CN117922220A - 一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，包括电动液压泵旋转加速或者减速时，电机需要不停的换向持续输出不同的扭矩，计算补偿扭矩；在不考虑容积效率及机械效率时，电机扭矩为电机输出力值所需扭矩与补偿扭矩之和；分别计算角加速度为零以及存在角加速度时的电机扭矩。本发明首次提出在计算电机扭矩时，考虑系统惯量所产生的补偿扭矩，主动悬架接收到所需目标力值时，除了电机输出力值所需的扭矩，还需要对电机施加电机惯量存在角加速度所产生的额外的惯量，保证控制的快速及精准；本发明确认了理想电机的扭矩输出与理想泵输出压力的关系，确认扭矩‑压力‑角加速度支架的关系，快速将力值指令转化为电机扭矩，保证控制迅速。

Description

一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法

技术领域

本发明属于主动减振器技术领域，具体涉及一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法。

背景技术

主动减振器通过电动液压泵产生压力驱动作动缸运动，因此主动减振器的压力控制显现的尤为重要。为了保证电动液压泵的压力控制的快速精准及稳定，需要对电动液压泵中的电机的扭矩进行精准的控制。但目前市场上暂无类似的主动悬架用压力控制算法。

基于此，急需研发一种能够对电动液压泵中的电机的扭矩进行精准控制的主动悬架用压力控制算法，以有效解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，以解决对电动液压泵中的电机的扭矩进行精准的控制的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，其特征在于：包括主动悬架引入扭矩补偿前馈算法，将扭矩补偿与主动悬架主动力的前馈算法结合，提升主动悬架的动态响应，修正前馈算法的准确性，具体包括以下步骤：

A、电动液压泵旋转加速或者减速时，电机需要不停的换向持续输出不同的扭矩，计算补偿扭矩，即系统惯量产生的额外的电机扭矩；

B、在不考虑容积效率及机械效率时，电机扭矩为电机输出力值所需扭矩与步骤1所得补偿扭矩之和，即为电机的总输出扭矩；

C、分别计算角加速度为零以及存在角加速度时的电机扭矩。

进一步地，步骤A，系统惯量产生额外的电机扭矩T_额外＝J*α，其中，J电机及泵的转动惯量，α为电机角加速度。

更进一步地，所述电机及泵的转动惯量能够通过在台架上实际测试或者通过CATIA中的3D数模，进行求取理论惯量。

更进一步地，α＝dω/dt，其中，ω为电机角速度，ω＝dθ/dt，θ为电机位置。

更进一步地，电机内部存在位置传感器，可以实时求取电机的位置或者角度信息，通过二阶求导计算出角加速度。

进一步地，步骤B，电机扭矩T＝T₀+T_额外＝T₀+J*α＝T₀+J*dω/dt；

其中，T₀为电机输出力值所需扭矩，即在不考虑电机惯量，所需扭矩；T_额外为电机惯量由于旋转加速度所需的补偿扭矩。

进一步地，步骤C，在角加速度为零时，电机扭矩T＝Kfeedforward*Fcmd，其中，Fcmd为主动减振器的输出力值，在不考虑电动液压泵的惯量时，该力值与电机的扭矩接近正比；feedforward为前馈环节，为常数；当存在角加速度时，电机扭矩T需要加上补偿的扭矩，为J*α。

第二方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法。

第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明首次提出在计算电机扭矩时，考虑系统惯量所产生的补偿扭矩，主动悬架接收到所需目标力值时，除了电机输出力值所需的扭矩，还需要对电机施加电机惯量存在角加速度所产生的额外的惯量，保证控制的快速及精准；本发明通过对电动液压泵进行分析，确认了理想电机的扭矩输出与理想泵输出压力的关系，确认扭矩-压力-角加速度支架的关系，通过引入惯量补偿算法，能考虑角加速度带来的扭矩损失，快速将力值指令转化为电机扭矩，保证控制迅速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为主动减振器内部的原理示意图；

图2为主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法的原理图；

图3为本发明实施例3中的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，主动减振器包括一个蓄能器、一个电动液压泵、一个压力传感器、一个节流阀以及一个作动缸。主动减振器是通过电动液压泵产生的压力驱动作动缸运动。由此，主动减振器的压力控制显现的尤为重要。为了保证电动液压泵的压力控制的快速精准及稳定，需要对电动液压泵中的电机的扭矩进行精准的控制。

为此，本发明首次提出在计算电机扭矩时，考虑系统惯量所产生的补偿扭矩，主动悬架接收到所需目标力值时，除了主动减振器输出目标力值所需要的扭矩，还需要提升电机的动态响应额外施加扭矩用于电机的惯量补偿，该额外施加的扭矩不会影响主动力的大小，但是会影响主动力的响应时间。

本发明主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，包括主动悬架引入扭矩补偿前馈算法，将扭矩补偿与主动悬架主动力的前馈算法结合，提升主动悬架的动态响应，修正前馈算法的准确性。具体包括以下步骤：

1、电动液压泵旋转加速或者减速时，电机需要不停的换向持续输出不同的扭矩，计算补偿扭矩，即系统惯量产生的额外的电机扭矩；

2、在不考虑容积效率及机械效率时，电机扭矩为电机输出力值所需扭矩与步骤1所得补偿扭矩之和，即为电机的总输出扭矩；

3、分别计算角加速度为零以及存在角加速度时的电机扭矩。

进一步地，步骤1，系统惯量产生额外的电机扭矩T_额外＝J*α，其中，J电机及泵的转动惯量，α为电机角加速度。电机的转动惯量可以通过在台架上实际测试或者通过CATIA中的3D数模，进行求取理论惯量。

更进一步地，α＝dω/dt，其中，ω为电机角速度。电机内部存在位置传感器，可以实时求取电机的位置或者角度信息，通过二阶求导计算出角加速度。

更进一步地，ω＝dθ/dt，其中，θ为电机位置。

进一步地，步骤2，电机扭矩T＝T₀+T_额外＝T₀+J*α＝T₀+J*dω/dt；

其中，T₀为电机输出力值所需扭矩，即在不考虑电机惯量，所需扭矩；T_额外为电机惯量由于旋转加速度所需的补偿扭矩。

进一步地，步骤3，在角加速度为零时，电机扭矩T＝Kfeedforward*Fcmd，其中，feedforward为前馈环节，为常数；当存在角加速度时，电机扭矩T需要加上补偿的扭矩，为J*α。Fcmd为主动减振器的输出力值，在不考虑电动液压泵的惯量时，该力值与电机的扭矩接近正比。

实施例1

一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，包括以下步骤：1、电动液压泵旋转加速或者减速时，由系统惯量产生额外的电机扭矩T_额外＝J*dω/dt。T_额外为为了补偿电动液压泵惯量所需的要扭矩，ω为电机角速度。

2、在不考虑容积效率及机械效率时，T＝T₀+T_额外＝T₀+J*dω/dt。

其中，T₀为在不考虑电机惯量，所需扭矩；T_额外为电机惯量由于旋转加速度所需的补偿扭矩，J为电机及泵的转动惯量。

该公式为为了满足主动减振器输出的作动力及补偿系统惯量所需的总的扭矩。该公式充分考虑主动悬架在不同路面工作时，电机需要不停的换向持续输出不同的扭矩，对额外所需的扭矩进行补偿保证主动悬架响应迅速。

其角加速度由电机自带位置传感器进行两次微分进行计算：

角速度：ω＝dθ/dt，其中，θ为电机位置，单位为rad，ω为电机角速度，单位为rad/s。

角加速度：α＝dω/dt，α为电机角加速度，单位为rad/s/s。

如图2所示，feedforward为前馈环节，为常数，在角加速度为零时，T＝Kfeedforward*Fcmd

当存在角加速度时，该数值为需要加上补偿的扭矩，为J*α。

实施例2

图3为本发明实施例2中的一种计算机设备的结构示意图。图3示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备12的框图。图3显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图3所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图3未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图3中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。另外，本实施例中的计算机设备12，显示器24不是作为独立个体存在，而是嵌入镜面中，在显示器24的显示面不予显示时，显示器24的显示面与镜面从视觉上融为一体。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法。

实施例3

本发明实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，其特征在于：包括主动悬架引入扭矩补偿前馈算法，将扭矩补偿与主动悬架主动力的前馈算法结合，提升主动悬架的动态响应，修正前馈算法的准确性，具体包括以下步骤：

A、电动液压泵旋转加速或者减速时，电机需要不停的换向持续输出不同的扭矩，计算补偿扭矩，即系统惯量产生的额外的电机扭矩；

B、在不考虑容积效率及机械效率时，电机扭矩为电机输出力值所需扭矩与步骤1所得补偿扭矩之和，即为电机的总输出扭矩；

C、分别计算角加速度为零以及存在角加速度时的电机扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，其特征在于：步骤A，系统惯量产生额外的电机扭矩T_额外＝J*α，其中，J电机及泵的转动惯量，α为电机角加速度。

3.根据权利要求2所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，其特征在于：所述电机及泵的转动惯量能够通过在台架上实际测试或者通过CATIA中的3D数模，进行求取理论惯量。

4.根据权利要求2所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，其特征在于：α＝dω/dt，其中，ω为电机角速度，ω＝dθ/dt，θ为电机位置。

5.根据权利要求4所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，其特征在于：电机内部存在位置传感器，可以实时求取电机的位置或者角度信息，通过二阶求导计算出角加速度。

6.根据权利要求1所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，其特征在于：步骤B，电机扭矩T＝T₀+T_额外＝T₀+J*α＝T₀+J*dω/dt；

其中，T₀为电机输出力值所需扭矩，即在不考虑电机惯量，所需扭矩；T_额外为电机惯量由于旋转加速度所需的补偿扭矩。

7.根据权利要求1所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法，其特征在于：步骤C，在角加速度为零时，电机扭矩T＝Kfeedforward*Fcmd，其中，Fcmd为主动减振器的输出力值，在不考虑电动液压泵的惯量时，该力值与电机的扭矩接近正比；feedforward为前馈环节，为常数；当存在角加速度时，电机扭矩T需要加上补偿的扭矩，为J*α。

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种主动悬架用电动液压泵惯量补偿前馈算法。