CN113983098B - 一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器及其控制方法，包括机械整流组件，机械整流组件包括固定架，固定架上可滑动地连接有齿条，固定架上可转动地连接有旋转输出轴，旋转输出轴上连接有与齿条啮合的上冲程传动齿轮；馈能组件，馈能组件包括固定在固定架外侧的机箱，机箱内连接有电机，旋转输出轴与电机传动连接；阻尼调节组件，阻尼调节组件包括负载电路，负载电路包括与电机连接的储能模块和连接在机箱内的变阻器，机箱内还连接有控制器和信号发生器，控制器将控制信号经信号发生器，信号发生器向变阻器发送电阻调节指令，变阻器调节负载电阻以改变电机的电磁阻力；本发明避免阻尼力失效，提高馈能效率。

Description

一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器及其控制方法

技术领域

本发明涉及车用电磁减振器技术领域，特别是一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器及其控制方法。

背景技术

现有技术中提出了一种电磁式减振器，该减振器中应用了机械整流装置，该机械整流装置的使用提升了电磁式减振器的能量回收效率，降低了减振器的最大传输力，从而提高了电磁式减振器的能量回收性能及可靠性。由于机械整流装置的使用，使电磁式减振器在一些行程区域内，特别是电磁式减振器换向区域，出现了阻尼力为零的现象，这种阻尼力为零的现象导致减振器阻尼力失效，严重影响到车辆行驶安全。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的电磁减振器中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器及其控制方法，其能避免阻尼力失效情况的发生，增强减振器使用过程中提供阻尼力的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器及其控制方法，其包括，

机械整流组件，所述机械整流组件包括固定架，所述固定架上可滑动地连接有齿条，所述固定架上可转动地连接有旋转输出轴，所述旋转输出轴上连接有上冲程传动齿轮，所述上冲程传动齿轮与齿条啮合，所述齿条的两端分别固定有吊耳；

馈能组件，所述馈能组件包括固定在固定架外侧的机箱，所述机箱内连接有变速箱，所述旋转输出轴伸进机箱内的一端与变速箱的输入端连接，所述变速箱的输出端连接有电机；

阻尼调节组件，所述阻尼调节组件包括负载电路，所述负载电路包括与电机连接的储能模块和连接在机箱内的变阻器，所述机箱内还连接有控制器和信号发生器，所述控制器将控制信号传输给信号发生器，所述信号发生器根据接收到的控制信号向变阻器发送电阻调节指令，所述变阻器根据接收到的电阻调节指令调节负载电阻以改变电机的电磁阻力。

作为本发明所述半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的一种优选方案，其中：所述上冲程传动齿轮经上冲程超越离合器连接在旋转输出轴上。

作为本发明所述半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的一种优选方案，其中：所述馈能组件还包括下冲程传动齿轮和连接在固定架上的中间轴，所述中间轴上连接有与齿条啮合的下冲程传动中间齿轮，所述旋转输出轴上连接有下冲程超越离合器，所述下冲程传动齿轮经下冲程超越离合器连接在旋转输出轴上，下冲程传动齿轮与下冲程传动中间齿轮啮合，所述下冲程超越离合器和上冲程超越离合器的转向相同。

作为本发明所述半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的一种优选方案，其中：所述固定架上连接有安装支架，所述安装支架上连接有相对旋转输出轴设置的转速传感器，所述转速传感器将检测到的转速信号发送给控制器。

作为本发明所述半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的一种优选方案，其中：所述固定架内连接有位移传感器，所述位移传感器的感应端相对齿条设置。

控制所述半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的方法，包括以下步骤，

控制器根据接收到的位移数据进行行程判断；

控制器根据行程数据进行电阻控制指令类型选择；

根据电阻控制指令类型，计算电阻调控值；

根据计算出的电阻调控值对变阻器进行调节。

作为本发明中半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的控制方法的一种优选方案，其中：所述行程判断的步骤具体为，

将t时刻的位移数据S（t）和t-1时刻的位移数据S（t-1）进行对比，若S（t）>S（t-1）,则为向上行程；若S（t）<S（t-1）,则为向下行程。

作为本发明中半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的控制方法的一种优选方案，其中：所述计算电阻调节量的具体步骤为，

读取t-1时刻和t时刻的行程类型数据,并将两者进行比较；

当t-1时刻和t时刻为不同行程时，输出电阻复位指令；

当t-1时刻和t时刻为相同行程时，输出电阻调控指令。

作为本发明中半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的控制方法的一种优选方案，其中：所述电阻控制指令类型选择的方法还包括以下步骤，

当输出电阻复位指令时，控制器将电路中的变阻器电阻值复位至初始电阻值R0；

输出电阻调控指令时，计算等效电磁阻尼转矩T_{EM， ；}

式中，k_t和k_e分别为电机的转矩常数和反电动势常数，R为电路总电阻，ω_Z为旋转输出轴转速，i_GB为变速箱传动比；

计算结构运动件产生的等效惯性转矩T_IN， ；

式中，ω_Z(t)和ω_Z(t-1)分别为此时刻和上一时刻旋转输出轴的转速，∆t此时刻和上一时刻的时间差，J为结构运动件的等效惯量；

控制模块根据转矩计算结果进行电阻调控指令类型选择，具体为，

读取t时刻的等效电磁阻尼转矩数据和t时刻的等效惯性转矩数据,并将两者进行比较，若T_EM×T_IN<0且T_IN>0.5T_EM时，输出减小电阻控制指令；

否则，输出电阻保持不变指令；

当输出减小电阻控制指令时，控制器根据接收到的减小电阻控制指令计算电阻调节量，具体为，

确定目标输出转矩T_OB，

将此刻的电磁阻尼转矩设为目标输出转矩，即；

式中，T_OB是目标输出转矩；

计算t时刻下的调控电阻值。

本发明的有益效果：在未出现阻尼力失效的阶段，可以将负载电阻调节至馈能效率最高的负载电阻值处，而在可能出现阻尼力失效的阶段，可以通过调节负载电阻，改变电磁阻力，快速降低电机转子转速，从而保证超越离合器保持啮合状态，避免阻尼力失效，增强电磁减振器使用过程中提供阻尼力的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明中电磁减振器的主视图。

图2为本发明中机械整流组件的侧视图。

图3为本发明中机械整流组件的主视图。

图4为本发明中机械整流组件的局部内部结构图。

图5为本发明的控制流程图。

图6为本发明中行程判断的流程图。

图7为本发明中的控制方法流程图。

图8为本发明在初始电阻R0为50Ω，位移激励幅值为20mm，位移激励频率为1Hz下控制前和控制后的效果对比图。

其中，100阻尼调节组件，101控制器，102信号发生器，103负载电路，103a变阻器，200馈能组件，201机箱，202电机，203变速箱，204联轴器，300机械整流组件，301固定架，302齿条，303上冲程传动齿轮，304转速传感器，305安装支架，306下冲程传动中间齿轮，307下冲程传动齿轮，308位移传感器，309吊耳，310滑轨，311上冲程超越离合器，312旋转输出轴，313中间轴，314下冲程超越离合器。

实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器，其能实现车辆行驶过程中电能的回收。

一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器，包括机械整流组件300，机械整流组件300包括固定架301，固定架301上固定连接有滑轨310，滑轨310上可滑动地连接有齿条302，固定架301上可转动地连接有旋转输出轴312，旋转输出轴312上连接有上冲程传动齿轮303，上冲程传动齿轮303经上冲程超越离合器311连接在旋转输出轴312上，上冲程传动齿轮303与齿条302啮合，齿条302的两端分别固定有吊耳309；固定架301外连接有馈能组件200，馈能组件200包括固定在固定架301外侧的机箱201，机箱201内连接有变速箱203，旋转输出轴312伸进机箱201内的一端连接联轴器204的一端，联轴器204的另一端与变速箱203的输入端连接，变速箱203的输出端连接有电机202，本实施例中，变速箱203为增速箱，即变速箱203的输出端转速大于变速箱203的输入端转速。

进一步的，机箱201内还设有阻尼调节组件100，阻尼调节组件100包括负载电路103，负载电路103包括与电机202连接的储能模块和连接在机箱201内的变阻器103a，机箱201内还连接有控制器101和信号发生器102，控制器101将控制信号传输给信号发生器102，信号发生器102根据接收到的控制信号向变阻器103a发送电阻调节指令，变阻器103a根据接收到的电阻调节指令调节负载电阻以改变电机202的电磁阻力。

进一步的，馈能组件200还包括下冲程传动齿轮307和连接在固定架301上的中间轴313，中间轴313上连接有与齿条302啮合的下冲程传动中间齿轮306，旋转输出轴312上连接有下冲程超越离合器314，下冲程传动齿轮307经下冲程超越离合器314连接在旋转输出轴312上，下冲程传动齿轮307与下冲程传动中间齿轮306啮合，下冲程超越离合器314和上冲程超越离合器311的转向相同。

进一步的，固定架301上连接有安装支架305，安装支架305上连接有相对旋转输出轴312设置的转速传感器，转速传感器304将检测到的转速信号发送给控制器101，本申请中位移传感器308对齿条302运动情况测量所需能量，转速传感器304对旋转输出轴312测量所需的能量，控制器101、信号发生器102与变阻器103a工作所需能量均由储能模块供给。

进一步的，固定架301内连接有位移传感器308，位移传感器308的感应端相对齿条302设置，位移传感器308测量齿条302的位移，位移传感器308将检测到的位移信号发送给控制器101，控制器101根据接收到的位移信号进行行程判断，同时根据接收到的上冲程传动齿轮303、下冲程传动齿轮307和旋转输出轴312的转速信号确定电阻控制指令。

固定架301固定在车辆上，齿条302经吊耳309与车辆连接；车辆行驶过程中，外部激励作用在齿条302上，齿条302上移时，上冲程传动齿轮303和下冲程传动中间齿轮306转动，上冲程传动齿轮303经上冲程超越离合器311带动旋转输出轴312转动，下冲程传动中间齿轮306带动下冲程传动齿轮307转动，下冲程传动齿轮307与上冲程传动齿轮303转向相反，下冲程传动齿轮307在下冲程超越离合器314上空转，旋转输出轴312经联轴器204带动变速箱203的输入端转动，变速箱203带动电机202动作，电机202与储能模块和变阻器103a共同组成电回路，储能模块将电机202发出的电压经过稳压后存储，并将电能提供给各个传感器和控制器101，控制器101根据三个位移传感器308和转速传感器304传输过来的信号对减振器的运行状态进行判断，确定电阻控制指令，以改变电机202的电磁阻力，避免阻尼力失效。

一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的控制方法，为本发明的第二个实施例，该实施例实现负载电阻的调节，避免阻尼力失效，同时在未出现阻尼力失效的阶段，将负载电阻调节至馈能效率最高的负载电阻值处，提高馈能效率。

一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的控制方法，包括以下步骤，

控制器101根据接收到的位移数据进行行程判断；

控制器101根据行程数据进行电阻控制指令类型选择；

根据电阻控制指令类型，计算电阻调控值；

根据计算出的电阻调控值对变阻器103a进行调节。

进一步的，所述行程判断的步骤具体为，

将t时刻的位移数据S（t）和t-1时刻的位移数据S（t-1）进行对比，若S（t）>S（t-1）,则为向上行程；若S（t）<S（t-1）,则为向下行程。

进一步的，读取t-1时刻和t时刻的行程类型数据,并将两者进行比较；

当t-1时刻和t时刻为不同行程时，输出电阻复位指令；

当t-1时刻和t时刻为相同行程时，输出电阻调控指令。

进一步的，电阻控制指令类型选择的方法还包括以下步骤，

当输出电阻复位指令时，控制器101将电路中的变阻器103a电阻值复位至初始电阻值R0；

输出电阻调控指令时，计算等效电磁阻尼转矩T_{EM， ；；}

式中，k_t和k_e分别为电机202的转矩常数和反电动势常数，R为电路总电阻，ω_Z为旋转输出轴312转速，i_GB为变速箱203传动比；

计算结构运动件（包括机械整流组件中的各个运动部件、电机的转子、变速箱和联轴器）产生的等效惯性转矩T_IN， ；

式中，ω_Z(t)和ω_Z(t-1)分别为此时刻和上一时刻旋转输出轴312的转速，∆t此时刻和上一时刻的时间差，J为结构运动件的等效惯量；

控制模块根据转矩计算结果进行电阻调控指令类型选择，具体为，

读取t时刻的等效电磁阻尼转矩数据和t时刻的等效惯性转矩数据,并将两者进行比较，若T_EM×T_IN<0且T_IN>0.5T_EM时，输出减小电阻控制指令；

否则，输出电阻保持不变指令；

当输出减小电阻控制指令时，控制器101根据接收到的减小电阻控制指令计算电阻调节量，具体为，

确定目标输出转矩T_OB，

将此刻的电磁阻尼转矩设为目标输出转矩，即；

式中，T_OB是目标输出转矩；

计算t时刻下的调控电阻值。

使用本发明中的控制方法，实现在未出现阻尼力失效的阶段，将负载电阻调节至馈能效率最高的负载电阻值处；而在可能出现阻尼力失效的阶段，可以通过电阻的调控，改变电磁阻力，快速降低电机202转子转速，从而保证超越离合器保持啮合状态，避免阻尼力失效；如图8所示，使用本发明控制后和控制前的对比，能看出，使用本发明控制后可使示功曲线增加，缓解阻尼力失效。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的使用方法，其特征在于：半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器包括，

机械整流组件（300），所述机械整流组件（300）包括固定架（301），所述固定架（301）上可滑动地连接有齿条（302），所述固定架（301）上可转动地连接有旋转输出轴（312），所述旋转输出轴（312）上连接有上冲程传动齿轮（303），所述上冲程传动齿轮（303）与齿条（302）啮合，所述齿条（302）的两端分别固定有吊耳（309）；

馈能组件（200），所述馈能组件（200）包括固定在固定架（301）外侧的机箱（201），所述机箱（201）内连接有变速箱（203），所述旋转输出轴（312）伸进机箱（201）内的一端与变速箱（203）的输入端连接，所述变速箱（203）的输出端连接有电机（202）；

阻尼调节组件（100），所述阻尼调节组件（100）包括负载电路（103），所述负载电路（103）包括与电机（202）连接的储能模块和连接在机箱（201）内的变阻器（103a），所述机箱（201）内还连接有控制器（101）和信号发生器（102），所述控制器（101）将控制信号传输给信号发生器（102），所述信号发生器（102）根据接收到的控制信号向变阻器（103a）发送电阻调节指令，所述变阻器（103a）根据接收到的电阻调节指令调节负载电阻以改变电机（202）的电磁阻力；所述使用方法包括以下步骤，

控制器（101）根据接收到的位移数据进行行程判断；

控制器（101）根据行程数据进行电阻控制指令类型选择；

根据电阻控制指令类型，计算电阻调控值；

根据计算出的电阻调控值对变阻器（103a）进行调节；

所述行程判断的步骤具体为，

将t时刻的位移数据S（t）和t-1时刻的位移数据S（t-1）进行对比，若S（t）>S（t-1）,则为向上行程；若S（t）<S（t-1）,则为向下行程；

所述电阻控制指令类型选择的具体步骤为，

读取t-1时刻和t时刻的行程类型数据,并将两者进行比较；

当t-1时刻和t时刻为不同行程时，输出电阻复位指令；

当t-1时刻和t时刻为相同行程时，输出电阻调控指令；

所述电阻控制指令类型选择的方法还包括以下步骤，

当输出电阻复位指令时，控制器（101）将电路中的变阻器（103a）电阻值复位至初始电阻值R0；

输出电阻调控指令时，计算等效电磁阻尼转矩T_EM

；

式中，k_t和k_e分别为电机（202）的转矩常数和反电动势常数，R为电路总电阻，ω_Z为旋转输出轴（312）转速，i_GB为变速箱（203）传动比；

计算结构运动件产生的等效惯性转矩T_IN

；

式中，ω_Z(t)和ω_Z(t-1)分别为此时刻和上一时刻旋转输出轴（312）的转速，∆t为此时刻和上一时刻的时间差，J为结构运动件的等效惯量；

控制模块根据转矩计算结果进行电阻调控指令类型选择，具体为，

读取t时刻的等效电磁阻尼转矩数据和t时刻的等效惯性转矩数据,并将两者进行比较，若T_EM×T_IN<0且T_IN>0.5T_EM时，输出减小电阻控制指令；

否则，输出电阻保持不变指令；

当输出减小电阻控制指令时，控制器（101）根据接收到的减小电阻控制指令计算电阻调节量，具体为，

确定目标输出转矩T_OB，

将此刻的电磁阻尼转矩设为目标输出转矩，即

；

式中，T_OB是目标输出转矩；

计算t时刻下的调控电阻值

。

2.如权利要求1所述的半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的使用方法，其特征在于：所述上冲程传动齿轮（303）经上冲程超越离合器（311）连接在旋转输出轴（312）上。

3.如权利要求2所述的半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的使用方法，其特征在于：所述馈能组件（200）还包括下冲程传动齿轮（307）和连接在固定架（301）上的中间轴（313），所述中间轴（313）上连接有与齿条（302）啮合的下冲程传动中间齿轮（306），所述旋转输出轴（312）上连接有下冲程超越离合器（314），所述下冲程传动齿轮（307）经下冲程超越离合器（314）连接在旋转输出轴（312）上，下冲程传动齿轮（307）与下冲程传动中间齿轮（306）啮合，所述下冲程超越离合器（314）和上冲程超越离合器（311）的转向相同。

4.如权利要求2所述的半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的使用方法，其特征在于：所述固定架（301）上连接有安装支架（305），所述安装支架（305）上连接有相对旋转输出轴（312）设置的转速传感器（304），所述转速传感器（304）将检测到的转速信号发送给控制器（101）。

5.如权利要求1～4任一项所述的半主动抗阻尼力失效的电磁馈能式减振器的使用方法，其特征在于：所述固定架（301）内连接有位移传感器（308），所述位移传感器（308）的感应端相对齿条（302）设置。