CN110154668B - 一种集成式馈能型主动悬架作动器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成式馈能型主动悬架作动器及其控制方法,包括作动器本体和作动器控制***,所述作动器本体包括空气弹簧机构、磁流变减振器和齿轮齿条结构,所述空气弹簧机构包括空气弹簧、空气弹簧上端盖和空气弹簧下端盖,所述磁流变减振器包括活塞筒、活塞筒上端盖和活塞筒下端盖,所述齿轮齿条结构包括直齿轮、齿条和锥齿轮换向机构。作动器控制***包括作动器控制器和电能存储电路,控制方法包括步骤:一、数据采集及同步传输;二、数据分析处理及控制。本发明可根据路面情况切换悬架作动器工作模式,以达到安全性和舒适性的要求,同时在一定程度上对作动器产生的能量进行回收,提高了车辆的燃油经济性。
Description
技术领域
本发明属于车辆减振装置技术领域,具体涉及一种集成式馈能型主动悬架作动器及其控制方法。
背景技术
汽车悬架是将车架与车轴弹性连接起来的重要总成,传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩,衰减由路面不平引起的承载***的振动,以保证汽车的行驶平顺性和操纵稳定性,使汽车获得高速行驶能力。汽车悬架大致可分为两类:被动悬架和可控悬架。被动悬架虽然工作性能稳定、可靠性高且成本低廉,但其仍有着减震效果差的缺点,所以被动悬架无法满足乘客对不同行驶路况下舒适性的要求。可控悬架则具有根据车辆行驶状态的变化动态调整的能力,使得悬架***能够始终保持最佳的减振性能,所以在近些年可控悬架越来越受到人们的青睐,成为汽车悬架研究的重点课题。可控悬架发展中,已有人提出将磁流变阻尼器用在车辆悬架上,构成了车辆半主动悬架,通过匹配合适的控制策略,即可根据车辆的运动状态和路面状况来抑制车身的振动,从而解决了被动悬架的刚度、阻尼系数等特性参数是固定不变的缺陷,例如申请号为CN201820626231.7的中国专利“一种新型汽车悬架磁流变减振装置”。并且近年来空气悬架的发展得到了长足的进步,高档轿车和客车上越来越多的采用空气悬架。例如申请号为CN201410733541.5的中国专利“用于车辆空气弹簧悬架的车身高度控制装置及其方法”就提出了利用空气悬架刚度的非线性以及其通过调节车身高度的方式来改善车辆的平顺性的悬架控制策略。但目前市场上还没有一种将空气弹簧与磁流变减震器相结合,并能利用齿轮齿条结构回收能量的主动悬架作动器。
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,提供一种集成式馈能型主动悬架作动器及其控制方法。
一方面,提供一种集成式馈能型主动悬架作动器,包括本体,所述本体包括空气弹簧机构、设置在所述空气弹簧机构内的磁流变减振器以及齿轮齿条结构;其中,所述空气弹簧机构包括空气弹簧、设置在空气弹簧上端的空气弹簧上端盖和设置在空气弹簧下端的空气弹簧下端盖,所述空气弹簧上均匀设置多个弯折部,所述弯折部设置有腰环,所述空气弹簧上端盖上设置有接线孔、用于安装第一电磁阀的第一通孔和用于安装第二电磁阀的第二通孔;所述磁流变减振器包括活塞筒和活塞,所述活塞上缠有励磁线圈,所述活塞筒的上部连接有活塞筒上端盖、所述活塞筒的下部连接有活塞筒下端盖,所述活塞筒上端盖、活塞筒、活塞筒下端盖之间的腔体为活塞腔,活塞腔内设置有磁流变液,所述活塞筒上端盖与活塞筒之间设置有上密封件,所述活塞筒下端盖与活塞筒之间设置有下密封件;所述齿轮齿条结构包括齿条-活塞杆、直齿轮以及锥齿轮换向机构,所述齿条-活塞杆的下端与活塞连接,所述齿条-活塞杆的上端加工有齿条,所述锥齿轮换向机构包括大锥齿轮Ⅰ、大锥齿轮Ⅱ、小锥齿轮,所述直齿轮、大锥齿轮Ⅰ、大锥齿轮Ⅱ安装在齿轮轴Ⅰ上,所述小锥齿轮安装在齿轮轴Ⅱ上,所述大锥齿轮Ⅰ里嵌套着超越离合器,所述大锥齿轮Ⅱ里嵌套着超越离合器,所述齿轮轴Ⅰ上安装有位于大锥齿轮Ⅰ左侧的轴承、位于大锥齿轮Ⅱ右侧的轴承,所述直齿轮与活塞杆上端的齿条相啮合,所述小锥齿轮与大锥齿轮Ⅰ、大锥齿轮Ⅱ相啮合,所述齿轮轴Ⅱ的输出端直接与直流无刷电机相接。
另一方面,提供一种作动器控制***,包括作动器控制器和电能存储电路,其中,所述作动器控制器的输入端接有用于对簧载质量位移进行实时检测的簧载质量位移传感器和用于对非簧载质量位移进行实时检测的非簧载质量位移传感器;所述作动器控制器的输出端接有用于驱动空气弹簧中第一电磁阀的第一电磁阀驱动电路、用于驱动空气弹簧中第二电磁阀的第二电磁阀驱动电路和用于驱动磁流变减震器中励磁线圈的励磁线圈驱动电路,所述第一电磁阀与第一电磁阀驱动电路的输出端连接,所述第二电磁阀与第二电磁阀驱动电路的输出端连接,所述励磁线圈与励磁线圈驱动电路的输出端连接;所述电能存储电路包括整流器、与整流器连接的第一馈能支路和第二馈能支路,所述第一馈能支路和第二馈能支路均与第三MOS开关触发驱动模块和蓄电池相连,所述蓄电池的输出端接有第四MOS开关触发驱动模块,所述第四MOS开关触发驱动模块的输出端接有用于为直流无刷电机供电的可控恒流源电路。
再一方面,提供一种对如权利要求5所述集成式馈能型主动悬架作动器进行控制的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤Ⅰ、数据采集及同步传输:
接收分别由簧载质量位移传感器和非簧载质量位移传感器周期性检测的簧载质量位移和非簧载质量位移;
获得不同采样时刻的簧载质量位移、非簧载质量位移,其中,第i次采样得到的非簧载质量位移记作X1i,第i次采样得到的簧载质量位移记作X2i,i的取值为非零自然数;
步骤Ⅱ、数据分析处理及控制:
本发明与现有技术相比具有以下优点:
本发明的集成式馈能型主动悬架作动器的结构简单,设计新颖合理,集成化程度高,实用性强,有很大的市场应用前景;使用时,能够根据行驶路况的不同,自动切换适宜的工作模式,悬架减振效果显著;当行驶路况较好时,工作模式切换为馈能模式,通过齿轮齿条结构回收能量,并通过馈能电路给车载蓄电池充电,实现振动能量的回收,其传递效率高,产生电能多,能量转化率高;当行驶路况苛刻时,工作模式切换为主动模式,即可以调节励磁线圈输入电流改变悬架阻尼力,又可以调节车身高度,以满足汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性的要求;当集成式馈能型主动悬架作动器发生故障时,***仍可工作在被动模式,避免了作动器损坏车辆无法行驶的情况。本发明集成式馈能型主动悬架作动器控制方法,控制器采用模糊控制方法得到磁流变减震器所需电磁阻尼力,使得集成式馈能型主动悬架作动器的控制具有一定的自适应能力和鲁棒性,保证了集成式馈能型主动悬架作动器具有良好的稳定性,控制效果好。本发明的实用性强,使用效果好,满足当前既能实现更好的减振又能产生足够馈能时所消耗电能的目的,使用前景广阔,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为本发明集成式馈能型主动悬架作动器的结构示意图。
图2为本发明作动器控制器与其它各部分的电路连接关系示意图。
附图标记说明:
1—空气弹簧上端盖; 2—上法兰盘; 3—空气弹簧;
4—腰环; 5—下法兰盘; 6—空气弹簧下端盖;
7—活塞筒下端盖; 8—活塞筒; 9—活塞筒上端盖;
10—活塞; 11—励磁线圈; 12—密封件;
13—齿条-活塞杆; 14—直齿轮; 15—第一电磁阀;
16—第二电磁阀; 17—接线孔; 18—橡胶密封圈;
19—轴承; 20—超越离合器; 21—大锥齿轮Ⅰ;
22—大锥齿轮Ⅱ; 23—齿轮轴Ⅰ; 24—小锥齿轮;
25—齿轮轴Ⅱ; 26—直流无刷电机; 27—作动器控制器;
28—簧载质量位移传感器; 29—非簧载质量位移传感器;
30—励磁线圈驱动电路; 31—第一电磁阀驱动电路; 32—第一电磁阀;
33—第二电磁阀驱动电路; 34—第二电磁阀; 35—空气压缩机;
36—储气罐; 37—可控恒流源电路; 38—整流器;
39—第一MOS开关触发驱动模块; 40—第二MOS开关触发驱动模块;
41—第一DC-DC升压模块; 42—第二DC-DC升压模块; 43—第一超级电容;
44—第二超级电容; 45—第一超级电容电压传感器;
46—第二超级电容电压传感器; 47—第三MOS开关触发驱动模块;
48—蓄电池; 49—第四MOS开关触发驱动模块;
具体实施方式
如图1和图2所示,本发明的集成式馈能型主动悬架作动器,包括作动器本体和作动器控制***,所述作动器本体包括空气弹簧机构和设置在所述空气弹簧机构内的磁流变减振器以及齿轮齿条结构。所述空气弹簧机构包括空气弹簧(3)、设置在空气弹簧(3)上端的空气弹簧上端盖(1)和设置在空气弹簧(3)下端的空气弹簧下端盖(6),所述空气弹簧(3)上均匀设置多个弯折部,所述弯折部设置有腰环(4),所述空气弹簧上端盖(1)上设置有接线孔(17)、用于安装第一电磁阀(15)的第一通孔和用于安装第二电磁阀(16)的第二通孔;所述磁流变减振器包括活塞筒(8)、活塞(10)、齿条-活塞杆(13),所述活塞筒(8)的上部连接有活塞筒上端盖(9)、所述活塞筒(8)的下部连接有活塞筒下端盖(7)、所述齿条-活塞杆(13)的下端与活塞(10)连接,所述齿条-活塞杆(13)的上端加工有齿条,所述活塞筒上端盖(9)与活塞筒(8)之间设置有上密封件(12-1),所述活塞筒下端盖(7)与活塞筒(8)之间设置有下密封件(12-2),所述活塞(10)上缠有励磁线圈(11),所述活塞筒上端盖(9)、活塞筒(8)、活塞筒下端盖(7)之间的腔体为活塞腔,活塞腔内设置有磁流变液;所述齿轮齿条结构包括上端加工有齿条的齿条-活塞杆(13)、直齿轮(14)以及锥齿轮换向机构,所述锥齿轮换向机构包括大锥齿轮Ⅰ(21)、大锥齿轮Ⅱ(22)、小锥齿轮(24),所述直齿轮(14)、大锥齿轮Ⅰ(21)、大锥齿轮Ⅱ(22)安装在齿轮轴Ⅰ(23)上,所述小锥齿轮(24)安装在齿轮轴Ⅱ(25)上,所述大锥齿轮Ⅰ(21)里嵌套着超越离合器(20-1),所述大锥齿轮Ⅱ(22)里嵌套着超越离合器(20-2),所述齿轮轴Ⅰ(23)上安装有位于大锥齿轮Ⅰ(21)左侧的轴承(19-1)、位于大锥齿轮Ⅱ(22)右侧的轴承(19-2),所述直齿轮(14)与活塞杆(13)上端的齿条相啮合,所述小锥齿轮(24)与大锥齿轮Ⅰ(21)、大锥齿轮Ⅱ(22)相啮合,所述齿轮轴Ⅱ(25)的输出端直接与直流无刷电机(26)相接。
所述作动器控制***包括作动器控制器(27)和电能存储电路,所述作动器控制器(27)的输入端接有用于对簧载质量位移进行实时检测的簧载质量位移传感器(28)和用于对非簧载质量位移进行实时检测的非簧载质量位移传感器(29),所述电能存储电路包括整流器(38)、均与整流器(38)连接的第一馈能支路和第二馈能支路;所述第一馈能支路包括依次连接的第一MOS开关触发驱动模块(39)、第一DC-DC升压模块(41)、第一超级电容(43)、第一超级电容电压传感器(45);所述第二馈能支路包括依次连接的第二MOS开关触发驱动模块(40)、第二DC-DC升压模块(42)、第二超级电容(44)、第二超级电容电压传感器(46);所述第一馈能支路和第二馈能支路均与第三MOS开关触发驱动模块(47)和蓄电池(48)相连;所述蓄电池(48)的输出端接有第四MOS开关触发驱动模块(49),所述第四MOS开关触发驱动模块(49)的输出端接有用于为直流无刷电机(26)供电的可控恒流源电路(37);所述第一MOS开关触发驱动模块(39)、第二MOS开关触发驱动模块(40)、第三MOS开关触发驱动模块(47)、第四MOS开关触发驱动模块(49)均与作动器控制器(27)的输出端连接;所述第一超级电容电压传感器(45)和第二超级电容电压传感器(46)的输出端均与作动器控制器(27)的输入端连接;所述作动器控制器(27)的输出端接有用于驱动空气弹簧中第一电磁阀(32)的第一电磁阀驱动电路(31)、用于驱动空气弹簧中第二电磁阀(34)的第二电磁阀驱动电路(33)和用于驱动磁流变减震器中励磁线圈(11)的励磁线圈驱动电路(30),所述第一电磁阀(32)与第一电磁阀驱动电路(31)的输出端连接,所述第二电磁阀(34)与第二电磁阀驱动电路(33)的输出端连接,所述励磁线圈(11)与励磁线圈驱动电路(30)的输出端连接。
本实施例中,所述空气弹簧(3)的上端套装有上法兰盘(2),所述空气弹簧(3)的下端套装有下法兰盘(5),所述空气弹簧上端盖(1)与上法兰盘(2)以及空气弹簧下端盖(6)与下法兰盘(5)之间均通过紧固螺钉连接;所述接线孔(17)的出口处设置有橡胶密封圈(18)。
本实施例中,所述活塞筒下端盖(7)焊接在空气弹簧下端盖(6)的内侧面,所述齿条-活塞杆(13)的上端焊接在空气弹簧上端盖(1)的内侧面;
本实施例中,所述活塞筒上端盖(9)通过螺纹连接在活塞筒(8)的上部,所述活塞筒下端盖(7)通过螺纹连接在活塞筒(8)的下部。所述直流无刷电机(26)的外壳体固定在活塞筒上端盖(9)的外侧面。
本实施例中,其特征在于:所述轴承(19-1)、轴承(19-2)均为滚珠轴承,所述轴承(19-1)、轴承(19-2)的数量均为两个。
本实施例中,所述齿条-活塞杆(13)上齿条的主要传动尺寸:齿宽为44mm,行程为200mm;所述直齿轮(14)的主要传动尺寸:齿数为17,模数为2,齿宽为34mm,分度圆直径为34mm;所述大锥齿轮Ⅰ(21)、大锥齿轮Ⅱ(22)的主要传动尺寸:齿数为51,大端模数为1.5,齿宽为13mm,大端分度圆直径为76.5mm,锥距40.32mm;所述小锥齿轮(24)的主要传动尺寸:齿数为17,大端模数为1.5,齿宽为13mm,大端分度圆直径为76.5mm,锥距40.32mm。
本发明的集成式馈能型主动悬架作动器的控制方法,包括以下步骤:
步骤Ⅰ、数据采集及同步传输:采用簧载质量位移传感器(28)对簧载质量位移进行周期性检测,并将采集到的簧载质量位移发送至作动器控制器(27),非簧载质量位移传感器(29)对非簧载质量位移进行周期性检测,并将采集到的非簧载质量位移发送至作动器控制器(27),作动器控制器(27)获得不同采样时刻的簧载质量位移、非簧载质量位移,其中,第i次采样得到的非簧载质量位移记作X1i,第i次采样得到的簧载质量位移记作X2i,i的取值为非零自然数;
步骤Ⅱ、数据分析处理及控制,具体过程为:
其中,作动器控制器(27)对悬架作动器进行主动控制的具体过程为:
步骤A1、作动器控制器(27)将从簧载质量位移传感器(28)、非簧载质量位移传感器(29)收集到的数据:非簧载质量位移X1i和簧载质量位移X2i进行处理,得到悬架动挠度X2i-X1i;
步骤A2、作动器控制器(27)将第i次采样得到的悬架动挠度X2i-X1i与预先设定的悬架动挠度的阈值fd1、fd2进行大小比较;其中,fd1=7cm,fd2=9cm;
当fd1<X2i-X1i<fd2时,判别当前路面为崎岖路面,悬架作动器处于主动工作模式一;
当X2i-X1i<fd1或X2i-X1i>fd2时,判别当前路面为越野路面,悬架作动器处于主动工作模式二;
判别路面为高速路面,悬架作动器处于馈能模式一时,具体工作过程为:车辆行驶在不平路面上时空气弹簧上端盖(1)与空气弹簧下端盖(6)产生的相对直线运动,带动齿轮齿条运动副中直齿轮(14)和齿条-活塞杆(13)的相对直线运动,并经由锥齿轮换向机构转变为直流无刷电机(26)的电机转子的旋转运动,直流无刷电机(26)作为发电机工作;直流无刷电机(26)作为发电机工作后产生感应交流电流,感应交流电流首先经过整流器(38)对电流进行整流、滤波,使其成为稳定的直流电,作动器控制器(27)控制第一MOS开关触发驱动模块(39)导通,第二MOS开关触发驱动模块(40)断开,整流器(38)整流后的电压经第一DC-DC升压模块(41)升压后暂时储存在第一超级电容(43)中;作动器控制器(27)根据第一超级电容电压传感器(45)检测到的第一超级电容(43)的电压值,判断第一超级电容(43)的电压值是否达到了设定的电压值,当第一超级电容(43)的电压值达到了设定的开始对蓄电池组(48)充电的电压值时,作动器控制器(27)控制第三MOS开关触发驱动模块(47)接通,第一超级电容(43)输出的电压经第三MOS开关触发驱动模块(47)后对蓄电池组(48)充电;当第一超级电容(43)的电压值小于设定的停止对蓄电池组(48)充电的电压值时,作动器控制器(27)控制第三MOS开关触发驱动模块(47)断开,第一超级电容(43)停止对蓄电池组(48)充电。
判别路面为城市路面,悬架作动器处于馈能模式二时,具体工作过程为:车辆行驶在不平路面上时空气弹簧上端盖(1)与空气弹簧下端盖(6)产生的相对直线运动,带动齿轮齿条运动副中直齿轮(14)和齿条-活塞杆(13)的相对直线运动,并经由锥齿轮换向机构转变为直流无刷电机(26)的电机转子的旋转运动,直流无刷电机(26)作为发电机工作;直流无刷电机(26)作为发电机工作后产生感应交流电流,感应交流电流首先经过整流器(38)对电流进行整流、滤波,使其成为稳定的直流电,作动器控制器(46)控制第一MOS开关触发驱动模块(39)断开,第二MOS开关触发驱动模块(40)导通,整流器(38)整流后的电压经第二DC-DC升压模块(42)升压后暂时储存在第二超级电容(44)中;作动器控制器(27)根据第二超级电容电压传感器(46)检测到的第二超级电容(44)的电压值,判断第二超级电容(44)的电压值是否达到了设定的电压值,当第二超级电容(44)的电压值达到了设定的开始对蓄电池组(48)充电的电压值时,作动器控制器(27)控制第三MOS开关触发驱动模块(47)接通,第二超级电容(44)输出的电压经第三MOS开关触发驱动模块(47)后对蓄电池组(48)充电;当第二超级电容(44)的电压值小于设定的停止对蓄电池组(48)充电的电压值时,作动器控制器(27)控制第三MOS开关触发驱动模块(47)断开,第二超级电容(44)停止对蓄电池组(48)充电。
判别路面为崎岖路面,悬架作动器处于主动工作模式一时,具体工作过程为:作动器控制器(27)驱动直流无刷电机(26)旋转,直流无刷电机(26)通过锥齿轮换向机构带动直齿轮(14)旋转,从而带动齿条-活塞杆(13)上下移动,齿条-活塞杆(13)带动活塞上下移动;同时作动器控制器根据模糊PID控制的方法对其采样得到的簧载质量位移和非簧载质量位移进行分析处理,得到励磁线圈(11)需要的输入电流并通过励磁线圈驱动电路(30)实时调节励磁线圈(11)的输入电流,从而产生强度可变的磁场作用在磁流变液上,即实时调节磁流变液的刚度和阻尼,产生对悬架相对运动的阻尼,此时悬架作动器提供主动控制力并传递给车身,达到减震的目的;
判别路面为越野路面,悬架作动器处于主动工作模式二时,具体工作过程为:当作动器控制器(27)实时监测的第i次采样悬架动挠度X2i-X1i<fd1时,所述作动器控制器(27)通过第一电磁阀驱动电路(31)控制第一电磁阀(32)关闭,同时,作动器控制器(27)通过第二电磁阀驱动电路(33)控制第二电磁阀(34)打开,并且作动器控制器(27)通过空气压缩机(35)和储气罐(36)为空气弹簧(3)进行充气,使得实时悬架动挠度X2i-X1i满足预先设定的悬架动挠度的范围fd1<X2i-X1i<fd2;当作动器控制器(27)实时监测的第i次采样悬架动挠度X2i-X1i>fd2时,所述作动器控制器(27)通过第一电磁阀驱动电路(31)控制第一电磁阀(32)打开,同时,作动器控制器(27)通过第二电磁阀驱动电路(33)控制第二电磁阀(34)关闭,释放空气弹簧(3)中的气体,使得实时悬架动挠度X2i-X1i满足预先设定的悬架动挠度的范围fd1<X2i-X1i<fd2。
本实施例中,步骤Ⅱ中所述作动器控制器(27)根据模糊PID控制的方法对其采样得到的簧载质量位移和非簧载质量位移进行分析处理,得到励磁线圈(11)需要的输入电流的具体过程为:
步骤一、作动器控制器(27)根据公式ei=X2i-X1i对其第i次采样得到的簧载质量位移X1i和非簧载质量位移X2i作差,得到第i次采样时***簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei;
步骤三、作动器控制器(27)根据公式对ei进行量化,得到ei的量化量Ei;其中为ei的量化因子;|ei|<0.025时,0.025≤|ei|≤0.045时,|ei|>0.045时,Ei的论域为[-7,7];
步骤七、作动器控制器(27)根据模糊PID控制的第一个输入和第二个输入查询存储在作动器控制器(27)中预先制定好的模糊控制查询表,得到第i次采样时模糊控制部分的输出Δkpi、Δkii、Δkdi,即第i次采样时PID控制部分的比例参数的动态调整量Δkpi、积分参数的动态调整量Δkii和微分参数的动态调整量Δkdi;
步骤八、作动器控制器(27)根据公式对Δkpi、Δkii、Δkdi进行整定,得到第i次采样时PID控制部分的比例控制参数Kp(i)、积分控制参数Ki(i)和微分控制参数Kd(i);其中,Kp(i-1)、Ki(i-1)、Kd(i-1)分别为第i-1次采样时的比例控制参数、积分控制参数、微分控制参数;qp、qI、qD分别为比例控制参数、积分控制参数、微分控制参数的校正速度量且取值均为1~10;
本实施例中,步骤七中所述作动器控制器(27)预先制定模糊控制查询表的过程为:
步骤701、簧载质量位移传感器(28)对簧载质量位移进行实时检测,非簧载质量位移传感器(29)对非簧载质量位移进行实时检测;作动器控制器(27)对簧载质量位移和非簧载质量位移进行周期性采样;
步骤702、作动器控制器(27)根据公式ei=X2i-X1i对第i次采样的簧载质量位移X1i和非簧载质量位移X2i作差,得到第i次采样时簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei;其中,i的取值为自然数;
步骤704、作动器控制器(27)根据公式对ei进行量化,得到ei的量化量Ei;其中为ei的量化因子;|ei|<0.025时,0.025≤|ei|≤0.045时,|ei|>0.045时,Ei的论域为[-7,7];
步骤706、作动器控制器(27)对Ei进行模糊化处理,其具体过程如下:
步骤7061、定义Ei的模糊状态集合为{正大、正中、正小、零正、零负、负小、负中、负大};
步骤7062、作动器控制器(27)根据Ei的三角形隶属函数计算得到Ei对应模糊状态隶属度值trimf(Ei,a1,b1,c1),并由最大隶属度原则确定Ei对应的模糊状态,且当Ei在两种不同的模糊状态下对应的隶属度值相等时,选取小于Ei的数据对应的模糊状态为Ei对应的模糊状态;其中,a1为Ei三角形底边左顶点的横坐标,b1为Ei三角形底边右顶点的横坐标,c1为Ei三角形上部顶点的横坐标;当模糊状态为正大时,a1=5,b1=7,c1=9;当模糊状态为正中时,a1=3,b1=5,c1=7;当模糊状态为正小时,a1=1,b1=3,c1=5;当模糊状态为正零时,a1=-1,b1=1,c1=3;当模糊状态为负零时,a1=-3,b1=-1,c1=1;当模糊状态为负小时,a1=-5,b1=-3,c1=-1;当模糊状态为负中时,a1=-7,b1=-5,c1=-3;当模糊状态为负大时,a1=-9,b1=-7,c1=-5;
步骤7072、作动器控制器(27)根据的三角形隶属函数计算得到对应模糊状态隶属度值并由最大隶属度原则确定对应的模糊状态,且当在两种不同的模糊状态下对应的隶属度值相等时,选取小于的数据对应的模糊状态为对应的模糊状态;其中,a2为三角形底边左顶点的横坐标,b2为三角形底边右顶点的横坐标,c2为三角形上部顶点的横坐标;当模糊状态为正大时,a2=5,b2=7,c2=9;当模糊状态为正中时,a2=3,b2=5,c2=7;当模糊状态为正小时,a2=1,b2=3,c2=5;当模糊状态为正零时,a2=-1,b2=1,c2=3;当模糊状态为负零时,a2=-3,b2=-1,c2=1;当模糊状态为负小时,a2=-5,b2=-3,c2=-1;当模糊状态为负中时,a2=-7,b2=-5,c2=-3;当模糊状态为负大时,a2=-9,b2=-7,c2=-5;
步骤708、定义模糊控制部分的输出Δkpi、Δkii、Δkdi的模糊状态集合均为{正大、正中、正小、零正、零负、负小、负中、负大},制定模糊控制根据Ei和对应的模糊状态得到模糊控制部分的输出Δkpi、Δkii、Δkdi的模糊状态的模糊控制规则,并根据所述模糊控制规则确定出Δkpi、Δkii、Δkdi的模糊状态;
其中,所述模糊控制规则为:
当Ei和对应的模糊输入状态分别为负大和负大、负大和负中、负大和负小、负大和零负、负大和零正、负大和正小、负大和正中、负大和正大时,Δkpi、Δkii、Δkdi分别为正大、负大和负中,正大、负大和负小,正中、负中和零负,正中、负中和零负,正小、负小和零正,正小、负小和零正,零正、零负和负小,零正、零正和负小;
当Ei和对应的模糊输入状态分别为负中和负大、负中和负中、负中和负小、负中和零负、负中和零正、负中和正小、负中和正中、负中和正大时,Δkpi、Δkii、Δkdi分别为正大、负大和正小,正中、负大和负小,正小、负中和负大,正小、负小和负大,正小、负小和负大,正小、负小和负大,零正、零负和负中,零正、零正和正小;
当Ei和对应的模糊输入状态分别为负小和负大、负小和负中、负小和负小、负小和零负、负小和零正、负小和正小、负小和正中、负小和正大时,Δkpi、Δkii、Δkdi分别为正中、负大和零负,正中、负中和负小,正中、负小和负中,正小、零负和负中,零正、零正和负小,零负、零正和负小,负小、正小和负小,负小、正小和零负;
当Ei和对应的模糊输入状态分别为零负和负大、零负和负中、零负和负小、零负和零负、零负和零正、零负和正小、零负和正中、零负和正大时,Δkpi、Δkii、Δkdi分别为正中、负中和零负,正小、负小和零负,正小、零负和负小,零正、零正和负小,零负、零正和负中,零负、零正和负小,负小、正小和零负,负小、正小和零负;
当Ei和对应的模糊输入状态分别为零正和负大、零正和负中、零正和负小、零正和零负、零正和零正、零正和正小、零正和正中、零正和正大时,Δkpi、Δkii、Δkdi分别为零正、负中和负中,零正、负小和负小,零正、零负和零负,零负、零正和零负,零负、零正和零正,负小、正小和正小,负中、正中和正中,负中、正大和正大;
当Ei和对应的模糊输入状态分别为正小和负大、正小和负中、正小和负小、正小和零负、正小和零正、正小和正小、正小和正中、正小和正大时,Δkpi、Δkii、Δkdi分别为正小、负中和零负,正小、负小和零负,零正、零负和零负,零正、零负和零负,零负、零正和零正,负小、正小和零正,负中、正中和零正,负中、负大和零正;
当Ei和对应的模糊输入状态分别为正中和负大、正中和负中、正中和负小、正中和零负、正中和零正、正中和正小、正中和正中、正中和正大时,Δkpi、Δkii、Δkdi分别为正小、零正和正大,零正、零正和负小,零负、零负和正小,负小、零负和正小,负小、正小和正小,负中、正中和正小,负中、正大和正小,负大、正大和正大;
当Ei和对应的模糊输入状态分别为正大和负大、正大和负中、正大和负小、正大和零负、正大和零正、正大和正小、正大和正中、正大和正大时,Δkpi、Δkii、Δkdi分别为零正、零负和正大,零正、零正和正中,零正、正小和正中,负中、正小和正中,负中、正中和正小,负中、正中和正小,负大、正大和正小,负大、正大和正大;
步骤709、对所述模糊控制部分的输出Δkpi、Δkii、Δkdi的模糊状态进行反模糊化处理,其具体过程为:
步骤7091、定义所述模糊控制部分的输出Δkpi、Δkii、Δkdi的论域均为[-6,6];
步骤7092、作动器控制器(27)根据所述模糊控制部分的输出Δkpi、Δkii、Δkdi的三角形隶属函数计算得到Δkpi、Δkii、Δkdi的各个模糊状态下的论域[-6,6]中每个整数对应的隶属度值trimf(Δkpi,Δkii,Δkdi,a3,b3,c3),并将某个Δkpi、Δkii、Δkdi的论域[-6,6]中各个整数对应的隶属度值中的最大值所对应的Δkpi、Δkii、Δkdi的值确定为Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果;其中,a3为Δkpi、Δkii、Δkdi的三角形底边左顶点的横坐标,b3为Δkpi、Δkii、Δkdi的三角形底边右顶点的横坐标,c3为模Δkpi、Δkii、Δkdi的三角形上部顶点的横坐标;当模糊状态为正大时,a3=5,b3=7,c3=9;当模糊状态为正中时,a3=3,b3=5,c3=7;当模糊状态为正小时,a3=1,b3=3,c3=5;当模糊状态为正零时,a3=-1,b3=1,c3=3;当模糊状态为负零时,a3=-3,b3=-1,c3=1;当模糊状态为负小时,a3=-5,b3=-3,c3=-1;当模糊状态为负中时,a3=-7,b3=-5,c3=-3;当模糊状态为负大时,a3=-9,b3=-7,c3=-5;
本实施例中,步骤7011中所述模糊控制查询表用语言描述为:
当Ei和的值分别为-7和-7、-7和-6、-7和-5、-7和-4、-7和-3、-7和-2、-7和-1、-7和0、-7和1、-7和2、-7和3、-7和4、-7和5、-7和6、-7和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为6、-6和-5,6、-6和-4,6、-6和-3,5、-5和-2,5、-5和-1,5、-5和-1,5、-5和-1,4、-4和-1,3、-3和-1,3、-3和-1,3、-3和-1,2、-2和-2,1、1和-3,1、0和-3,1、1和-3;
当Ei和的值分别为-6和-7、-6和-6、-6和-5、-6和-4、-6和-3、-6和-2、-6和-1、-6和0、-6和1、-6和2、-6和3、-6和4、-6和5、-6和6、-6和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为6、-6和-1,5、-6和-1,5、-6和-2,4、-5和-3,4、-5和-3,4、-4和-3,4、-4和-3,4、-4和-3,3、-3和-3,3、-3和-3,3、-3和-3,2、-2和-3,1、-1和-4,1、0和-1,1、1和0;
当Ei和的值分别为-5和-7、-5和-6、-5和-5、-5和-4、-5和-3、-5和-2、-5和-1、-5和0、-5和1、-5和2、-5和3、-5和4、-5和5、-5和6、-5和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为6、-6和3,5、-6和0,5、-6和-3,4、-5和-4,3、-5和-6,3、-4和-6,3、-3和-6,3、-3和-6,3、-3和-6,3、-3和-6,3、-3和-6,2、-2和-5,1、-1和-5,1、0和-1,1、1和3;
当Ei和的值分别为-4和-7、-4和-6、-4和-5、-4和-4、-4和-3、-4和-2、-4和-1、-4和0、-4和1、-4和2、-4和3、-4和4、-4和5、-4和6、-4和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为5、-6和1,5、-5和0,5、-5和-3,4、-4和-4,4、-4和-5,4、-3和-5,3、-2和-5,2、-1和-4,2、-1和-4,1、-1和-4,1、-1和-4,0、0和-4,-1、1和-4,1、-1和-1,-1、2和1;
当Ei和的值分别为-3和-7、-3和-6、-3和-5、-3和-4、-3和-3、-3和-2、-3和-1、-3和0、-3和1、-3和2、-3和3、-3和4、-3和5、-3和6、-3和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为5、-6和-1,5、-5和-2,5、-5和-3,5、-4和-4,5、-3和-5,4、-2和-5,3、-1和-5,2、3和-4,1、1和-3,0、1和-3,-1、1和-3,-2、2和-3,-3、3和-3,-3、3和-2,-3、3和-1;
当Ei和的值分别为-2和-7、-2和-6、-2和-5、-2和-4、-2和-3、-2和-2、-2和-1、-2和0、-2和1、-2和2、-2和3、-2和4、-2和5、-2和6、-2和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi模糊化的结果分别为5、-5和-1,4、-4和-2,4、-4和-2,4、-3和-3,4、-2和-4,3、-1和-4,2、0和-4,1、3和-4,0、1和-4,0、1和-4,0、1和-3,-2、2和-2,-3、3和-2,-3、3和-2,-3、3和-1;
当Ei和的值分别为-1和-7、-1和-6、-1和-5、-1和-4、-1和-3、-1和-2、-1和-1、-1和0、-1和1、-1和2、-1和3、-1和4、-1和5、-1和6、-1和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为5、-5和-1,4、-4和-1,3、-3和-1,3、-2和-2,3、-1和-3,2、0和-3,1、0和-3,0、1和-4,-1、1和-5,-1、1和-4,-1、1和-3,-2、2和-2,-3、3和-1,-3、3和-1,-3、3和-1;
当Ei和的值分别为0和-7、0和-6、0和-5、0和-4、0和-3、0和-2、0和-1、0和0、0和1、0和2、0和3、0和4、0和5、0和6、0和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为3、-5和-3,3、-4和-3,2、-3和-2,2、-2和-2,2、-1和-2,1、0和-2,0、1和-2,3、1和-2,-1、1和-2,-2、2和-1,-2、2和0,-3、3和1,-4、4和2,-4、4和3,-4、4和2;
当Ei和的值分别为1和-7、1和-6、1和-5、1和-4、1和-3、1和-2、1和-1、1和0、1和1、1和2、1和3、1和4、1和5、1和6、1和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为1、-5和-5,1、-4和-4,1、-3和-3,1、-2和-2,1、-1和-1,0、0和-1,-1、1和-1,-1、1和3,-1、1和1,-2、2和2,-3、3和3,-4、4和4,-5、5和5,-5、5和5,-5、6和6;
当Ei和的值分别为2和-7、2和-6、2和-5、2和-4、2和-3、2和-2、2和-1、2和0、2和1、2和2、2和3、2和4、2和5、2和6、2和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为2、-5和-3,2、-4和-3,2、-3和-2,2、-2和-2,1、-1和-1,0、0和-1,0、0和-1,3、3和3,-1、1和1,-2、2和2,-3、3和2,-4、4和3,-5、5和3,-5、5和3,-5、6和2;
当Ei和的值分别为3和-7、3和-6、3和-5、3和-4、3和-3、3和-2、3和-1、3和0、3和1、3和2、3和3、3和4、3和5、3和6、3和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为3、-5和-1,3、-4和-1,3、-3和-1,2、-2和-1,1、-1和-1,1、-1和-1,1、-1和-1,3、3和3,-1、1和1,-2、2和1,-3、3和1,-4、4和1,-5、5和1,-5、5和1,-5、6和1;
当Ei和的值分别为4和-7、4和-6、4和-5、4和-4、4和-3、4和-2、4和-1、4和0、4和1、4和2、4和3、4和4、4和5、4和6、4和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为3、-2和1,2、-2和0,2、-1和-2,1、-1和0,0、-1和1,-1、-1和1,-1、-1和1,-1、1和1,-2、2和2,-3、3和2,-4、4和2,-4、4和2,-5、5和2,-5、5和3,-5、6和3;
当Ei和的值分别为5和-7、5和-6、5和-5、5和-4、5和-3、5和-2、5和-1、5和0、5和1、5和2、5和3、5和4、5和5、5和6、5和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为3、1和6,2、1和0,1、1和-3,3、0和0,-1、-1和3,-2、1和3,-3、-1和3,-3、1和3,-3、3和3,-4、4和3,-5、5和3,-5、5和3,-5、6和3,-5、6和4,-6、6和6;
当Ei和的值分别为6和-7、6和-6、6和-5、6和-4、6和-3、6和-2、6和-1、6和0、6和1、6和2、6和3、6和4、6和5、6和6、6和7时,Δkpi、Δkii、Δkdi反模糊化的结果分别为1、0和6,1、0和1,1、1和1,0、1和1,0、1和4,-2、1和4,-4、1和4,-4、2和4,-4、4和3,-4、4和3,-5、5和3,-5、5和3,-5、6和3,-5、6和4,-6、6和6;
Claims (8)
1.一种悬架作动器控制方法,其特征在于,悬架作动器控制***包括电能存储电路,所述电能存储电路包括整流器、与整流器连接的第一馈能支路和第二馈能支路,所述第一馈能支路和第二馈能支路均与第三MOS开关触发驱动模块和蓄电池相连,所述蓄电池的输出端接有第四MOS开关触发驱动模块,所述第四MOS开关触发驱动模块的输出端接有用于为直流无刷电机供电的可控恒流源电路;
该方法包括以下步骤:
步骤Ⅰ、数据采集及同步传输:
接收分别由簧载质量位移传感器和非簧载质量位移传感器周期性检测的簧载质量位移和非簧载质量位移;
获得不同采样时刻的簧载质量位移、非簧载质量位移,其中,第i次采样得到的非簧载质量位移记作X1i,第i次采样得到的簧载质量位移记作X2i,i的取值为非零自然数;
步骤Ⅱ、数据分析处理及控制:
所述对悬架作动器进行主动控制包括以下步骤:
步骤A1、对接收的非簧载质量位移X1i和簧载质量位移X2i进行处理,得到悬架动挠度X2i-X1i;
步骤A2、将悬架动挠度X2i-X1i与预先设定的悬架动挠度的阈值fd1、fd2进行大小比较,
当fd1<X2i-X1i<fd2时,判别当前路面为崎岖路面,悬架作动器处于主动工作模式一;
当X2i-X1i<fd1或X2i-X1i>fd2时,判别当前路面为越野路面,悬架作动器处于主动工作模式二;
V1=0.15m/s,V2=0.45m/s,fd1=7cm,fd2=9cm。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,悬架作动器控制***还包括作动器控制器,所述作动器控制器的输入端接有用于对簧载质量位移进行实时检测的簧载质量位移传感器和用于对非簧载质量位移进行实时检测的非簧载质量位移传感器;所述作动器控制器的输出端接有用于驱动第一电磁阀的第一电磁阀驱动电路、用于驱动第二电磁阀的第二电磁阀驱动电路以及用于驱动励磁线圈的励磁线圈驱动电路。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第一馈能支路包括依次连接的第一MOS开关触发驱动模块、第一DC-DC升压模块、第一超级电容、第一超级电容电压传感器;所述第二馈能支路包括依次连接的第二MOS开关触发驱动模块、第二DC-DC升压模块、第二超级电容、第二超级电容电压传感器;所述第一MOS开关触发驱动模块、第二MOS开关触发驱动模块、第三MOS开关触发驱动模块、第四MOS开关触发驱动模块均与所述作动器控制器的输出端连接;所述第一超级电容电压传感器和第二超级电容电压传感器的输出端均与作动器控制器的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述第一电磁阀驱动电路的输出端与第一电磁阀连接,所述第二电磁阀驱动电路的输出端与第二电磁阀连接,所述励磁线圈驱动电路的输出端与励磁线圈连接。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述馈能模式一包括以下步骤:
控制第一MOS开关触发驱动模块导通,第二MOS开关触发驱动模块(40)断开,整流器整流后的电压经第一DC-DC升压模块升压后暂时储存在第一超级电容中;
根据第一超级电容电压传感器检测到的第一超级电容的电压值,判断第一超级电容的电压值是否达到了设定的电压值,
当第一超级电容的电压值达到了设定的开始对蓄电池组充电的电压值时,控制第三MOS开关触发驱动模块接通,第一超级电容输出的电压经第三MOS开关触发驱动模块后对蓄电池组充电;
当第一超级电容的电压值小于设定的停止对蓄电池组充电的电压值时,控制第三MOS开关触发驱动模块断开,第一超级电容停止对蓄电池组充电。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述馈能模式二包括以下步骤:
控制第一MOS开关触发驱动模块断开,第二MOS开关触发驱动模块导通,整流器整流后的电压经第二DC-DC升压模块升压后暂时储存在第二超级电容中;
根据第二超级电容电压传感器检测到的第二超级电容的电压值,判断第二超级电容的电压值是否达到了设定的电压值,
当第二超级电容的电压值达到了设定的开始对蓄电池组充电的电压值时,控制第三MOS开关触发驱动模块接通,第二超级电容输出的电压经第三MOS开关触发驱动模块后对蓄电池组充电;
当第二超级电容的电压值小于设定的停止对蓄电池组充电的电压值时,控制第三MOS开关触发驱动模块断开,第二超级电容停止对蓄电池组充电。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述主动工作模式一包括以下步骤:
当实时监测的第i次采样悬架动挠度X2i-X1i<fd1时,通过第一电磁阀驱动电路控制第一电磁阀关闭,同时,通过第二电磁阀驱动电路控制第二电磁阀打开,并且通过空气压缩机和储气罐为空气弹簧进行充气,使得实时悬架动挠度X2i-X1i满足预先设定的悬架动挠度的范围fd1<X2i-X1i<fd2;
当实时监测的第i次采样悬架动挠度X2i-X1i>fd2时,通过第一电磁阀驱动电路控制第一电磁阀打开,同时,通过第二电磁阀驱动电路控制第二电磁阀关闭,释放空气弹簧中的气体,使得实时悬架动挠度X2i-X1i满足预先设定的悬架动挠度的范围fd1<X2i-X1i<fd2。
8.一种集成式馈能型主动悬架作动器,包括本体和悬架作动器控制***,所述作动器控制***用于执行如权利要求1至7中任一所述的悬架作动器控制方法,其特征在于,所述本体包括空气弹簧机构、设置在所述空气弹簧机构内的磁流变减振器以及齿轮齿条结构;其中,
所述空气弹簧机构包括空气弹簧、设置在空气弹簧上端的空气弹簧上端盖和设置在空气弹簧下端的空气弹簧下端盖,所述空气弹簧上均匀设置多个弯折部,所述弯折部设置有腰环,所述空气弹簧上端盖上设置有接线孔、用于安装第一电磁阀的第一通孔和用于安装第二电磁阀的第二通孔;
所述磁流变减振器包括活塞筒和活塞,所述活塞上缠有励磁线圈,所述活塞筒的上部连接有活塞筒上端盖、所述活塞筒的下部连接有活塞筒下端盖,所述活塞筒上端盖、活塞筒、活塞筒下端盖之间的腔体为活塞腔,活塞腔内设置有磁流变液,所述活塞筒上端盖与活塞筒之间设置有上密封件,所述活塞筒下端盖与活塞筒之间设置有下密封件;
所述齿轮齿条结构包括齿条-活塞杆、直齿轮以及锥齿轮换向机构,所述齿条-活塞杆的下端与活塞连接,所述齿条-活塞杆的上端加工有齿条,所述锥齿轮换向机构包括大锥齿轮Ⅰ、大锥齿轮Ⅱ、小锥齿轮,所述直齿轮、大锥齿轮Ⅰ、大锥齿轮Ⅱ安装在齿轮轴Ⅰ上,所述小锥齿轮安装在齿轮轴Ⅱ上,所述大锥齿轮Ⅰ里嵌套着超越离合器,所述大锥齿轮Ⅱ里嵌套着超越离合器,所述齿轮轴Ⅰ上安装有位于大锥齿轮Ⅰ左侧的轴承、位于大锥齿轮Ⅱ右侧的轴承,所述直齿轮与活塞杆上端的齿条相啮合,所述小锥齿轮与大锥齿轮Ⅰ、大锥齿轮Ⅱ相啮合,所述齿轮轴Ⅱ的输出端直接与直流无刷电机相接;
相应地,所述作动器控制器驱动直流无刷电机旋转,直流无刷电机通过锥齿轮换向机构带动直齿轮旋转,从而带动齿条-活塞杆上下移动,齿条-活塞杆带动活塞上下移动。
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