[发明专利]一种并联复合式电磁悬挂系统及车辆

说明书

本发明公开一种并联复合式电磁悬挂系统及车辆。系统包括：磁流变阻尼器、电磁动作器和控制器；所述磁流变阻尼器的一端连接所述车体，另一端连接所述车轮；所述电磁动作器的一端连接所述车体，另一端连接所述车轮，所述电磁动作器包含电机，所述电机与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述电机的转动。采用本发明的系统，可使包含磁流变阻尼器和电磁动作器的并联悬挂系统组成主动控制工况、半主动无馈能控制工况、半主动有馈能控制工况和被动馈能工况4种工作状态，增加了悬挂工作模式的多样性和不同路况的适应性。

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，特别是涉及一种并联复合式电磁悬挂系统及车辆。

背景技术

车辆悬挂系统用以支撑车体，缓和路面不平度对悬挂产生的冲击和振动，起到隔振的作用。自上世纪80年代开始，悬挂系统耗散能量就得到了国内外学者的广泛关注，随着节能概念的提出及新能源技术的推广，如何回收悬挂系统振动能量成为了研究的热点。美国环保署针对在美国市场上销售的汽车能量的流向分配问题进行了大量的调查研究，结果显示减振耗散的发动机能量约为17.2％，吉林大学的于长淼等基于CarSim软件的仿真研究表明，当某型四轮驱动的SUV车辆以10m/s的速度行驶于C级路面时，减振器以热能耗散的功率占发动机输出功率的42.3％。随着新能源及全电车辆技术的推广和发展，若能采用能量回收装置将悬挂振动能量进行回收，将可提高车辆的续航能力；与此同时，若能将原被动悬挂换成可控悬挂，亦能提高车辆的乘坐舒适性，改善操纵稳定性，具有重要现实意义。

馈能式电磁悬挂系统直接通过电和磁的相互转换实现主动出力和馈能，能量的转换迅速且直接，易于设计和实车应用。直线电机结构简单，可直接出力实现减振及馈能，但出力有限，馈能功率密度不够高；旋转电机功率密度大，结构紧凑、出力大、可靠性好，但需要一套运动转换装置将直线运动转变为旋转运动；齿轮齿条式结构易于设计和安装，传力大且传动精确，因此，本发明采用齿轮齿条式结构。

电磁作动器(Electric Actuator,电磁动作器)是一种可根据电机的工作工况，在主动控制和馈能之间切换的兼具减振及馈能特性的高效执行器。当电机工作于发电机状态时，悬挂受路面不平度激励而往复运动，带动电机转子正反旋转，切割永磁体产生的磁感线，使得电机线圈内产生电流，采用馈能电路及储能装置将该部分机械能转变而成的电能加以回收，就起到了馈能的作用。在此过程中，线圈内的电流会产生一个与电机转子旋转方向相反的安培力，阻碍旋转运动，称之为电磁阻尼力。由馈能电路分析可知，电磁动作器结构参数已定时，该电磁阻尼力的大小主要受外接电阻阻值影响。由于馈能电路本身是下层控制回路，通过改变电磁阻尼力的方式对悬挂进行无源主动控制较为困难。

由于电机自身的特性，低速条件下存在“死区”现象，即当速度低于某个值时，电机并不发电和产生电磁阻尼力。若单独用电磁动作器代替原被动阻尼器，则会使悬挂存在低速条件下的无阻尼状态；同时，当控制回路失效时，电磁动作器也并不产生电磁阻尼力，使得悬挂不具备“失效-安全”特性，不符合减振要求。

磁流变阻尼器(Magneto-rheological Damper,磁流变阻尼器)是一种阻尼力可调的智能阻尼器，通过给阻尼活塞上的线圈加电，改变阻尼缝隙内的磁场强度，从而改变流过阻尼缝隙内的磁流变液(Magneto-rheological Fluid,MRF)的黏度，实现变阻尼的功能；取消加电之后，磁场消失，则MRF又恢复到零磁场状态，磁流变阻尼器恢复到黏滞阻尼力。磁流变阻尼器设计灵活、安装方便、阻尼可调范围大、响应迅速且易于控制，是一种较为理想的阻尼器。