CN111301088B - 一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器及控制方法 - Google Patents

一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器，其***包括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、齿轮齿条机构和电磁阀式减振器，所述作动器控制***包括作动器控制模块和馈能电机控制模块。本发明的悬架***结构简单、紧凑，在作动器控制***及其馈能电路控制下，响应速度快，控制精准，能量转化率高，并且对模糊PID进行改进，使用了基于蝙蝠烟花混合算法的模糊PID对悬架进行控制，提高悬架具有良好的平顺性和操稳性。

Description

一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器及控制方法
技术领域
本发明属于车辆减振装置技术领域，具体涉及一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器及控制方法。
背景技术
目前，悬架***是汽车的重要组成部分，它决定了车辆的平顺性和操纵稳定性。目前的汽车悬架主要分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。主动悬架和被动悬架、半主动悬架相比虽然可以使车辆具有更好的平顺性和操纵稳定性，但其高耗能的缺点至今没能得到有效地结决，难以普及，而且可控悬架往往占据很大的安装空间，这在很大程度上限制了可控悬架的应用。例如申请号为201310560418.3的中国专利“一种车辆一体式惯性悬架”将悬架***集成，但是无法实现对车辆的主动控制，难以改善车辆的平顺性和操纵稳定性。又例如申请号为CN201520148667.6的中国专利“一种可产生电能、主动控制馈能减振装置”实现了对悬架***的主动控制和振动能量的回收但是并没有对其进行结构集成，安装时占据很大空间。
发明内容
为了克服以上问题，本发明在对上述缺点改进的同时，对模糊PID控制算法进行改进，使用了基于蝙蝠烟花混合算法的模糊PID对悬架进行控制。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器，其特征在于：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、齿轮齿条机构和电磁阀式减振器。所述作动器控制***包括作动器控制模块和馈能电路控制模块。
所述空气弹簧机构包括空气弹簧上端盖、空气弹簧及空气弹簧下端盖，所述空气弹簧上端盖用螺栓在上法兰盘处安装于空气弹簧之上，所述空气弹簧上端盖上设置空气悬架充放气孔，所述空气悬架充放气孔紧挨着设置有接线孔，所述直流无刷电机总线从接线孔导出，所述接线孔外设置有橡胶密封圈，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，所述空气弹簧下端盖用螺栓在下法兰盘处安装于空气弹簧之上；
所述齿轮齿条机构包括与齿条啮合的齿轮，与齿轮同轴连接的齿轮轴，所述齿条在齿轮箱壳体内沿导向滑块滑动，所述齿轮轴通过联轴器与直流无刷电机相连，所述直流无刷电机通过电机装配螺栓安装于齿轮箱壳体上；
所述电磁阀式减振器包括电磁阀壳体与电磁阀压盖以及液压腔形成的电磁阀下油封空间，电磁阀壳体、电磁阀上端盖以及液压腔形成电磁阀上油封空间，所述电磁阀壳体上设置有电磁阀，所述电磁阀通过控制节流口的大小，控制液压油在液压腔中的流通。
所述作动器控制***包括作动器控制模块和馈能电路控制模块；
所述作动器控制模块包括作为作动器控制器的输入端的簧载质量加速度和非簧载质量加速度，所述作动器控制器控制第九MOS开关触发驱动模块、第十MOS开关触发驱动模块和第十一MOS开关触发驱动模块，所述第九MOS开关触发驱动模块通过直流无刷电机驱动器对直流无刷电机进行控制，所述第十MOS开关触发驱动模块通过空气悬架驱动器对空气悬架进行控制，所述第十一MOS开关触发驱动模块通过电磁阀式减振器驱动器对电磁阀式减振器进行控制。
所述馈能电路控制模块包括直流无刷电机输出的电能，所述电能通过整流器整流，所述整流器的输出端分别连接着第一MOS开关触发驱动模块和DC-DC升压模块，所述作动器控制器的输出端连接着馈能电路控制器，通过所述馈能电路控制器分别控制第一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、第五MOS开关触发驱动模块、第六MOS开关触发驱动模块、第七MOS开关触发驱动模块和第八MOS开关触发驱动模块，所述第一MOS开关触发驱动模块、第二MOS开关触发驱动模块均连接着第一超级电容和第四MOS开关触发驱动模块，所述第一超级电容的输出端连接着第三MOS开关触发驱动模块，所述第三MOS开关触发驱动模块、第四MOS开关触发驱动模块均连接着第二超级电容和第六MOS开关触发驱动模块，所述第二超级电容的输出端连接着第五MOS开关触发驱动模块，所述第五MOS开关触发驱动模块、第六MOS开关触发驱动模块均连接着第三超级电容和第八MOS开关触发驱动模块，第三超级电容的输出端连接着第七MOS开关触发驱动模块，所述第七MOS开关触发驱动模块和第八MOS开关触发驱动模块均连接蓄电池，所述蓄电池的输出端连接着馈能电路控制器、作动器控制器、第九MOS开关触发驱动模块、第十MOS开关触发驱动模块和第十一MOS开关触发驱动模块、直流无刷电机驱动器、空气悬架驱动器、电磁阀式减振器驱动器、直流无刷电机、空气悬架、电磁阀式减振器。
一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器进行控制的方法，包括以下步骤：
步骤一、数据采集及同步传输，簧载质量位移传感器将周期性检测采集到的簧载质量位移发送至作动器控制器，非簧载质量位移传感器将周期性检测采集到的非簧载质量位移发送至作动器控制器，其中第i次采样得到的非簧载质量位移记作Xu i，第i次采样得到的簧载质量位移记作Xs i，i取值为非零自然数，作动器控制器再经计算得到簧载质量速度
Figure GDA00040810586300000411
和非簧载质量速度
Figure GDA00040810586300000412
步骤二、测得汽车静止时悬架高度为h0，汽车在不同路面不同车速行驶时，悬架高度是在实时变化的，汽车在行驶过程中的悬架高度设为hi，其中
Figure GDA0004081058630000042
设定悬架高度阈值为h′，作动器控制器对行驶过程中的悬架高度hi和设定悬架高度阈值为h′进行实时对比，若hi＞h′则判定为主动控制模式，若hi＜h′则判定为馈能模式；
步骤三、当hi＜h′时，该悬架工作状态被判定为馈能模式，此时对悬架的垂直运动速度进行判断，设定汽车在馈能模式时运动速度阈值为v1，若
Figure GDA0004081058630000043
时，判定悬架为馈能模式1，若
Figure GDA0004081058630000044
时，判定悬架工作状态为馈能模式2；
当hi＞h′时，该悬架工作状态被判定为主动控制模式，此时对悬架的垂直运动速度进行判断，设定汽车在馈能模式时运动速度阈值为v2，若
Figure GDA0004081058630000045
时，判定悬架为主动控制模式1，若
Figure GDA0004081058630000046
时，判定悬架工作状态为主动控制模式2；
步骤四、作动器控制器根据公式
Figure GDA0004081058630000047
对其第i次采样得到的簧载质量位移
Figure GDA0004081058630000048
和非簧载质量位移
Figure GDA0004081058630000049
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；
步骤五、作动器控制根据公式
Figure GDA00040810586300000410
对第i次采样时***簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei求导，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随时间t的变化率
Figure GDA0004081058630000051
步骤六、模糊控制器的输入量为簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei和簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei随时间t的变化率
Figure GDA0004081058630000052
经模糊化、模糊推理和反模糊化后得出的输入量为ΔKP、ΔKi和ΔKd，用于对PID控制器的三个参数Kp、Ki和Kd进行自适应整定；
步骤七、PID控制器的输入量为误差e(t)，输出量u(t)转换成PWM占空比后作为作动器控制器所控制的直流无刷电机驱动器和空气悬架驱动器电磁阀式减振器驱动器需要的输入电流；
步骤八、利用蝙蝠烟花混合算法在线优化PID控制器参数Kp、Ki和Kd的初始值以及模糊控制器的隶属度函数参数：采用定义的目标函数f(t)计算适应值f，作为判断蝙蝠烟花混合算法当前输出参数的好坏的唯一标准：按照蝙蝠烟花算法的优化机理不断的调整被优化的参数值，经过优化得出一组最优PID控制器的三个参数Kp、Ki和Kd初始值和模糊控制器的隶属度函数参数值，使优化后的目标函数f(t)的适应值f最小，实现动态调节直流无刷电机驱动器和空气悬架驱动器电磁阀式减振器驱动器需要的输入电流；
步骤九、采用协同寻优的蝙蝠烟花混合算法优化模糊PID控制器的输出量，其具体包括如下步骤：
(1)初始化烟花算法的***参数；
(2)计算各烟花成员适应度值；
(3)由适应度值产生***火花和高斯变异火花，并对烟花***火花和高斯变异火花进行调整；
(4)选择下一代烟花种群成员，判断是否满足最优适应度值，否，返回(2)，是进行下一步；
(5)初始化蝙蝠种群BAT，对当前烟花最优解高斯扰动，产生一个适应度最优的局部解，用生成的局部解替换烟花种群中的最优解。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的悬架***结构简单、紧凑，极大的节省了悬架***的安装空间。
2.悬架***主动控制时响应速度快，控制精准；在悬架***馈能时其传递效率高，产生电能多，能量转化率高。
3.本发明能够适时地调节作动器控制器的输出电流，使悬架处于最佳的减振状态。
4.本发明采用车载蓄电池进行储能，储能效果好。
5.本发明可靠性高，当空气悬架和电磁阀式减振器同时失效时，直线电机可以进行主动控制。
6.本发明对在基础的控制算法加以改进，使用蝙蝠烟花混合算法进行优化。
7.本发明以悬架高度作为模式切换的标准，同时附有控制策略图，并对馈能模式控制和主动控制的策略进行说明。
综上，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。
附图说明
图1为本发明复合阻尼可调式自供能型主动悬架作动器的结构示意图；
图2为本发明悬架***控制器与其它各部分的电路控制策略图；
图3为本发明蝙蝠烟花算法优化模糊PID参数流程图；
图4为本发明基于蝙蝠烟花算法的模糊PID控制***的结构框图；
图中，1-接线孔；2-空气悬架充放气孔；3-上法兰盘；4-空气弹簧；5-齿轮；6-联轴器；7-直流无刷电机；8-电机装配螺栓；9-齿轮轴；10-电磁阀；11-节流口；12-液压油；13-液压腔；14-下法兰盘；15-电磁阀压盖；16-空气弹簧下端盖；17-电磁阀下油封；18-导向滑块；19-腰环；20-电磁阀壳体；21-活塞导向座；22-O型密封圈；23-斯特封；24-电磁阀上油封；25-电磁阀上端盖；26-齿轮箱壳体；27-齿条；28-空气弹簧上端盖；29-橡胶密封圈；30-直流无刷电机总线；31-簧载质量位移传感器；32-非簧载质量位移传感器；33-作动器控制器；34-第九MOS开关触发驱动模块；35-第十MOS开关触发驱动模块；36-第十一MOS开关触发驱动模块；37-电磁阀式减振器驱动器；38-空气悬架驱动器；39-直流无刷电机驱动器；40-电磁阀式减振器；41-空气悬架；42-整流器；43-第一MOS开关触发驱动模块；44-DC-DC升压模块；45-第二MOS开关触发驱动模块；46-第一超级电容；47-第三MOS开关触发驱动模块；48-第四MOS开关触发驱动模块；49-第五MOS开关触发驱动模块；
50-第二超级电容；51-第六MOS开关触发驱动模块；52-第三超级电容；53-第七MOS开关触发驱动模块；54-第八MOS开关触发驱动模块；55-馈能电路控制器；56-蓄电池；58-第二DC-DC升压模块。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳的实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
实施例一：
一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器，其特征在于：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、齿轮齿条机构和电磁阀式减振器。所述作动器控制***包括作动器控制模块和馈能电路控制模块。
所述空气弹簧机构包括空气弹簧上端盖(28)、空气弹簧(4)及空气弹簧下端盖(16)，所述空气弹簧上端盖(28)用螺栓在上法兰盘(3)处安装于空气弹簧(4)之上，所述空气弹簧上端盖(28)上设置空气悬架充放气孔(2)，所述空气悬架充放气孔(2)紧挨着设置有接线孔(1)，所述直流无刷电机总线(30)从接线孔(1)导出，所述接线孔(1)外设置有橡胶密封圈(29)，所述空气弹簧(4)上均匀设置多个弯折部，所述弯折部设置有腰环(19)，所述空气弹簧下端盖(16)用螺栓在下法兰盘(14)处安装于空气弹簧(4)之上；
所述齿轮齿条机构包括与齿条(27)啮合的齿轮(5)，与齿轮(5)同轴连接的齿轮轴(9)，所述齿条(27)在齿轮箱壳体(26)内沿导向滑块(18)滑动，所述齿轮轴(9)通过联轴器(6)与直流无刷电机(7)相连，所述直流无刷电机(7)通过电机装配螺栓(8)安装于齿轮箱壳体(26)上；
所述电磁阀式减振器包括电磁阀壳体(20)与电磁阀压盖(15)以及液压腔(13)形成的电磁阀下油封(17)空间，电磁阀壳体(20)、电磁阀上端盖(25)以及液压腔(13)形成电磁阀上油封(24)空间，所述电磁阀壳体(20)上设置有电磁阀(10)，所述电磁阀(10)通过控制节流口(11)的大小，控制液压油在液压腔(13)中的流通。
所述作动器控制***包括作动器控制模块和馈能电路控制模块；
所述作动器控制模块包括作为作动器控制器(33)的输入端的簧载质量位移传感器(31)和非簧载质量位移传感器(32)，所述作动器控制器(33)控制第九MOS开关触发驱动模块(34)、第十MOS开关触发驱动模块(35)和第十一MOS开关触发驱动模块(36)，所述第九MOS开关触发驱动模块(34)通过直流无刷电机驱动器(39)对直流无刷电机(7)进行控制，所述第十MOS开关触发驱动模块(35)通过空气悬架驱动器(38)对空气悬架(41)进行控制，所述第十一MOS开关触发驱动模块(36)通过电磁阀式减振器驱动器(37)对电磁阀式减振器(40)进行控制。
所述馈能电路控制模块包括直流无刷电机(7)，所述直流无刷电机(7)输出的电能通过整流器(42)整流，所述整流器(42)的输出端分别连接着第一MOS开关触发驱动模块(43)和DC-DC升压模块(44)，所述作动器控制器(33)的输出端连接着馈能电路控制器(55)，通过所述馈能电路控制器(55)分别控制第一MOS开关触发驱动模块(43)、第二MOS开关触发驱动模块(45)、第三MOS开关触发驱动模块(47)、第四MOS开关触发驱动模块(48)、第五MOS开关触发驱动模块(49)、第六MOS开关触发驱动模块(51)、第七MOS开关触发驱动模块(53)和第八MOS开关触发驱动模块(54)，所述第一MOS开关触发驱动模块(43)、第二MOS开关触发驱动模块(45)均连接着第一超级电容(46)和第四MOS开关触发驱动模块(48)，所述第一超级电容(46)的输出端连接着第三MOS开关触发驱动模块(47)，所述第三MOS开关触发驱动模块(47)、第四MOS开关触发驱动模块(48)均连接着第二超级电容(50)和第六MOS开关触发驱动模块(51)，所述第二超级电容(50)的输出端连接着第五MOS开关触发驱动模块(49)，所述第五MOS开关触发驱动模块(49)、第六MOS开关触发驱动模块(51)均连接着第三超级电容(52)和第八MOS开关触发驱动模块(54)，第三超级电容(52)的输出端连接着第七MOS开关触发驱动模块(53)，所述第七MOS开关触发驱动模块(53)和第八MOS开关触发驱动模块(54)均连接蓄电池(56)，所述蓄电池(56)的输出端连接着馈能电路控制器(55)、作动器控制器(33)、第九MOS开关触发驱动模块(34)、第十MOS开关触发驱动模块(35)和第十一MOS开关触发驱动模块(36)、直流无刷电机驱动器(39)、空气悬架驱动器(38)、电磁阀式减振器驱动器(37)、直流无刷电机(7)、空气悬架(41)、电磁阀式减振器(40)。
进一步地，空气弹簧(4)的上端套装有上法兰盘(3)，空气弹簧(3)的下端套装有下法兰盘(14)，空气弹簧的上端盖(28)与上法兰盘(3)以及空气弹簧的下端盖(16)与下法兰盘(14)之间均通过紧固螺钉连接，接线孔(1)的出口设置有橡胶密封圈(29)。
作动器内的齿轮(5)和齿条(27)啮合，且两者间为可逆传动。从直流无刷电机(7)侧方向观察齿轮的转动时，①若作动器处于伸张行程，齿条(27)在齿轮箱壳体(26)内沿导向滑块(18)垂直向上滑动，所述齿轮(5)逆时针旋转；②若作动器处于压缩行程，齿条(27)在齿轮箱壳体(26)内沿导向滑块(18)垂直向下滑动，所述齿轮顺时针旋转。所述直流无刷电机(7)通过电机装配螺栓(8)安装在齿轮箱壳体(26)。
电磁阀式减振器中的电磁阀通过输入的电流控制节流口(11)的大小，当电流越大时，节流口(11)的开度就越大，液压油在液压腔(13)内的流动速度也就越快，导致所述电磁阀减震器阻尼系数减小，电磁阀式减震器压缩阻尼力减小；电磁阀式减振器中的电磁阀通过输入的电流控制节流口(11)的大小，当电流越小时，节流口(11)的开度就越小，液压油在液压腔(13)内的流动速度也就越慢，导致所述电磁阀减震器阻尼系数增大，电磁阀式减震器压缩阻尼力增大。通过控制电流的方法来控制节流口(11)的大小，可以实现节流口的开度主动可调。通过这种方式控制可以实现控制器阻尼的连续可调。
齿轮齿条机构包括齿条(27)与齿轮(5)啮合，齿轮(5)同轴连接与齿轮轴(9)相连，齿条(27)在齿轮箱壳体(26)内沿导向滑块(18)滑动。齿轮轴(9)通过联轴器(6)与直流无刷电机(7)相连。直流无刷电机(7)通过电机装配螺栓(8)安装于齿轮箱壳体(26)。在作动器压缩和伸张上下相对运动的过程中，转变为齿轮轴(9)的旋转运动，会使直流无刷电机(7)作为发电机工作，使其产生感应电动势，从而产生交流电，此时产生的交流电首先经过整流器(42)进行整流，滤波，使其成为稳定的直流电。若整流器(42)输出电流的电压达到2.7V，则第二MOS开关触发驱动模块(45)断开，第一MOS开关触发驱动模块(43)导通，其输出端与与第一超级电容(46)输入端连接，此时第一超级电容对电压进行临时储存；若DC-DC升压模块(44)两端电压不足2.7V时，则第一MOS开关触发驱动模块(43)断开，此时电压经DC-DC升压模块(44)升压至2.7V后，第二MOS开关触发驱动模块(45)导通，其输出端与与第一超级电容(46)输入端连接，此时第一超级电容(46)对电压进行临时储存。在第一超级电容(46)储存电压的过程中，第四MOS开关触发驱动模块(48)断开，第三MOS开关触发驱动模块(47)导通；第三MOS开关触发驱动模块(47)和第四MOS开关触发驱动模块(48)的输出端连接着第二超级电容(50)和第六MOS开关触发驱动模块(51)的输入端，此时第二超级电容电压已经达到2.7V，第二超级电容(50)对电压进行临时储存，在第二超级电容(50)储存电压的过程中，第六MOS开关触发驱动模块(51)断开，第五MOS开关触发驱动模块(49)导通；第五MOS开关触发驱动模块(49)和第六MOS开关触发驱动模块(51)的输出端连接着第三超级电容(52)和第八MOS触发驱动模块(54)的输入端，此时第三超级电容电压已经达到2.7V，第三超级电容(52)对电压进行临时储存，在第三超级电容(52)储存电压的过程中，第八MOS开关触发驱动模块(54)断开，第七MOS开关触发驱动模块(53)导通；第七MOS开关触发驱动模块(53)和第八MOS开关触发驱动模块(54)的输出端连接着第二DC-DC升压模块(57)，进行二次升压，此时将电压升高到14.4V，升压后对蓄电池(56)充电完成能量回收。当第一超级电容(46)、第二超级电容(50)和第三超级电容处于放电状态时，控制电路中第三MOS开关触发驱动模块(47)、第四MOS开关触发驱动模块(48)和第五MOS开关触发驱动模块(49)、第六MOS开关触发驱动模块(51)、第七MOS开关触发驱动模块(53)、第八MOS开关触发驱动模块(54)导通，输出端连接第二DC-DC升压模块，进行二次升压，此时将电压升高到14.4V，升压后对蓄电池(56)充电完成能量回收。然后可以将储存的电能再用于作动器的半主动控制，将多余的电能储存起来，实现半主动控制。
实施例二
一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器进行控制的方法，包括以下步骤：
步骤一、数据采集及同步传输，簧载质量位移传感器(31)将周期性检测采集到的簧载质量位移发送至作动器控制器(33)，非簧载质量位移传感器(32)将周期性检测采集到的非簧载质量位移发送至作动器控制器(33)，其中第i次采样得到的非簧载质量位移记作Xu i，第i次采样得到的簧载质量位移记作Xs i，i取值为非零自然数，作动器控制器再经计算得到簧载质量速度
Figure GDA0004081058630000131
和非簧载质量速度
Figure GDA0004081058630000132
步骤二、测得汽车静止时悬架高度为h0，汽车在不同路面不同车速行驶时，悬架高度是在实时变化的，汽车在行驶过程中的悬架高度设为hi，其中
Figure GDA0004081058630000133
设定悬架高度阈值为h′，作动器控制器(33)对行驶过程中的悬架高度hi和设定悬架高度阈值为h′进行实时对比，若hi＞h′则判定为主动控制模式，若hi＜h′则判定为馈能模式；
步骤三、当hi＜h′时，该悬架工作状态被判定为馈能模式，此时对悬架的垂直运动速度进行判断，设定汽车在馈能模式时运动速度阈值为v1，若
Figure GDA0004081058630000134
时，判定悬架为馈能模式1，若
Figure GDA0004081058630000135
时，判定悬架工作状态为馈能模式2；
当hi＞h′时，该悬架工作状态被判定为主动控制模式，此时对悬架的垂直运动速度进行判断，设定汽车在馈能模式时运动速度阈值为v2，若
Figure GDA0004081058630000136
时，判定悬架为主动控制模式1，若
Figure GDA0004081058630000137
时，判定悬架工作状态为主动控制模式2；
进一步地，当所述悬架处于馈能模式1时，所述直流无刷电机电机(7)作为发电机工作，输出的电流经过升压之后对第一超级电容(46)和第二超级电容(50)进行充电，当所述电容电压达到了设定的开始对蓄电池组充电的电压值时，第三MOS开关触发驱动模块(47)、第五MOS开关触发驱动模块(49)和第八MOS开关触发驱动模块(54)导通，再经过二次升压后，对蓄电池进行充电。
当所述悬架处于馈能模式2时，所述直流无刷电机电机(7)作为发电机工作，输出的电流经过升压之后对第一超级电容(46)和第二超级电容(50)、第三超级电容(52)进行充电，当所述电容电压达到了设定的开始对蓄电池组充电的电压值时，第三MOS开关触发驱动模块(47)、第五MOS开关触发驱动模块(49)和第七MOS开关触发驱动模块(53)导通，再经过二次升压后，对蓄电池进行充电；此时作动器控制器(33)由蓄电池(56)供电，第十MOS开关触发驱动模块(35)导通，空气悬架驱动器(38)通过空气压缩机和储气罐为空气弹簧进行充放气控制。
当所述悬架处于主动控制模式1时，作动器控制器(33)由蓄电池(56)供电，此时第十MOS开关触发驱动模块(35)和第十一MOS开关触发驱动模块(36)导通，第九MOS开关触发驱动模块(34)断开，空气悬架驱动器(38)通过空气压缩机和储气罐为空气弹簧进行充放气控制，同时电磁阀式减振器驱动器(37)时电磁阀式减振器(40)中的感应线圈通电，控制电磁阀式减振器(40)输出力的大小，对悬架进行主动控制，使悬架的高度保持在h0附近。此时直流无刷电机作为发电机工作，经过整流升压后对蓄电池(56)进行充电，从而降低主动控制能耗。
当悬架处于主动控制模式2时，作动器控制器(33)由蓄电池(56)供电，此时第九MOS开关触发驱动模块(34)、第十MOS开关触发驱动模块(35)和第十一MOS开关触发驱动模块(36)导通，空气悬架驱动器(38)通过空气压缩机和储气罐为空气弹簧进行充放气控制，同时电磁阀式减振器驱动器(37)时电磁阀式减振器(40)中的感应线圈通电，控制电磁阀式减振器(40)输出力的大小，同时由直流无刷电机驱动器(39)控制的直流无刷电机(7)作为电动机工作，带动齿轮齿条机构运动，使悬架的高度保持在h0附近。
步骤四、作动器控制器(33)根据公式
Figure GDA0004081058630000151
对其第i次采样得到的簧载质量位移
Figure GDA0004081058630000152
和非簧载质量位移
Figure GDA0004081058630000153
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；
步骤五、作动器控制器(33)根据公式
Figure GDA0004081058630000154
对第i次采样时***簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei求导，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随时间t的变化率
Figure GDA0004081058630000155
步骤六、模糊控制器的输入量为簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei和簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei随时间t的变化率
Figure GDA0004081058630000156
经模糊化、模糊推理和反模糊化后得出的输入量为ΔKP、ΔKi和ΔKd，用于对PID控制器的三个参数Kp、Ki和Kd进行自适应整定；
步骤七、PID控制器的输入量为误差e(t)，输出量u(t)转换成PWM占空比后作为作动器控制器(33)所控制的直流无刷电机驱动器(39)、空气悬架驱动器(38)和电磁阀式减振器驱动器(37)需要的输入电流；
步骤八、利用烟花算法在线优化PID控制器参数Kp、Ki和Kd的初始值以及模糊控制器的隶属度函数参数：采用定义的目标函数f(x)计算适应值，作为判断烟花算法当前输出参数的好坏的唯一标准：按照烟花算法的优化机理不断的调整被优化的参数值，经过优化后得出一组最优PID控制器的三个参数Kp、Ki和Kd初始值和模糊控制器的隶属度函数参数值，使优化后的目标函数f(x)的适应值f最小，实现动态调节直流无刷电机驱动器(39)、空气悬架驱动器(38)和电磁阀式减振器驱动器(37)需要的输入电流，适应度函数
Figure GDA0004081058630000161
其中X＝(Kp,Ki,Kd)，0.1＜Xi＜105，i＝1,2,3；
Figure GDA0004081058630000162
其中BA、SWS、DTD分别代表车身垂向加速度、悬架动行程和轮胎动位移的均方根值；BApas、SWSpas和DTDpas代表悬架的相应性能。
步骤九、采用协同寻优的蝙蝠烟花混合算法优化模糊PID控制器的输出量；
步骤901、初始化烟花算法的***参数，包括烟花群体规模M、烟花成员维数n，即待优化参数项数、烟花成员的初始位置、***半径及***火花调节常数、最大迭代次数和优化精度等参数；令迭代代数N＝1；
步骤9011、根据烟花成员的位置，构建模糊PID控制器模型；根据目标函数f(x)评价各烟花成员的适应值f；
步骤9012、根据适应度值产生***火花和高斯变异火花，根据公式
Figure GDA0004081058630000163
和
Figure GDA0004081058630000164
计算每个烟花***火花数Si与***半径Ri其中，Ssum为预设的***火花数，A为基本***半径，fmax与fmin为当前烟花种群中的最大适应度值与最小适应度值，fi为烟花xi的适应度值，加入ε避免除零操作；
烟花算法中***算子遵循“适应度好的烟花***密而近，适应度差的烟花***疏而远”原则；
步骤9013、为了避免在算法中适应度较好的烟花获得过多的***，浪费运算资源，应确保***火花数不能过多，同时适应度较差的烟花火花数也应该控制不能过少。用式
Figure GDA0004081058630000171
对每个烟花***火花数进行调整其中，Smax与Smin皆为预设的最大***火花数与最小***火花数；
步骤9014、高斯变异操作如下：首先在当前烟花种群中随机选择烟花xi，再随机选择该烟花的一定数量的纬度k进行高斯变异运算。
高斯变异的公式为
Figure GDA0004081058630000172
其中，e～N(1，1)，N(1，1)代表均值为1、方差为1的高斯分布。
步骤9015、在***火花与高斯变异火花运算完成后，在原本烟花、***火花和高斯变异火花中择优选取规模为M的个体作为下一代烟花种群成员；
步骤9016、令迭代次数为N＝N+1
步骤9017、计算烟花群体的最优解，判定迭代次数和最优适应度值(gbest)
将以上步骤结果代入适应度函数公式
Figure GDA0004081058630000173
获得各烟花个体适应度函数的具体数值；
以满足约束条件
Figure GDA0004081058630000174
下的适应度函数极小值作为程序的终止条件，进入步骤902，否则返回步骤9011；
步骤902、初始化一个蝙蝠种群Bat，假设第i个蝙蝠个体发出的脉冲r(i)小于随机脉冲，对gbest(当前烟花最优解)进行高斯扰动之后产生一个局部解BatX(i),然后对该蝙蝠个***置信息BatX(i)进行评价：假如该蝙蝠个体的适应度值优于烟花种群的第i个烟花X(i),且它生成的响度A(i)大于随机生成的响度是，则该蝙蝠个体被加入到烟花种群中；
步骤9021、操作公式，当r(i)＜rand，有BatX(i)＝gbest*(N(0,1)+1)，其中，i＝1,2,...,n；N(0，1)是服从均值为0，方差为1的高斯分布函数；r(i)是第i个蝙蝠个体发出的脉冲,rand是[0，1]范围内服从均匀分布的随机数；r(i)＝ri0[1-e-γt]，其中γ为脉冲发射频率增加系数，ri0为第i个蝙蝠的初始脉冲发射频率，且γ＞0；
若f(BatX(i))＜f(X(i))且A(i)＞rand，则有X(i)＝BatX(i)，其中X(i)是第i个烟花所在位置，A(i)是第i个蝙蝠发出的响度，rand是[0，1]范围服从均匀分布的随机数；
Figure GDA0004081058630000181
其中
Figure GDA0004081058630000182
是t时刻的第i个蝙蝠发出的初始响度，θ表示响度衰减系数，
Figure GDA0004081058630000183
即用此X(i)代替步骤9017中烟花群体的最优解，来优化烟花算法的结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器，其特征在于：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、齿轮齿条机构和电磁阀式减振器，所述作动器控制***包括作动器控制模块和馈能电路控制模块；
所述空气弹簧机构包括空气弹簧上端盖(28)、空气弹簧(4)及空气弹簧下端盖(16)，所述空气弹簧上端盖(28)用螺栓在上法兰盘(3)处安装于空气弹簧(4)之上，所述空气弹簧上端盖(28)上设置空气悬架充放气孔(2)，所述空气悬架充放气孔(2)紧挨着设置有接线孔(1)，直流无刷电机总线(30)从接线孔(1)导出，所述接线孔(1)外设置有橡胶密封圈(29)，所述空气弹簧(4)上均匀设置多个弯折部，所述弯折部设置有腰环(19)，所述空气弹簧下端盖(16)用螺栓在下法兰盘(14)处安装于空气弹簧(4)之上；
所述齿轮齿条机构包括与齿条(27)啮合的齿轮(5)，与齿轮(5)同轴连接的齿轮轴(9)，所述齿条(27)在齿轮箱壳体(26)内沿导向滑块(18)滑动，所述齿轮轴(9)通过联轴器(6)与直流无刷电机(7)相连，所述直流无刷电机(7)通过电机装配螺栓(8)安装于齿轮箱壳体(26)上；
所述电磁阀式减振器包括电磁阀壳体(20)与电磁阀压盖(15)以及液压腔(13)形成的电磁阀下油封(17)空间，电磁阀壳体(20)、电磁阀上端盖(25)以及液压腔(13)形成电磁阀上油封(24)空间，所述电磁阀壳体(20)上设置有电磁阀(10)，所述电磁阀(10)通过控制节流口(11)的大小，控制液压油在液压腔(13)中的流通；
所述作动器控制***包括作动器控制模块和馈能电路控制模块；
所述作动器控制模块包括作为作动器控制器(33)的输入端的簧载质量位移传感器(31)和非簧载质量位移传感器(32)，所述作动器控制器(33)控制第九MOS开关触发驱动模块(34)、第十MOS开关触发驱动模块(35)和第十一MOS开关触发驱动模块(36)，所述第九MOS开关触发驱动模块(34)通过直流无刷电机驱动器(39)对直流无刷电机(7)进行控制，所述第十MOS开关触发驱动模块(35)通过空气悬架驱动器(38)对空气悬架(41)进行控制，所述第十一MOS开关触发驱动模块(36)通过电磁阀式减振器驱动器(37)对电磁阀式减振器(40)进行控制；
所述馈能电路控制模块包括直流无刷电机(7)，所述直流无刷电机(7)输出的电能通过整流器(42)整流，所述整流器(42)的输出端分别连接着第一MOS开关触发驱动模块(43)和DC-DC升压模块(44)，所述作动器控制器(33)的输出端连接着馈能电路控制器(55)，通过所述馈能电路控制器(55)分别控制第一MOS开关触发驱动模块(43)、第二MOS开关触发驱动模块(45)、第三MOS开关触发驱动模块(47)、第四MOS开关触发驱动模块(48)、第五MOS开关触发驱动模块(49)、第六MOS开关触发驱动模块(51)、第七MOS开关触发驱动模块(53)和第八MOS开关触发驱动模块(54)，所述第一MOS开关触发驱动模块(43)、第二MOS开关触发驱动模块(45)均连接着第一超级电容(46)和第四MOS开关触发驱动模块(48)，所述第一超级电容(46)的输出端连接着第三MOS开关触发驱动模块(47)，所述第三MOS开关触发驱动模块(47)、第四MOS开关触发驱动模块(48)均连接着第二超级电容(50)和第六MOS开关触发驱动模块(51)，所述第二超级电容(50)的输出端连接着第五MOS开关触发驱动模块(49)，所述第五MOS开关触发驱动模块(49)、第六MOS开关触发驱动模块(51)均连接着第三超级电容(52)和第八MOS开关触发驱动模块(54)，第三超级电容(52)的输出端连接着第七MOS开关触发驱动模块(53)，所述第七MOS开关触发驱动模块(53)和第八MOS开关触发驱动模块(54)均连接蓄电池(56)，所述蓄电池(56)的输出端连接着馈能电路控制器(55)、作动器控制器(33)、第九MOS开关触发驱动模块(34)、第十MOS开关触发驱动模块(35)和第十一MOS开关触发驱动模块(36)、直流无刷电机驱动器(39)、空气悬架驱动器(38)、电磁阀式减振器驱动器(37)、直流无刷电机(7)、空气悬架(41)、电磁阀式减振器(40)。
2.一种对如权利要求1所述的复合阻尼可调式馈能型混合悬架作动器进行控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、数据采集及同步传输，簧载质量位移传感器(31)将周期性检测采集到的簧载质量位移发送至作动器控制器(33)，非簧载质量位移传感器(32)将周期性检测采集到的非簧载质量位移发送至作动器控制器(33)，其中第i次采样得到的非簧载质量位移记作Xu i，第i次采样得到的簧载质量位移记作Xs i，i取值为非零自然数，作动器控制器再经计算得到簧载质量速度
Figure FDA0004081058620000031
和非簧载质量速度
Figure FDA0004081058620000032
步骤二、测得汽车静止时悬架高度为h0，汽车在不同路面不同车
速行驶时，悬架高度是在实时变化的，汽车在行驶过程中的悬架高度设为hi，其中
Figure FDA0004081058620000041
设定悬架高度阈值为h′，作动器控制器(33)对行驶过程中的悬架高度hi和设定悬架高度阈值为h′进行实时对比，若hi＞h′则判定为主动控制模式，若hi＜h′则判定为馈能模式；
步骤三、当hi＜h′时，该悬架工作状态被判定为馈能模式，此时对悬架的垂直运动速度进行判断，设定汽车在馈能模式时运动速度阈值为v1，若
Figure FDA0004081058620000042
时，判定悬架为馈能模式1，若
Figure FDA0004081058620000043
时，判定悬架工作状态为馈能模式2；
当hi＞h′时，该悬架工作状态被判定为主动控制模式，此时对悬架的垂直运动速度进行判断，设定汽车在馈能模式时运动速度阈值为v2，若
Figure FDA0004081058620000044
时，判定悬架为主动控制模式1，若
Figure FDA0004081058620000045
时，判定悬架工作状态为主动控制模式2；
步骤四、作动器控制器(33)根据公式
Figure FDA0004081058620000046
对其第i次采样得到的簧载质量位移
Figure FDA0004081058620000047
和非簧载质量位移
Figure FDA0004081058620000048
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；
步骤五、作动器控制器(33)根据公式
Figure FDA0004081058620000049
对第i次采样时***簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei求导，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随时间t的变化率
Figure FDA00040810586200000410
步骤六、模糊控制器的输入量为簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei和簧载质量位移与非簧载质量位移的偏差ei随时间t的变化率
Figure FDA00040810586200000411
经模糊化、模糊推理和反模糊化后得出的输入量为ΔKP、ΔKi和ΔKd，用于对PID控制器的三个参数Kp、Ki和Kd进行自适应整定；
步骤七、PID控制器的输入量为误差e(t)，输出量u(t)转换成PWM占空比后作为作动器控制器(33)所控制的直流无刷电机驱动器(39)、空气悬架驱动器(38)和电磁阀式减振器驱动器(37)需要的输入电流；
步骤八、利用蝙蝠烟花混合算法在线优化PID控制器参数Kp、Ki和Kd的初始值以及模糊控制器的隶属度函数参数：采用定义的目标函数f(t)计算适应值，作为判断蝙蝠烟花算法当前输出参数的好坏的唯一标准：按照蝙蝠烟花算法的优化机理不断的调整被优化的参数值，经过优化得出一组最优PID控制器的三个参数Kp、Ki和Kd初始值和模糊控制器的隶属度函数参数值，使优化后的目标函数f(t)的适应值最小，实现动态调节直流无刷电机驱动器(39)、空气悬架驱动器(38)和电磁阀式减振器驱动器(37)需要的输入电流；
步骤九、采用协同寻优的蝙蝠烟花混合算法优化模糊PID控制器的输出量，其具体包括如下步骤：
(1)初始化烟花算法的***参数；
(2)计算各烟花成员适应度值；
(3)由适应度值产生***火花和高斯变异火花，并对烟花***火花和高斯变异火花进行调整；
(4)选择下一代烟花种群成员，判断是否满足最优适应度值，否，返回(2)，是进行下一步；
(5)初始化蝙蝠种群BAT，对当前烟花最优解高斯扰动，产生一个适应度最优的局部解，用生成的局部解替换烟花种群中的最优解。
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