CN111391594B - 新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统 - Google Patents

新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111391594B
CN111391594B CN202010229201.4A CN202010229201A CN111391594B CN 111391594 B CN111391594 B CN 111391594B CN 202010229201 A CN202010229201 A CN 202010229201A CN 111391594 B CN111391594 B CN 111391594B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electromechanical
mechanical
suspension
inertial container
compensation control
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.)
Active
Application number
CN202010229201.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111391594A (zh
Inventor
张红党
陈松
杨宏图
沈钰杰
张凤娇
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.)
Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology
Original Assignee
Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology
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 Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology filed Critical Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology
Priority to CN202010229201.4A priority Critical patent/CN111391594B/zh
Publication of CN111391594A publication Critical patent/CN111391594A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111391594B publication Critical patent/CN111391594B/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
    • B60G17/0152—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 action on a particular type of suspension unit
    • B60G17/0157—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 action on a particular type of suspension unit non-fluid unit, e.g. electric motor

Abstract

本发明涉及一种新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统，其中新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法包括：步骤S1，确定悬架系统动力学模型；步骤S2，确定悬架系统元件非线性因素；步骤S3，确定机电装置工作原理及动力学模型；步骤S4，根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流；以及步骤S5，仿真分析悬架动态性能；本发明的新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法可有效减小机电悬架中受机械元件非线性因素的影响，使得机电悬架的力学输出更加逼近理想输出，有效提升了悬架系统的减振性能，且控制方法易于工程实现。

Description

新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统。
背景技术
随着汽车电动化进程的推进，对新能源汽车底盘技术的电动化提出了更高的要求，作为汽车底盘的重要组成部分，汽车悬架对车辆的行驶平顺性和道路友好性起着至关重要的作用。
近年来，针对汽车不同行驶工程的要求，国内外学者及汽车厂家推出半主动和主动悬架技术方案，可根据路况信息调节悬架的弹簧刚度及阻尼系数，或者改变最优输出力。同时，应用惯容器的新型车辆ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架系统由于性能优越，受到广泛关注。然而，由于惯容器元件的非线性因素，比如，受摩擦力、弹性效应及背隙等，使得其实际的力学性能输出与理想力学性能输出存在差异，导致隔振性能受到影响。因此，为了减小惯容器机械非线性因素的影响，需要提出一种力学输出补偿控制方法，提升悬架系统的减振性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法，包括：步骤S1，确定悬架系统动力学模型；步骤S2，确定悬架系统元件非线性因素；步骤S3，确定机电装置工作原理及动力学模型；步骤S4，根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流；以及步骤S5，仿真分析悬架动态性能。
进一步，所述步骤S1中的悬架系统动力学模型包括：非线性机械网络惯容器元件。
进一步，所述步骤S2确定悬架系统元件非线性因素的方法包括：假定所述非线性机械网络惯容器元件为滚珠丝杠式的机电惯容器，则非线性因素包括：摩擦力和丝杠的弹性效应；
所述机电惯容器的输出力Fb为：
Figure BDA0002428761150000021
其中，fb为机电惯容器中机械式惯容器的非线性摩擦力；zs、zu分别为车身、轮胎的垂直位移；b为机械式惯容器；fe为机电惯容器外端电路控制力；kb为机电惯容器非线性弹簧刚度；cb为机电惯容器非线性阻尼系数；zb为机电惯容器垂向位移。
进一步，所述非线性摩擦力是与机电惯容器两端点的速度有关的库仑摩擦力，适于采用低频三角波激励的方式获得；以及所述悬架系统动力学模型的非线性模型参数适于通过参数辨识或优化获得。
进一步，所述步骤S3确定机电装置工作原理及动力学模型的方法包括：确定机电惯容器的类型；
所述机电惯容器的类型为单电机耦合型或平动式惯容器-电机耦合型或旋转式惯容器-电机耦合型。
进一步，所述步骤S4根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流的方法包括：
根据机电惯容器的输出力Fb计算公式，得到机电惯容器外端电路控制力fe为：
Figure BDA0002428761150000031
其中，Fidea为机电惯容器两端点的理想输出力。
进一步，所述步骤S4根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流的方法还包括：
当机电惯容器为单电机耦合型机电惯容器时，力学输出补偿控制电流I1：
Figure BDA0002428761150000032
当机电惯容器为平动式惯容器-电机耦合型机电惯容器时，力学输出补偿控制电流I2为：
Figure BDA0002428761150000033
当机电惯容器为旋转式惯容器-电机耦合型机电惯容器时，力学输出补偿控制电流I3为：
Figure BDA0002428761150000034
其中，S1/S2为平动式惯容器运动转换系数；P为滚珠丝杠副导程；kt为电机力矩系数或推力系数。
又一方面，本发明还提供了一种新能源车用机电悬架力学系统，所述机电悬架力学系统采用如前所述的新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法进行力学补偿。
本发明的有益效果是，本发明的新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统可有效减小机电悬架中受机械元件非线性因素的影响，使得机电悬架的力学输出更加逼近理想输出，有效提升了悬架系统的减振性能，且控制方法易于工程实现。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法流程图；
图2为本发明车辆四分之一悬架模型；
图3为本发明机电惯容器非线性模型示意图；
图4为本发明非线性摩擦力的力学响应图；
图5为本发明车速为20m/s情况下车身加速度的响应图；
图6为本发明车速为20m/s情况下悬架动行程的响应图；
图7为本发明车速为20m/s情况下轮胎动载荷的响应图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法，包括：步骤S1，确定悬架系统动力学模型；步骤S2，确定悬架系统元件非线性因素；步骤S3，确定机电装置工作原理及动力学模型；步骤S4，根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流；以及步骤S5，仿真分析悬架动态性能。
进一步，所述步骤S1中的悬架系统动力学模型包括：非线性机械网络惯容器元件。
具体的，本实施例以车辆四分之一悬架系统动力学模型为例，如图2所示，图中，ms为簧载质量；mu为非簧载质量；K为悬架支撑弹簧；c为阻尼器；be为机电惯容器；Kt为轮胎刚度；zs、zu、zr分别为车身、轮胎、路面的垂直位移；其中，悬架支撑弹簧、阻尼器和机电惯容器三元件为并联结构。
根据对悬架系统的受力分析，得到其动力学运动微分方程为：
Figure BDA0002428761150000051
Figure BDA0002428761150000052
其中，Fb为机电惯容器两端点的力。
如图3所示，所述步骤S2确定悬架系统元件非线性因素的方法包括：假定所述非线性机械网络惯容器元件为滚珠丝杠式的机电惯容器，则非线性因素包括：摩擦力和丝杠的弹性效应；
所述机电惯容器的输出力Fb为：
Figure BDA0002428761150000053
其中，fb为机电惯容器中机械式惯容器的非线性摩擦力；zs、zu分别为车身、轮胎的垂直位移；b为机械式惯容器；fe为机电惯容器外端电路控制力；kb为机电惯容器非线性弹簧刚度；cb为机电惯容器非线性阻尼系数；zb为机电惯容器垂向位移。
进一步，所述非线性摩擦力是与机电惯容器两端点的速度v有关的库仑摩擦力，适于采用低频三角波激励的方式获得，本实施例中选择0.1Hz，位移为10mm的三角波输入，其力学响应图如图4所示；以及所述悬架系统动力学模型的非线性模型参数适于通过参数辨识或优化获得，在本实施例中，b为130kg，kb为13000N/m，cb为1200Ns/m，此时悬架系统的车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷响应均方根值相较于理想模型有所恶化，分别增加了5.2％，6.1％和8.9％。
所述步骤S3确定机电装置工作原理及动力学模型的方法包括：确定机电惯容器的类型；所述机电惯容器的类型为单电机耦合型或平动式惯容器-电机耦合型或旋转式惯容器-电机耦合型。
具体的，三种不同类型的机电惯容器的机电网络参数耦合匹配关系如表1所示。
表1不同类型的机电惯容器的机电网络参数耦合匹配关系
Figure BDA0002428761150000061
表1中，C0为电容器，R0为电阻器，L0为电感器，b0为惯容器，c0为阻尼器，k0为弹簧元件；Km为机电惯容器装置的转换系数，P为滚珠丝杠副导程，S1/S2为平动式惯容器运动转换系数，ke为电机的电动势系数，kt为力矩系数或推力系数。
所述步骤S4根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流的方法包括：
根据机电惯容器的输出力Fb计算公式，得到机电惯容器外端电路控制力fe为：
Figure BDA0002428761150000062
其中，Fidea为机电惯容器两端点的理想输出力。
进一步，所述步骤S4根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流的方法还包括：
当机电惯容器为单电机耦合型机电惯容器时，力学输出补偿控制电流I1：
Figure BDA0002428761150000071
当机电惯容器为平动式惯容器-电机耦合型机电惯容器时，力学输出补偿控制电流I2为：
Figure BDA0002428761150000072
当机电惯容器为旋转式惯容器-电机耦合型机电惯容器时，力学输出补偿控制电流I3为：
Figure BDA0002428761150000073
其中，S1/S2为平动式惯容器运动转换系数；P为滚珠丝杠副导程；kt为电机力矩系数或推力系数。
步骤S5仿真分析悬架动态性能的方法包括：
在步骤S1构建的四分之一车辆悬架动力学模型的基础上，以随机型路面输入模型为例，选取行驶车速与路面不平度系数作为变参数。路面模型的表达式为：
Figure BDA0002428761150000074
式中，u是行驶车速，zr(t)是路面的不平度的垂向输入位移，Gq(n0)是路面不平度系数，w(t)是白噪声信号。
图5、图6和图7分别给出了车速为20m/s情况下车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的响应图。
可以看出，相较于非线性悬架系统，采用本发明提出的力学输出补偿控制方法的机电悬架，车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的响应指标均显著小于非线性悬架系统，减小了非线性因素的影响。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种新能源车用机电悬架力学系统，所述机电悬架力学系统采用如实施例1所述的新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法进行力学补偿。
具体的，所述新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法具体见实施例1的描述，此处不作赘述。
综上所述，本发明的新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统，可有效解决悬架系统力学输出受元件非线性因素的影响，实现理想的力学性能输出，从而提升悬架系统的减振性能。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1，确定悬架系统动力学模型；
步骤S2，确定悬架系统元件非线性因素；
步骤S3，确定机电装置工作原理及动力学模型；
步骤S4，根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流；以及
步骤S5，仿真分析悬架动态性能；
所述步骤S1中的悬架系统动力学模型包括：非线性机械网络惯容器元件；
所述步骤S2确定悬架系统元件非线性因素的方法包括：
假定所述非线性机械网络惯容器元件为滚珠丝杠式的机电惯容器，则非线性因素包括：摩擦力和丝杠的弹性效应；
所述机电惯容器的输出力Fb为：
Figure FDA0003923724570000011
其中，fb为机电惯容器中机械式惯容器的非线性摩擦力；zs、zu分别为车身、轮胎的垂直位移；b为机械式惯容器；fe为机电惯容器外端电路控制力；kb为机电惯容器非线性弹簧刚度；cb为机电惯容器非线性阻尼系数；zb为机电惯容器垂向位移；
所述非线性摩擦力是与机电惯容器两端点的速度有关的库仑摩擦力，适于采用低频三角波激励的方式获得；以及
所述悬架系统动力学模型的非线性模型参数适于通过参数辨识或优化获得；
所述步骤S3确定机电装置工作原理及动力学模型的方法包括：确定机电惯容器的类型；
所述机电惯容器的类型为单电机耦合型或平动式惯容器-电机耦合型或旋转式惯容器-电机耦合型；
所述步骤S4根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流的方法包括：
根据机电惯容器的输出力Fb计算公式，得到机电惯容器外端电路控制力fe为：
Figure FDA0003923724570000021
其中，Fidea为机电惯容器两端点的理想输出力；
所述步骤S4根据元件理想输出力学特性，计算补偿控制电流的方法还包括：
当机电惯容器为单电机耦合型机电惯容器时，力学输出补偿控制电流I1：
Figure FDA0003923724570000022
当机电惯容器为平动式惯容器-电机耦合型机电惯容器时，力学输出补偿控制电流I2为：
Figure FDA0003923724570000023
当机电惯容器为旋转式惯容器-电机耦合型机电惯容器时，力学输出补偿控制电流I3为：
Figure FDA0003923724570000024
其中，S1/S2为平动式惯容器运动转换系数；P为滚珠丝杠副导程；kt为电机力矩系数或推力系数。
2.一种新能源车用机电悬架系统，其特征在于，所述机电悬架系统采用如权利要求1项所述的新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法进行力学补偿。
CN202010229201.4A 2020-03-27 2020-03-27 新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统 Active CN111391594B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010229201.4A CN111391594B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010229201.4A CN111391594B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111391594A CN111391594A (zh) 2020-07-10
CN111391594B true CN111391594B (zh) 2023-01-17

Family

ID=71425886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010229201.4A Active CN111391594B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111391594B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111923679B (zh) * 2020-07-27 2022-03-18 江苏大学 基于稳定性切换理论的车辆isd半主动悬架pid时滞切换补偿控制方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008138067A1 (en) * 2007-05-15 2008-11-20 University Of Technology, Sydney A method and system for estimating parameters of a vehicle
CN103310059A (zh) * 2013-06-17 2013-09-18 江苏大学 一种滚珠丝杠式惯容器力学性能的仿真方法
CN105162278A (zh) * 2015-07-31 2015-12-16 中国人民解放军国防科学技术大学 一种可主动控制惯质系数的机电惯容器及其控制方法
CN105447262A (zh) * 2015-12-14 2016-03-30 江苏大学 一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法
CN108896326A (zh) * 2018-06-15 2018-11-27 江苏大学 一种应用机电惯容器的车辆isd悬架参数选型与测试工况设计方法
CN109334376A (zh) * 2018-09-11 2019-02-15 江苏大学 磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统及其构造方法
CN109398020A (zh) * 2018-09-19 2019-03-01 江苏大学 一种基于非线性模型的车辆液电耦合式isd悬架的预测控制方法
CN110744980A (zh) * 2019-11-06 2020-02-04 西安科技大学 一种多模式复合式馈能型悬架作动器及其控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008138067A1 (en) * 2007-05-15 2008-11-20 University Of Technology, Sydney A method and system for estimating parameters of a vehicle
CN103310059A (zh) * 2013-06-17 2013-09-18 江苏大学 一种滚珠丝杠式惯容器力学性能的仿真方法
CN105162278A (zh) * 2015-07-31 2015-12-16 中国人民解放军国防科学技术大学 一种可主动控制惯质系数的机电惯容器及其控制方法
CN105447262A (zh) * 2015-12-14 2016-03-30 江苏大学 一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法
CN108896326A (zh) * 2018-06-15 2018-11-27 江苏大学 一种应用机电惯容器的车辆isd悬架参数选型与测试工况设计方法
CN109334376A (zh) * 2018-09-11 2019-02-15 江苏大学 磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统及其构造方法
CN109398020A (zh) * 2018-09-19 2019-03-01 江苏大学 一种基于非线性模型的车辆液电耦合式isd悬架的预测控制方法
CN110744980A (zh) * 2019-11-06 2020-02-04 西安科技大学 一种多模式复合式馈能型悬架作动器及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
车辆主动惯容式动力吸振悬架系统研究;葛正等;《振动与冲击》;20171231;第167-174页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111391594A (zh) 2020-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3722128B2 (ja) 車両用電磁サスペンション装置と車両用電磁サスペンション装置のモータ制御方法
Kawamoto et al. Modeling of electromagnetic damper for automobile suspension
Sun et al. Performance investigation of vehicle suspension system with nonlinear ball-screw inerter
CN111336210B (zh) 一种基于负刚度和可变阻尼的混合振动控制装置、方法及应用
CN112757860B (zh) 基于nmpc的轮毂直驱空气悬架系统及协同控制方法
CN105172511B (zh) 一种汽车悬架减振器控制系统及方法
CN109733152B (zh) 一种可断开式汽车半主动横向稳定杆系统及控制方法
CN110597063A (zh) 基于非线性扩张状态观测器的主动悬挂输出反馈控制方法
CN111391594B (zh) 新能源车用机电悬架力学输出补偿控制方法及力学系统
CN102582389A (zh) 一种基于虚拟阻尼的车辆悬架控制方法
Yu et al. Parallel active link suspension: A quarter-car experimental study
Li et al. Equivalent circuit modeling of vehicle dynamics with regenerative shock absorbers
Stribrsky et al. Energy recuperation in automotive active suspension systems with linear electric motor
CN113253614B (zh) 控制非线性闭环系统的方法及其主动控制器的设计方法
Yamada et al. Active model-based suppression of secondary ride for electric vehicles with in-wheel motors
Yu et al. Assessment of ride comfort and braking performance using energy-harvesting shock absorber
CN115099035B (zh) 随机位移激励下含负刚度和惯容协作的悬架减振设计方法
WO2013025510A2 (en) Variable stiffness mechanism
CN111444660A (zh) 新能源车用机电悬架模型构建方法、优化仿真方法及系统
Balike et al. Influence of suspension kinematics and damper asymmetry on the dynamic responses of a vehicle under bump and pothole excitations
Hayashi et al. Anti-rolling suspension for an automobile by coupled electromagnetic devices
Kletz et al. Active vibration isolation of rear-view mirrors based on piezoceramic double spiralactuators
KR102537491B1 (ko) 전기차의 서스펜션 마운트 구조 및 이를 위한 성능 평가 방법
CN113255062B (zh) 基于振动利用控制车体升降的车高求解方法
Thiyagarajan et al. Development and Control of Active Suspension System with Energy Regeneration Implementation Scheme

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant