚珠丝杠的导程；
当滚珠丝杠(19)处于馈能工作模式时，直流无刷电机(8)作为发电机工作，悬架系统被动馈能时的瞬时馈能功率P馈能为：
Figure FDA0002322904680000056
式中，Rn为馈能电路等效电阻；悬架系统被动馈能时的馈能能量W馈能为：
Figure FDA0002322904680000057
步骤B3、所述控制器(31)控制第三继电器(41)和第四继电器(42)通电，无刷直流电机(8)产生的电能经整流滤波电路(46)将交流电转化为直流电，再经DC/DC转换电路(38)升压后向超级电容组(30)充电，实现振动能量的回收；
其中，通过控制比例电磁阀(16)进行阻尼控制的具体步骤为：
步骤C1、所述控制器(31)根据公式
Figure FDA0002322904680000058
计算得到第i次采样得到的车速信号vi、簧载质量速度
Figure FDA0002322904680000059
和非簧载质量
Figure FDA00023229046800000510
对应的车辆悬架天棚控制下的阻尼力Fi。
步骤C2、所述控制器(31)根据公式
Figure FDA0002322904680000061
计算得到电磁阀减振器在该速度vi下所需的输入电流ii，进而调节比例电磁阀(16)的开度，实现对所述车辆主动悬架阻尼力大小的实时调节,其中，bj为阻尼力拟合的常数项系数且取值为500～1.5×106，cj为阻尼力拟合的一次项系数且取值为-1×106～-500，j的取值为0～5的整数；
步骤C3、所述控制器(31)控制第一继电器(39)通电，超级电容组(30)给第一可变电压源电路(43)供电，控制第一可变电压源电路(43)输出电流为ii，供给电磁阀驱动电路(36)，同时，电流传感器(35)对比例电磁阀(16)的输入电流进行实时检测，并将采集的数据反馈给控制器(31)，比例电磁阀(16)根据输入电流ii的大小调节电磁阀阀芯的开度大小，对阻尼进行调节。
8.按照权利要求5所述的一种馈能型阻尼连续可调式作动器的控制方法，其特征在于：步骤六中所述控制器(31)对作动器进行馈能控制的具体过程为：所述控制器(31)通过控制比例电磁阀(16)进行半主动控制，同时，通过控制滚珠丝杠(19)进行纯馈能控制；
其中，所述控制器(31)通过控制滚珠丝杠(19)进行纯馈能控制的具体过程为：所述控制器(31)控制第三继电器(41)和第四继电器(42)通电，直流无刷电机(8)作为发电机工作，当中空式活塞杆(6)下移或上移，通过丝杠螺母(18)带动滚珠丝杠(19)旋转，滚珠丝杠(19)带动直流无刷电机(8)的输出轴旋转，无刷直流电机(8)进行发电，无刷直流电机(8)产生的电能经整流滤波电路(46)将交流电转化为直流电，再经DC/DC转换电路(38)升压后向超级电容组(30)充电，实现振动能量的回收。
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