CN1522882A - 用于车辆的电磁悬架设备以及控制其电动机的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的电磁悬架设备，包括：一个插入在簧上质量和簧下质量之间的并且平行于一个悬架弹簧元件的电磁致动器；以及一个设置在该电磁致动器内的用来驱动该电磁致动器的电动机。一个电动机控制器计算传送给该电磁致动器的位移输入，例如悬架行程加速度和悬架速度，并且控制该电动机以使悬架阻尼力更接近于和该位移输入适合的所需阻尼力。该电动机控制器计算该电磁致动器的内部惯性力，并且按该电磁致动器内部惯性力来修正或补偿电动机输出。

Description

用于车辆的电磁悬架设备以及 控制其电动机的方法

技术领域

本发明涉及一种采用电磁致动器或电磁减震器的能够电磁地缓冲或衰减对车辆悬架系统(suspension system)输入的振动的电磁悬架设备，并且尤其涉及对该电磁悬架设备中包括的电动机的电动机控制技术的改进。

背景技术

近年来，车辆常常采用电磁悬架系统，以代替采用液压操纵的主动悬架系统的液压减震器，该主动悬架系统利用油的粘滞阻力。在日本专利临时刊物7-149130号中公开一种这样的电磁悬架系统(以下称为“JP7-149130”)。在JP7-149310中公开的电动机型悬架系统中，电磁悬架系统的电动机用来产生基于电动机转动角的反抗转矩、基于电动机角速度的振动阻尼转矩以及基于电动机角加速度的并需要用来补偿由于车辆的加速/减速和转弯动作对车体施加的惯性力的车体惯性补偿转矩。实际上，在用于JP7-149130的电磁悬架系统的电子悬架控制系统内，在由该电动机产生的这些转矩中，根据与驾驶期间在车辆上施加的垂直惯性力对应的电动机角加速度来算术地计算或估计该惯性力补偿转矩。这种在JP7-149130中公开的电磁操作悬架系统可以通过控制施加到该电动机的电磁体上的激励电流的幅值来快速可变地控制悬架特性。通常，电磁操纵悬架系统的响应性优于液压操纵主动的悬架系统的响应性。

发明内容

在JP7-149130公开的电磁操纵悬架系统的电动机的控制方法中，考虑对施加到车辆上的惯性力的外部惯性补偿。但是，对于电磁致动器内产生的内部惯性力，例如电动机转子的转动惯量以及悬挂冲程期间(suspension stroke)移动和转动的各个电磁致动器组成部件的转动惯量，JP7-149130的电动机控制系统不考虑内部惯性补偿。从而，JP7-149130的系统不能充分满足电动机输出和电磁致动器输出之间的一对一的对应关系。其结果是，对于增大的从道路表面到该悬架系统的输入，存在簧上质量(sprung mass)的加速度频率响应值增大的趋势。这降低了乘坐舒适性。另外，当存在从道路到悬架系统的快速位移输入(displacementinput)时，JP7-149130的系统可能表现出簧下质量(unsprung mass)的低随动性能，从而降低包含车辆可操纵性以及车辆稳定性的驾驶稳定性。出于上面讨论的原因，希望和补偿外部惯性力那样补偿内部惯性力。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于车辆的电磁悬架设备，并且提供一种用于控制该电磁悬架设备中包含的电动机的、并至少能补偿内部惯性力的方法，其中该内部惯性力是在该电磁悬架设备的电磁致动器内产生的，从而大大地协调并平衡乘坐舒适性和驾驶稳定性二者。

本发明的另一个目的是提供一种用于车辆的电磁悬架设备，并且提供一种用于控制该电磁悬架设备中包含的电动机的方法，其中该控制方法能够补偿在该电磁悬架设备的电磁致动器内产生的内部惯性力以及施加到车辆上的外部惯性力，从而更大地协调并平衡乘坐舒适性和驾驶稳定性二者。

为了实现本发明的上述以及其它目的，提供一种用于车辆的电磁悬架设备，其包括：一个插入在簧上质量和簧下质量之间的并且平行于一个悬架弹簧元件的电磁致动器；一个驱动该电磁致动器的电动机；以及一个电动机控制器，其用于计算对该电磁致动器发送的位移输入，并且用于控制该电动机以产生与该位移输入适应的所需阻尼力接近的悬架阻尼力，其中，该电动机控制器包括一个用于计算电磁致动器的内部惯性力的致动器内部惯性力计算部分，以及一个用于补偿电磁致动器的内部惯性力的致动器内部惯性力补偿部分。

依据本发明的另一个方面，提供一种用于控制车辆电磁悬架设备的电动机的方法，该电磁悬架设备采用一个插入在簧上质量和簧下质量之间并与一个悬架弹簧元件平行的电动机驱动的电磁致动器，以及一个计算对该电磁致动器发送的位移输入并且控制该电动机以产生和该位移输入适应的所需阻尼力接近的悬架阻尼力的电动机控制器，该方法包括控制该电动机的驱动状态同时补偿该电磁致动器的内部惯性力。

依据本发明的另一个方面，提供一种用于车辆的电磁悬架设备，其包括：一个插入在簧上质量和簧下质量之间并且平行于一个悬架弹簧元件的电磁致动器；一个用于驱动该电磁致动器的电动机，以及一个电动机控制装置，其用于计算对该电磁致动器发送的位移输入，并且用于控制该电动机以产生和该位移输入适应的所需阻尼力接近的悬架阻尼力，其中，该电动机控制装置包括：一个用于计算该电磁致动器的内部惯性力的致动器内部惯性力计算装置，以及一个用于补偿该电磁致动器的内部惯性力的致动器内部惯性力补偿装置。

参照各附图从下面的说明会理解本发明其它目的和特征。

附图说明

图1是一种车辆电磁悬架设备的一实施例的总示意图。

图2是示出该实施例的电磁悬架设备的电磁致动器的纵向剖面图。

图3示出该实施例的电磁悬架系统的具有二自由度的四分之一车辆模型，并且示出用于该电磁致动器的电动机的电动机控制系统的方块图。

图4是一个流程图，示出在该实施例的电磁悬架系统的电动机控制器内执行的电动机控制例程。

图5是预定电动机角速度ω与电磁致动器输出f特性的曲线图。

图6是特性曲线比较图，示出带有内部惯性补偿情况下的、簧上质量对来自道路的位移输入的加速度频率响应特性曲线与不带有内部惯性补偿情况下的、簧上质量对来自道路的位移输入的加速度频率响应特性曲线之间的关系。

图7A示出阶跃输入特性曲线，即，从道路向车辆的位移输入的一个例子。

图7B是频率响应特性曲线图，示出带有内部惯性补偿情况下的、簧上质量的位移对阶跃输入的频率响应以及不带有内部惯性补偿情况下的、簧上质量的位移对阶跃输入的频率响应之间的关系。

具体实施方式

现参照各附图，尤其参照图1和2，车辆电磁悬架设备的该实施例是在每个行走轮上采用多连杆独立悬架的车辆中举例说明的。

如图1中所示，该构成多连杆独立悬挂系统的电磁悬架设备实施例包括一个上连杆悬挂控制臂(简称“上连杆”)2，一个下连杆悬挂控制臂(简称为“下连杆”)3，一个电磁致动器4，一个轴或主轴5以及一个轮胎(簧下质量)6。在该电磁悬架系统中，使用电磁致动器4而不是使用液压减震器或液压震动吸收器。电磁致动器4插在车体1和下连杆3之间并且和一个具有悬架弹簧刚度的悬架弹簧元件(简称为“悬挂弹簧”)7平行。为了改变悬架特性，尤其是该电磁悬架系统的阻尼特性，利用图2和3中示出的电动机单元(简称为“电动机”)8驱动电磁致动器4。

现参照图2，图中以纵向剖面示出电磁致动器4的详细结构。从图2的剖面中可以理解，电磁致动器4包括：电动机8，滚珠丝杠9，滚珠丝杠螺母10，外管11，内管12，上止动螺栓13以下连杆支持孔14。更详细地，电动机8位于电磁致动器4的上部并且位于在最顶端处带有上止动螺栓13的外管11内。电动机8是一个齿轮传动电动机，其包括和固定地与电动机转子连接的电动机轴部分相连的减速齿轮8a，以及和滚珠丝杠9固定连接的轴向延伸减速齿轮8b。从而，电动机8的输出速度按预定减速比α减速。通过循环滚珠，滚珠丝杠9和滚珠丝杠螺母10螺纹地啮合，以便允许把滚珠丝杠9的转动运动转换成滚珠丝杠螺母10的线性运动，并且允许把滚珠丝杠螺母10的线性运动转换成滚珠丝杠9的转动运动。内管12固定地连接到滚珠丝杠螺母10的外圆柱表面上，从而该内管密封地覆盖滚珠丝杠9的外圆柱表面。通过焊接把下连杆支持孔14固定到内管12的最下端处。电磁致动器4的上止动螺栓13通过一个隔离件(未示出)机械地和车体1链接或连接，同时电磁致动器4的下连杆支持孔14通过一个衬套(未示出)机械地和下连杆3链接或连接。利用上面所讨论的电磁致动器4的结构，可以通过调整提供给电动机8的激励电流的幅值来可变地控制包含悬架刚性以及减震特性的悬架特性，即电磁阻尼特性。

现参照图3，图3示出该实施例的电磁悬架系统的带有二个自由度的四分之一车辆模型，并且示出电磁致动器4的电动机控制系统的方块图。在用带有二个自由度的四分一之车辆模型代表该实施例的电磁悬架设备的图3的振动系统中，于簧上质量(车体1)和簧下质量(轮胎6)之间设置一个具有悬架刚性的悬架弹簧元件7和电磁致动器4并且二者彼此平行。在轮胎6和道路之间插入具有轮胎刚性的轮胎弹簧。为了改变悬架特性，电动机控制器17控制向电动机8施加的激励电流的幅值。电动机控制器17通常包括一个微计算机。电动机控制器17包括：输入/输出接口(I/O)，存储器(RAM，ROM)以及微处理器或中央处理器(CPU)。电动机控制器17的输入/输出接口(I/O)接收来自车辆传感器，例如车辆高度传感器或水平传感器18和电动机转动角传感器19的输入信息。在电动机控制器17内，中央处理器(CPU)允许通过I/O接口访问来自上面讨论的传感器18和19的输入信息数据信号。电动机控制器17的CPU负责传送存储器中存储的电动机控制程序并且能够为通过电动机驱动电路15实现的电动机控制完成必要的算术运算。计算结果(算术计算结果)，即计算出的输出信号通过电动机控制器17的输出接口电路经由电动机驱动电路15中继到输出级，即包含在该实施例的电磁悬架设备中的电磁致动器4的电动机8。具体地，电动机控制器17进行操作，以便根据预定的控制规则或者预编程的特性曲线图算术地计算所需的电动机输出，接着向电动机驱动电路15输出和该所需的电动机输出对应的控制命令信号。电动机驱动电路15利用车辆蓄电池作为电源。如下文中说明那样，电动机控制器17计算和该所需的电动机输出对应的所需电动机电流值，并且向电动机8输出指示该所需电动机电流值的控制命令信号。

下面参照图4的流程图详细说明由该实施例的电磁悬架系统的电动机控制器17执行的电动机控制例程。该电动机控制例程是按预定的采样时间间隔，例如每隔10毫秒触发的时间触发中断例程执行的。

在图4的电动机控制例程的步骤S1，估计或检测并且读出根据电动机控制器17的存储器中存储的预编程的控制规则执行电动机控制所需要的车辆状态量。可以直接检测作为状态量的电磁致动器4的悬架行程加速度(stroke acceleration)“a”和电动机8的电动机角速度“ω”。替代地，可以根据其它车辆传感器的值，即水平传感器18产生的与电磁致动器4的悬架行程对应的传感器值“S”和电动机转动角传感器19生成的传感器值“θ”，间接地估计或者算术地计算这些状态量即参数“a”和“ω”。在该示出的实施例中，为了得到所需的状态量“a”和“ω”，使用来自水平传感器18和电动机转动角传感器19的传感器值。实际上，对悬架行程(来自水平传感器18的传感器值“S”)求导数以便计算悬架行程速度ds/dt(＝“V”)，接着进一步对悬架行程速度V＝ds/dt求导数以便计算电磁致动器4的悬架行程加速度d²s/dt²(＝“a”)。按类似的方法，对电动机转动角(来自电动机的转动角传感器19的传感器值“θ”)求导数以计算电动机8的电动机角速度dθ/dt(＝“ω”，电动机转子的角速度)。

在步骤S2，根据电动机角速度ω从图5中示出的预定电动机角速度ω与电磁致动器输出f特性曲线图(预定控制规则或预定阻尼特性曲线图)来估计或计算或检索电磁致动器4的致动器输出f。在该示出的实施例中，如从图5的ω-f特性曲线图上看出那样，为了计算或检索致动器输出f利用预先确定的线性阻尼特性曲线图。

在步骤S3，根据电磁致动器4的悬架行程加速度“a”按照动力学原理算术地计算电磁致动器4的内部惯性力fi(参见后面的表达式(1)、(2)和(3))。根据位移输入，即悬架行程速度“V”以及悬架行程加速度“a”是从道路向电磁致动器4施加这样一种假定，给出运动方程(1)-(3)。在表达式(1)-(3)中，J代表与电动机转子本身的转动惯量以及一个等效转动惯量的和对应的合转动惯量。该等效转动惯量是通过把由所有的在电磁致动器4的悬架行程期间于电磁致动器4之内移动和转动的电磁致动器组成部件的惯性质量产生的转动惯量转换成与电动机转子位置等高的假想惯性质量的转动惯量得到的。L代表滚珠丝杠9的螺矩，即，滚珠丝杠完整转动一圈时滚珠丝杠螺母10轴向上相对于滚珠丝杠9前进或移动的距离，而α代表减速齿轮8a的减速比。根据前面讨论的假定，当存在位移输入，即行程速度“V”和行程加速度“a”，时，电动机转子按照用下面的式(1)表示的电动机角加速度dω/dt转动；

dω/dt＝a×(2π/L)×α                  (1)由于电动机8的转子的电动机角加速度dω/dt而出现的惯性转矩Ti由下面的式(2)表示：

Ti＝J·(dω/dt)＝J·{a×(2π/L)×α}     (2)因此，电磁致动器4的内部惯性力fi用下面的式(3)表示：

fi＝Ti×(2π/L)×α＝J·{a×(2π/L)×α}×(2π/L)×α

  ＝J×{(2π×L)×α}²×α＝I×α        (3)其中，I(＝J×{(2π/L)×α}²)代表等效惯性质量，它是通过把悬架行程期间电磁致动器4内所有移动和转动的电磁致动器组成部件的惯性质量转换成电磁致动器4的悬架行程方向上的假想惯性质量得到的。根据悬架形状以及电磁致动器4的设计规范把等效惯性质量I确定为一个固定值。

在步骤S4，从方程fm＝(f+fi)算术地计算作为电磁致动器输出f(见步骤S2)和电磁致动器4的内部惯性力fi的和(f+fi)的电动机输出fm。

在步骤S5，计算或者从预先确定的Im-fm特性曲线图(示未出)检索与通过步骤S4算出的电动机输出fm对应的电动机电流所需值Im。

在步骤S6，从电动机控制器17向电动机驱动电路15输出对应于并且指示该电动机电流所需值Im的控制命令信号。

根据该实施例的电磁悬架设备的电动机控制动作，当从道路向电磁致动器4施加位移输入(行程速度V和行程加速度a)时，在电磁致动器4内存在电磁致动器内部惯性力fi＝(I×a)。从而，即使不存在电动机输出(fm＝0)，由于输入的加速度(行程加速度“a”)在电磁致动器4内产生内部惯性力fi。该内部惯性力fi的幅值和输入的加速度，即行程加速度“a”成比例(参见公式(3))。也就是说，由于存在因输入加速度“a”而产生的内部惯性力fi，在电动机输出fm和通过步骤S2根据电动机角速度ω确定的致动器输出f之间不存在一对一的对应关系。从而，当如图1-3中所示把电磁致动器4用于车辆主动悬架系统，并且根据图5中所示的预定的电动机控制规则(预定的阻尼特性曲线图)来控制电动机8时，必须考虑对由于等效惯性质量I而造成的内部惯性力fi的内部惯性补偿。从而，在本实施例的电磁悬架设备中，考虑对因为等效惯性质量I引起的内部惯性力fi的内部惯性补偿。即，在假定把致动器输出看成是内部惯性力fi和经步骤S2根据电动机角速度ω确定的致动器输出f的和(f+fi)的情况下，在电动机输出和致动器输出之间实质上存在一对一的对应关系。

现参照图6，图6示出(i)存在上面讨论的内部惯性补偿时簧上质量(车体)加速度对从道路到电磁致动器4的位移输入的频率响应特性曲线与(ii)没有上面讨论的内部惯性补偿时同一簧上质量的加速度对从道路到电磁致动器4的相同位移输入的频率响应特性曲线之间的比较结果。在图6中用虚线表示带有内部惯性补偿情况下得到的簧上质量(车体)加速度的频率响应特性曲线，而不带有内部惯性补偿情况下得到的簧上质量(车体)加速度的频率响应特性曲线用实线表示。请注意，图6中示出的频率响应特性的较大增益意味着较差的乘坐性，而图6中示出的频率响应特性的较小增益意味着较好的乘坐性。如可从由实线(不存在内部惯性补偿)和虚线(存在内部惯性补偿)指示的这二条频率响应特性曲线之间的比较结果理解的那样，带有内部惯性补偿情况下产生的频率响应特性曲线的峰值(参见虚线)要大大低于不带有内部惯性补偿情况下产生的频率响应特性曲线的峰值(参见实线)。尤其，在通常显著影响乘坐性的规定频率范围，例如4Hz-10Hz内，与不带有内部惯性补偿情况下产生的频率响应特性(参见实线)的各个值相比，带有内部惯性补偿情况下产生的频率响应特性(参见虚线)的所有值在该从4Hz到10Hz的规定频率范围内都保持在相对较低的水平。根据上面参照图6中示出的二条频率响应特性曲线讨论的比较结果，该执行内部惯性补偿的实施例的电磁悬架系统在更佳的乘坐舒适性方面优于不执行内部惯性补偿的悬架系统。

现参照图7A和7B，其中示出在从道路向具有二自由度的四分之一车辆模型(见图3)施加阶跃输入(见图7A)的条件下，在带有内部惯性补偿和不带有内部惯性补偿情况下簧下质量(轮胎)的位移的二条不同的响应特性曲线(参见图7B)。当车辆越过具有道路高度差异的急剧下降或隆起道路表面时，从该道路到该四分之一车辆模型的阶跃输入可以看作是从该道路到该车辆悬架的位移输入。在图7B中，用虚线表示在带有内部惯性补偿情况下得到的簧下质量(轮胎)的位移响应特性曲线，而用实线表示不带有内部惯性补偿情况下得到的簧下质量(轮胎)的位移响应特性曲线。如可从图7B中的用实线(不带有内部惯性补偿)指示的簧下质量位移对阶跃输入的响应理解的那样，出现不希望的显著过调和欠调。另外，如从图7B中看到的相对长的调整时间那样，其收敛性能差。相反，如可从图7B中的用虚线(带有内部惯性补偿)指示的簧下质量位移对阶跃输入的响应理解的那样，不希望的过调和欠调被有效地抑制或减小，并且从而调整时间相对短且收敛性能相对高。也就是说，通过执行内部惯性补偿的改进型电动机控制，有可能大大增强簧下质量(轮胎)的道路表面随动性能，从而确保轮胎6在道路上的良好抓握，而且提高包含车辆操纵性和车辆稳定性二方面的驾驶稳定性。

本实施例的车辆电磁悬架设备可达到以下效果。

(1)如上面叙述的那样，该实施例的电磁悬架设备包括电磁致动器4和电动机控制器17，其中，电磁致动器4插入在簧上质量(车体1)和簧下质量(轮胎6)之间并平行于悬架弹簧元件(悬架弹簧7)并且由电动机8驱动，而电动机控制器17(电动机控制装置)计算从道路传送到电磁致动器4的位移输入并控制电动机8从而产生接近于适合该位移输入的最佳阻尼力(所需阻尼力)的实际悬架阻尼力。该实施例的电磁悬架设备的电动机控制器包括一个用于算术地计算电磁致动器4的内部惯性力fi的致动器内部惯性力计算部分(见图4的步骤S3)，而且还包括一个实现对内部惯性力fi的内部惯性补偿的致动器内部惯性力补偿部分(见图4的步骤S4-S6)。从而，有可能提供一种高精度的电磁悬架系统，其能很好地均衡二种矛盾的要求，即，良好的乘坐舒适性和良好的驾驶稳定性(车辆可操纵性以及车辆稳定性)。

(2)致动器内部惯性力计算部分(步骤S3)算术地计算(i)电动机8的电动机转子自身的转动惯量和(ii)等效转动惯量的转动惯量之和J，其中，通过把悬架行程期间电磁致动器4内的所有移动的以及转动的电磁致动器组成部件的惯性质量所产生的转动惯量转换成与电动机转子的安装位置等高的一个假想惯性质量的转动惯量得到该等效转动惯量。致动器内部惯性力计算部分(步骤S3)根据转动惯量之和J算术地计算电磁致动器4的内部惯性力fi。以这种方式，依据该实施例的设备，考虑到电磁致动器4中存在的所有惯性质量并且考虑到悬架行程期间在电磁致动器4内这些移动的和转动的惯性质量中每一个的质量惯性矩。从而，能更准确地计算或估计电磁致动器4的内部惯性力fi。

(3)该实施例的电磁悬挂设备中包含的电动机控制器17设计成按(i)电磁致动器输出f和(ii)电磁致动器4的内部惯性力fi的合力或合成力(f+fi)计算电动机输出fm，其中电磁致动器输出f是根据被预编程成为保证或提供最佳阻尼力(所需的阻尼力)的预定控制规则(预先规定的阻尼特性曲线或预先规定的ω-f特性曲线)确定的。从电动机控制器17向电动机驱动电路15生成为了产生该电动机输出fm(＝f+fi)所需的命令信号值。换言之，用方程fm＝f+fi表示的内部惯性力补偿处理与根据该预定控制规则(图5中所示的预定阻尼特性曲线图)计算致动器输出f所要求的基本算术计算处理进行简单组合或简单相加。这些组合的算术运算非常简单并且具有较高的自由度或者具有较高的电动机控制灵活性。从而该实施例的电磁悬架设备在考虑到电磁致动器4的内部惯性力fi的内部惯性补偿情况下对电磁致动器4实现更加精确的电动机控制。

(4)此外，如前面讨论那样，控制电动机8的驱动状态，确切地说是电动机8的驱动电流值(所需电流值Im)，同时补偿电磁致动器4的内部惯性力fi。从而，能对电磁悬架设备的电磁致动器提供一种更准确的电动机控制方法，其能很好地均衡二种矛盾的要求，即良好的乘坐舒适性和驾驶稳定性(车辆可操纵性和车辆稳定性)。

如前面描述那样，该实施例的电磁悬架设备是以在每个行走轮上采用多连杆独立悬架的四轮车辆为例说明的。替代地，该实施例的电磁悬架设备可应于采用其它类型的悬架，例如Mac Pherson支柱(strut)悬架的车辆。

另外，在该实施例的设备中，根据电动机角速度ω从图5中示出的预定的电动机角速度ω与电磁致动器输出f的特性曲线图(预定的控制规则或预定的阻尼特性曲线图)计算或者按图检索致动器输出f。实际上，在该示出的实施例中，如从图5的ω-f特性曲线图理解的那样，把预先确定的线性阻尼特性(见图5中示出的直线特性曲线部分)用作为预定的控制规则。替代采用这样的线性ω-f阻尼特性，可以根据电动机角速度ω从示出致动器输出f必须相对于电动机角速度ω按非线性方式改变的非线性ω-f阻尼特性曲线计算或者按图检索致动器输出f。备选地，代替作为得到致动器输出f的因子的电动机角速度ω，可以使用行程速度V(＝ds/dt)。在此情况下，可以根据行程速度V从示出致动器输出f必须如何按线性方式相对于行程速度V改变的预定的线性V-f阻尼特性曲线计算或者按图检索致动器输出f，或者，可以根据行程速度V从示出致动器输出f必须如何按非线性方式相对于行程速度V改变的预定的非线性V-f阻尼特性曲线计算或者按图检索致动器输出f。

而且，尽管在所示的实施例中仅仅充分考虑了对电磁致动器4的内部惯性力fi的内部惯性力补偿，但还可以附加地考虑对外部惯性力fe的外部惯性补偿，其中该外部惯性力fe是由于基于电动机转动角θ的反作用转矩、基于电动机角速度ω(＝dθ/dt)的阻尼转矩以及基于电动机角加速度dω/dt(＝d²θ/dt²)的车体惯性补偿转矩而施加到车辆上的。在此情况下，可以根据基于电动机的转动角θ的反作用转矩、基于电动机角速度ω(＝dθ/dt)的阻尼转矩以及基于电动机角加速度dω/dt(＝d²θ/dt²)的车体惯性补偿转矩的合转矩，从预编程的合转矩与致动器输出f的特性图计算或者检索致动器输出f。然后，按内部惯性力fi以及该根据基于电动机转动角θ的反作用转矩、基于电动机角速度ω的阻尼转矩以及基于电动机角加速度dω/dt的车体惯性补偿转矩的合转矩所确定的致动器输出f的和计算电动机输出fm。以这种方式，在考虑内部惯性补偿(fi)和外部惯性补偿(fe)二者的情况下，能对电磁致动器4进行更加准确的电动机控制，从而很好地均衡二种矛盾的要求，即良好的乘坐舒适性和良好的驾驶稳定性(车辆可操纵性和车辆稳定性)。

日本专利申请2003-027858(2003年2月5日)的全文收录作为参考资料。

尽管上面说明了实现本发明的优选实施例，应理解本发明不受本文所示出并说明的各具体实施例的限制，而且在不背离由下面的权利要求书所定义的范围或精神下可做出各种改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于车辆的电磁悬架设备，包括：

一个插入在簧上质量和簧下质量之间的并且平行于一个悬架弹簧元件的电磁致动器；

一个驱动该电磁致动器的电动机；以及

一个电动机控制器，用于计算传送到该电磁致动器的位移输入并且用于控制该电动机，以使悬架阻尼力更接近于与该位移输入适合的所需阻尼力，该电动机控制器包括：

(a)一个用于计算电磁致动器的内部惯性力的致动器内部惯性力计算部分；以及

(b)一个用于补偿该电磁致动器的该内部惯性力的致动器内部惯性力补偿部分。

2.如权利要求1所述的电磁悬架设备，其中：

所述致动器内部惯性力计算部分计算电动机的电动机转子的转动惯量和一个等效转动惯量的合转动惯量，该等效转动惯量是通过把悬架行程期间由所述电磁致动器内的所有移动的以及转动的电磁致动器组成部件的惯性质量所产生的转动惯量转换成与电动机转子的安装位置等高的一个假想惯性质量的转动惯量而得到的；并且该致动器内部惯性力计算部分根据该合转动惯量计算该电磁致动器的内部惯性力。

3.如权利要求1所述的电磁悬架设备，其中：

所述电动机控制器按根据预先确定的用于提供所需阻尼力的控制规则所确定的电磁致动器输出以及该电磁致动器的所述内部惯性力的合力来计算该电动机的电动机输出，并且生成产生该电动机输出所需的控制命令信号。

4.一种用于控制车辆电磁悬架设备的电动机的方法，该电磁悬架设备采用一个插入在簧上质量和簧下质量之间并和一个悬架弹簧元件平行的电动机驱动电磁致动器，以及一个电动机控制器，其用于计算传送到该电磁致动器的位移输入并且控制该电动机以使悬架阻尼力更接近于与该位移输入适合的所需阻尼力，该方法包括：

控制该电动机的驱动状态，同时补偿该电磁致动器的内部惯性力。

5.如权利要求4所述的方法，其中：

至少根据所述内部惯性力来控所述该电动机的驱动电流值，以便控制该电动机的驱动状态，同时补偿该电磁致动器的该内部惯性力。

6.如权利要求4所述的方法，其中：

根据所述内部惯性力和一个外部惯性力控制该电动机的驱动电流值，该外部惯性力是由于基于电动机的电动机转子的电动机转动角的反作用转矩、基于该电动机的电动机转子的电动机角速度的阻尼转矩以及基于该电动机转子的电动机角加速度的车体惯性补偿转矩而施加到车辆上的，以便控制该电动机的驱动状态，同时补偿该电磁致动器的内部惯性力。

7.如权利要求4所述的方法，还包括：

估计所述电磁致动器的悬架行程加速度和所述电动机的电动机转子的电动机角速度作为车辆的状态量；

按照预先规定的用于提供所需阻尼力的控制规则，根据该电动机角速度来估计该电磁致动器的电磁致动器输出；

根据该电磁致动器的悬架行程加速度来计算该电磁致动器的内部惯性力；

按电磁致动器输出和该电磁致动器的内部惯性力的合力来计算电动机输出；以及

从所述电动机控制器向该电动机的电动机驱动电路输出产生所述电动机输出所需的控制命令信号。

8.如权利要求7所述的方法，其中：

所述电动机包括一个具有预定减速比的齿轮传动电动机，并且所述电磁致动器包括一个具有彼此通过循环滚珠相啮合的滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母的滚珠丝杠机构，以便允许把该滚珠丝杠的转动运动转换成该滚珠丝杠螺母的线性运动，以及允许把该滚珠丝杠螺母的线性运动转换成该滚珠丝杠的转动运动；以及

计算该电磁致动器的内部惯性力的步骤包括：

(i)根据该电磁致动器的悬架行程加速度从方程dω/dt＝a×(2π/L)×α来计算该电动机的电动机转子的角加速度dω/dt，其中a是该电磁致动器的悬架行程加速度，L是该滚珠丝杠的螺矩，即该滚珠丝杠完整转动一圈时该滚珠丝杠螺母在轴向上相对该滚珠丝杠的移动，而α是该电动机的预定减速比；

(ii)根据计算出的角加速度dω/dt从方程Ti＝J·(dω/dt)＝J·{a×(2π/L)×α}计算由于该电动机转子的角加速度而产生的电动机转子的惯性转矩Ti，其中J是与该电动机转子自身的转动惯量以及一个等效转动惯量的和对应的合转动惯量，该等效转动惯量是通过把悬架行程期间该由于该电磁致动器内的所有移动的以及转动的电磁致动器组成部件的惯性质量所产生的转动惯量转换成与电动机转子位置等高的一个假想惯性质量的转动惯量而得到的；以及

(iii)根据计算出的角加速度dω/dt，从方程fi＝Ti×(2π/L)×α＝J×{(2π/L)×α}²×a计算该电磁致动器的内部惯性力fi。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中：

所述估计悬架行程加速度和电动机角速度的步骤包括：

直接检测电磁致动器的悬架行程加速度以及电动机角速度。

10.如权利要求7或8所述的方法，其中：

所述估计悬架行程加速度和电动机角速度的步骤包括：

通过一个水平传感器检测该电磁致动器的悬架行程；

检测该电动机的电动机转子的电动机转动角；

通过对该悬架行程的二阶微分来计算悬架行程加速度；以及

通过对该电动机转动角的一阶微分来计算电动机角速度。

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