專利名稱：電磁饋能型半主動懸架運動方向實時控制裝置及方法
技術領域：
本發明屬于車輛懸架結構與控制技術領域，尤其涉及用于車輛的電磁饋能型半主動懸架的控制裝置及方法。
背景技術：
懸架是車輛重要的結構與功能部件，對車輛整體性能影響重大。車用懸架按其工作原理可分為被動懸架、半主動懸架及主動懸架。被動懸架主要由彈簧、減震器等組成，通過減震器消耗和彈簧緩沖車輛車軸與車身質量之間的振動能量來獲得減振效果，但固定的剛度和阻尼難以滿足各種減振要求。普通的半主動懸架是將被動懸架阻尼值不變的減震器改造成為阻尼值實時可調的阻尼元件以改善車輛的平順性。主動懸架是在被動懸架的基礎上增加一個可以產生主動控制力的控制力發生器，因此具有輸出帶有負阻尼特性主動控 制力的能力，可使車輛平順性達到最優，因此，從理論上講主動懸架的性能要優于半主動懸架，而半主動懸架的優勢在于控制系統簡單且無需外部動力源，成本低廉?，F有的一種電磁饋能型主動懸架使用螺母-滾珠絲杠機構將直線的懸架運動轉化為圓周運動再傳遞給電機，電機起饋能裝置和主動力發生器的功能，一般采用定電壓的蓄電池作為電機起饋能的蓄能器和電機發出主動力的動力源。這種電磁饋能型半主動懸架的缺陷是；無法在車輛受到較大慣性力作用時對懸架的運動方向進行實時限制，導致車輛行駛安全性能不高。

發明內容
本發明的目的是提供一種電磁饋能型半主動懸架運動方向實時控制裝置及方法，在車輛受到較大慣性力作用時通過對懸架運動方向進行實時控制以減小車輛的側傾及俯仰，改善車輛的行駛安全性。為實現上述目的，本發明電磁饋能型半主動懸架運動方向實時控制裝置采用的技術方案是包括電磁饋能阻尼力發生器和控制單元，電磁饋能阻尼力發生器上部是由饋能電機定子、饋能電機轉子和饋能電機外殼組成的饋能電機、下部是由滾珠絲杠和滾珠螺母組成的螺母-滾珠絲杠機構，滾珠絲杠上端與饋能電機轉子輸入軸下端固定連接，電磁饋能阻尼力發生器通過饋能控制電路電連接控制單元，在饋能電機和螺母-滾珠絲杠機構之間設有雙向可控雙棘輪機構，雙向可控雙棘輪機構由同設在饋能電機轉子輸入軸上的第一、第二棘輪機構組成，第一、二棘輪機構均包括棘輪、棘爪、棘爪轉軸、拉緊彈簧和電磁鐵，棘輪固套在饋能電機轉子輸入軸上；棘爪轉軸一端固接饋能電機外殼內壁、另一端連接棘爪；拉緊彈簧的一端固接饋能電機外殼內壁、另一端固接棘爪一端，棘爪的另一端靠近固接于饋能電機外殼內壁上的電磁鐵；電磁鐵電連接控制單元，與棘爪結合的兩個所述棘輪旋向相反。本發明電磁饋能型半主動懸架運動方向實時控制裝置的控制方法采用的技術方案是有如下步驟1)控制單元對第一、第二棘輪機構的其一發出控制信號，控制第一電磁鐵或第二電磁鐵中其一吸合，使第一棘爪繞第一棘爪轉軸逆時針旋轉與第一棘輪結合，饋能電機轉子輸入軸僅能沿逆時針方向轉動，懸架只能拉伸；或使第二棘爪繞第二棘爪轉軸順時針旋轉與第二棘輪結合，饋能電機轉子輸入軸僅能沿順時針方向轉動，懸架只能壓縮；2)控制單元對第一電磁鐵和第二電磁鐵均不輸入控制信號，第一棘爪和第一棘輪、第二棘爪和第二棘輪均處于分離狀態，懸架能拉伸和壓縮。本發明采用上述技術方案后，具有的有益效果是在車輛受到較大慣性力作用時，可以通過對相關懸架運動方向進行實時控制，以減小車輛的俯仰及側傾，以改善車輛的行駛安全性。


圖I是本發明的結構及控制原理示意 圖2是圖I中電磁饋能阻尼力發生器2的結構放大 圖3是圖2中雙向可控雙棘輪機構3的安裝結構放大 圖中1.簧載質量；2電磁饋能阻尼力發生器；3.雙向可控雙棘輪機構；4.饋能控制電路；5.控制單元；6.車輪質量；7.輪胎等效彈簧；8.懸架彈簧；9.上吊耳；10.螺母-滾珠絲杠機構保護套；11.滾珠螺母；12.下吊耳；13.下工作缸；14.滾珠絲杠；15.饋能電機外殼；16.饋能電機定子；17.饋能電機轉子；18-1.第一鍵；18-2.第二鍵；19-1.第一拉緊彈簧；19-2.第二拉緊彈簧；20-1.第一棘爪轉軸；20-2.第二棘爪轉軸；21-1.第一電磁鐵；
21-2.第二電磁鐵；22-1.第一棘爪；22-2.第二棘爪；23.饋能電機轉子輸入軸；24_1.第一棘輪；24-2.第二棘輪。
具體實施例方式如圖I所示，本發明所運用于的電磁饋能型半主動懸架及其控制系統為；在鉛垂方向上(與懸架運動相關的所有物理量的方向都是在鉛垂方向上)，車輪質量6與輪胎等效彈簧7組成車輪，車輪位于簧載質量I的下方，車輪與簧載質量I之間并聯有懸架彈簧8與電磁饋能阻尼力發生器2，車輪直接與地面相互作用而使懸架產生振動。電磁饋能阻尼力發生器2中設有雙向均實時可控的雙向可控雙棘輪機構3 ;雙向可控雙棘輪機構3通過控制線連接于控制單元5，電磁饋能阻尼力發生器2的兩電流反饋導線連接于饋能控制電路4，饋能控制電路4與控制單元5有多根控制線和多根信號線連接，控制單元5另有來自于車輛方向盤轉角傳感器、制動踏板位置信號傳感器、車身側向加速度傳感器及車身縱向加速度傳感器輸入的車輛方向盤轉角、制動踏板位置信號、車身側向加速度、車身縱向加速度等信號。如圖2所示，電磁饋能阻尼力發生器2最上部是上吊耳9，上吊耳9固定連接上部簧載質量I和下部的饋能電機外殼15，使電磁饋能阻尼力發生器2上端通過上吊耳9連接簧載質量I。饋能電機外殼15內腔中設置饋能電機和雙向可控雙棘輪機構3。饋能電機由饋能電機定子16、饋能電機轉子17和饋能電機外殼15組成,饋能電機定子16固定于饋能電機外殼15上，饋能電機轉子17與饋能電機定子16同軸且位于饋能電機定子16的中間。饋能電機下部是雙向可控雙棘輪機構3，雙向可控雙棘輪機構3下部是螺母-滾珠絲杠機構，螺母-滾珠絲杠機構由滾珠絲杠14和滾珠螺母11組成，滾珠絲杠14外套一個螺母-滾珠絲杠機構保護套10，螺母-滾珠絲杠機構保護套10的上端與饋能電機外殼15相接，下端與下工作缸13相接；滾珠絲杠14與滾珠螺母11相配合，滾珠螺母11固定設置在下工作缸13的上端面上，滾珠絲杠14的下部伸入到下工作缸13內部，組成螺母-滾珠絲杠機構，可將直線運動轉化為圓周運動。滾珠絲杠14、雙向可控雙棘輪機構3以及饋能電機轉子17均同軸轉動。滾珠螺母11相對于車輪在鉛垂方向上沒有位置變化和沒有旋轉運動。
下工作缸13的下端面連接下吊耳12，下吊耳12固定連接車輪質量6，使電磁饋能阻尼力發生器2下端通過下吊耳12固定連接車輪質量6。如圖3所示，雙向可控雙棘輪機構3由兩組方向單向可控的棘輪機構同軸上、下安裝組成，同時安裝在饋能電機轉子17的饋能電機轉子輸入軸23上，滾珠絲杠14的上端與饋能電機轉子輸入軸23下端固定連接。如圖3a和3b所示是第一棘輪機構，如圖3c和3d所不的是第二棘輪機構。其中，第一棘輪機構包括第一棘輪24-1、第一棘爪22-1、第一拉緊彈簧19-1、第一棘爪轉軸20-1和第一電磁鐵21-1 ;第一棘輪24-1通過第一鍵18-1固定套在饋能電機轉子輸入軸23上；第一棘爪轉軸20-1 —端固定在饋能電機外殼15的內壁上、另一端連接第一棘爪22-1 ;第一拉緊彈簧19-1的一端固定在饋能電機外殼15內壁上；第一拉緊彈簧19-1的另一端固定連接第一棘爪22-1的一端，靠近第一棘爪22-1的另一端處是第一電磁鐵21-1，第一電磁鐵21-1固定連接在饋能電機外殼15的內壁上且電連接控制單元5。圖3-a是第一電磁鐵21-1未接收到來自控制單元5的工作信號，即第一電磁鐵
21-1未通電不產生吸合力，第一棘爪22-1在第一拉緊彈簧19-1拉力的作用下與第一棘輪24-1處于分離狀態，此時饋能電機轉子17的輸入軸23的轉動不受限制。圖3-b是第一電磁鐵21-1接收到來自控制單元5的工作信號而吸合第一棘爪22-1，吸合力帶動第一棘爪
22-1運動，克服第一拉緊彈簧19-1拉力使第一棘爪22-1繞第一棘爪轉軸20-1逆時針旋轉而使第一棘爪22-1與第一棘輪24-1處于結合狀態，此時饋能電機轉子輸入軸23僅能沿逆時針方向轉動。如圖3_c和3_d所不，第二棘輪機構包括第二棘輪24_2、第二棘爪22_2、第二棘爪轉軸20-2、第二拉緊彈簧19-2和第二電磁鐵21-2，第二棘輪24-2通過第二鍵18_2固定套在饋能電機轉子17的輸入軸23上；第二棘爪轉軸20-2 —端固定連接在饋能電機外殼15的內壁上、另一端連接第二棘爪22-2 ;第二拉緊彈簧19-2的一端固定在饋能電機外殼15內壁上，第二拉緊彈簧19-2的另一端固定連接第二棘爪22-2的一端，第二棘爪22-2的另一端靠近第二電磁鐵21-2,第二電磁鐵21-2固定連接在饋能電機外殼15的內壁上且電連接控制單兀5。圖3-c表示第二電磁鐵21-2未接收到來自控制單元5的工作信號，即第二電磁鐵
21-2未通電不產生吸合力，第二棘爪22-2在第二拉緊彈簧19-2拉力的作用下與第二棘輪24-2處于分離狀態，此時饋能電機轉子17的輸入軸23的轉動不受第二棘輪機構的限制；圖3-d表示第二電磁鐵21-2接收到來自控制單元5的工作信號而吸合第二棘爪22-2，吸合力克服第二拉緊彈簧19-2拉力使第二棘爪22-2繞第二棘爪轉軸20-2順時針旋轉而使第二棘爪22-2與第二棘輪24-2處于結合狀態，此時饋能電機轉子輸入軸23僅能沿順時針方向轉動。雙向可控雙棘輪機構3中的兩個棘輪的旋向相反，以此控制懸架的拉伸和壓縮。如圖3a和3b所示的第一棘輪機構工作時，第一棘輪24-1與第一棘爪結合時，只能逆時針方向轉動，即懸架運動只能拉伸；如圖3c和3d所示的第二棘輪機構工作時，第二棘輪24-2與第二棘爪結合時只能沿順時針方向轉動，即懸架運動只能壓縮。圖I和圖2顯示在鉛垂方向上滾珠螺母11通過下工作缸13和下吊耳12連接于車輪，且滾珠螺母11相對于車輪沒有位置變化和旋轉運動；滾珠絲桿14與饋能電機轉子17固定連接，即滾珠絲桿14相對饋能電機定子16與饋能電機外殼15在鉛垂方向上無位置變化，但在旋轉方向上有位置變化。饋能電機外殼15通過上吊耳9與簧載質量I固定連接，導致滾珠絲桿14相對簧載質量I在鉛垂方向上無位置變化，但在旋轉方向上有位置變化。車輛行駛時，控制單元5僅對第一棘輪機構與第二棘輪機構中的其一輸入控制信號。當控制單兀5對第一電磁鐵21-1和第二電磁鐵21-2均不輸入工作信號，第一棘爪22-1與第一棘輪24-1處于分離狀態，第二棘爪22-2與第二棘輪24-2也處于分離狀態，此時懸架可拉伸或壓縮。當車輛在直線行駛緊急制動時，控制單元5根據制動踏板位置信號、車身縱向加速度信號判斷車身可能發生較大俯仰時，控制單元5對車輛后懸架的電磁饋能阻尼力發生器2上的第二電磁鐵21-2輸入控制信號，第二電磁鐵21-2產生吸合力克服第二拉緊彈簧19-2拉力使第二棘爪22-2繞第二棘爪轉軸20-2順時針旋轉而使第二棘爪22_2與第二棘輪24-2處于結合狀態，此時饋能電機轉子輸入軸23僅能沿順時針方向轉動，饋能電機轉子輸入軸23的轉動帶動滾珠絲杠14相對于滾珠螺母11在鉛垂方向上僅能做向下的直線運動。由于在鉛垂方向上滾珠絲杠14與簧載質量I的位置變化完全一致，滾珠螺母11與車輪質量6的位置變化完全一致，因此上述僅能向下的直線運動導致車輛的懸架僅可壓縮。同時控制單元5對車輛前懸架的電磁饋能阻尼力發生器2中的第一電磁鐵22-1輸出工作信號，第一電磁鐵22-1產生吸合力克服第一拉緊彈簧19-1拉力使第一棘爪22-1繞第一棘爪轉軸20-1逆時針旋轉而使第一棘爪22-1與第一棘輪24-1處于結合狀態，此時饋能電機轉子輸入軸23僅能沿逆時針方向轉動，饋能電機轉子輸入軸23轉動帶動滾珠絲杠14與滾珠螺母11相互作用，使滾珠絲杠14相對于滾珠螺母11在鉛垂方向上僅能做向上的直線運動，導致車輛的前懸架僅可拉伸，從而實現減小車身的俯仰，進而提高車輛直線行駛緊急制動時的安全性。當控制單元5根據方向盤轉角信號和車身側向加速度信號判斷車身可能發生較大側傾時，控制單元5對車輛轉向行駛內側懸架的電磁饋能阻尼力發生器2中的第二電磁鐵21-2輸入控制信號,第二電磁鐵21-2產生吸合力克服第二拉緊彈簧19-2拉力使第二棘爪22-2繞第二棘爪轉軸20-2順時針旋轉而使第二棘爪22-2與第二棘輪24_2處于結合狀態，此時饋能電機轉子輸入軸23僅能沿順時針方向轉動，逆時針方向的轉動被限制，饋能電機轉子輸入軸23轉動限制傳遞到滾珠絲杠14，滾珠絲杠14與滾珠螺母11相互作用，導致車輛轉向行駛內側懸架僅可壓縮；同時控制單元5對車輛轉向行駛外側懸架的電磁饋能阻尼力發生器2上的第一電磁鐵22-1 輸入控制信號,第一電磁鐵22-1產生吸合力克服第一拉緊彈簧19-1拉力使第一棘爪22-1繞第一棘爪轉軸20-1逆時針旋轉而使第一棘爪
22-1與第一棘輪24-1處于結合狀態，此時饋能電機轉子輸入軸23僅能沿逆時針方向轉動，順時針方向的轉動被限制，饋能電機轉子輸入軸23的轉動最終使車輛轉向行駛外側懸架僅可拉伸，從而實現減小車身的側傾，進而提高車輛轉向行駛安全性。
當車輛在轉向行駛制動時，控制單元5根據方向盤轉角信號、制動踏板位置信號、車身側向加速度信號、車身縱向加速度判斷車身可能同時發生側傾和俯仰時，控制單元5對車輛轉向行駛內側后懸架的電磁饋能阻尼力發生2上的第二電磁鐵21-2輸入控制信號，第二電磁鐵21-2產生吸合力克服第二拉緊彈簧19-2拉力使第二棘爪22-2繞第二棘爪轉軸20-2順時針旋轉而使第二棘爪22-2與第二棘輪24-2處于結合狀態，此時饋能電機轉子輸入軸23僅能沿順時針方向轉動，逆時針方向的轉動被限制，饋能電機轉子輸入軸23轉動限制傳遞到滾珠絲杠14，滾珠絲杠14與滾珠螺母11相互作用將該饋能電機轉子輸入軸23轉動限制在鉛垂方向上轉化為滾珠絲杠14相對于滾珠螺母11僅能做向下的直線運動，因此上述僅能向下的直線運動導致車輛轉向行駛內側后懸架僅可壓縮；同時控制單元5對車輛轉向行駛外側懸架和另一前懸架的電磁饋能阻尼力發生2中的第一電磁鐵22-1輸入控 制信號，第一電磁鐵22-1產生吸合力克服第一拉緊彈簧19-1拉力使第一棘爪22-1繞第一棘爪轉軸20-1逆時針旋轉而使第一棘爪22-1與第一棘輪24-1處于結合狀態，此時饋能電機轉子輸入軸23僅能沿逆時針方向轉動，順時針方向的轉動被限制，上述饋能電機轉子輸入軸23轉動限制傳遞到滾珠絲杠14，滾珠絲杠14與滾珠螺母11相互作用將該饋能電機轉子輸入軸23轉動限制在鉛垂方向上轉化為滾珠絲杠14相對于滾珠螺母11僅能做向上的直線運動，因此上述僅能向上的直線運動導致車輛轉向行駛外側懸架和另一前懸架僅可拉伸，從而實現同時減小車身的側傾和俯仰，進而達到提高車輛轉向行駛制動時安全性的目的。
權利要求
1.一種電磁饋能型半主動懸架運動方向實時控制裝置，包括電磁饋能阻尼力發生器(2)和控制單元(5)，電磁饋能阻尼力發生器(2)上部是由饋能電機定子(16)、饋能電機轉子(17)和饋能電機外殼(15)組成的饋能電機、下部是由滾珠絲杠(14)和滾珠螺母(11)組成的螺母-滾珠絲杠機構，滾珠絲杠(14)上端與饋能電機轉子輸入軸(23)下端固定連接，電磁饋能阻尼力發生器(2)通過饋能控制電路(4)電連接控制單元(5)，其特征是在饋能電機和螺母-滾珠絲杠機構之間設有雙向可控雙棘輪機構(3 )，雙向可控雙棘輪機構(3 )由同設在饋能電機轉子輸入軸(23)上的第一、第二棘輪機構組成,第一、二棘輪機構均包括棘輪、棘爪、棘爪轉軸、拉緊彈簧和電磁鐵，棘輪固套在饋能電機轉子輸入軸(23)上；棘爪轉軸一端固接饋能電機外殼(15)內壁、另一端連接棘爪；拉緊彈簧的一端固接饋能電機外殼(15)內壁、另一端固接棘爪一端，棘爪的另一端靠近固接于饋能電機外殼(15)內壁上的電磁鐵；電磁鐵電連接控制單元(5),與棘爪結合的兩個所述棘輪旋向相反。
2.一種如權利要求I所述電磁饋能型半主動懸架運動方向實時控制裝置的控制方法，其特征是采用如下步驟 1)控制單元(5)對第一、第二棘輪機構的其一輸入控制信號，控制第一電磁鐵(21-1)或第二電磁鐵(21-2)中其一吸合，使第一棘爪(22-1)繞第一棘爪轉軸(20-1)逆時針旋轉與第一棘輪(24-1)結合，饋能電機轉子輸入軸(23)僅能沿逆時針方向轉動，懸架只能拉伸；或使第二棘爪(22-1)繞第二棘爪轉軸(20-2)順時針旋轉與第二棘輪(24-2)結合，饋能電機轉子輸入軸(23 )僅能沿順時針方向轉動，懸架只能壓縮； 2)控制單兀(5)對第一電磁鐵(21-1)和第二電磁鐵(21-2)均不輸入控制信號，第一棘爪(22-1)和第一棘輪(24-1 )、第二棘爪(22-2)和第二棘輪(24_2)均處于分離狀態，懸架能拉伸和壓縮。
3.根據權利要求2所述的控制方法，其特征是當車輛直線行駛緊急制動時，控制單元(5)判斷車身將發生較大俯仰時，控制單元(5)對車輛后懸架的電磁饋能阻尼力發生器(2)中的第二電磁鐵(21-2)輸入控制信號，使第二棘爪(22-2)與第二棘輪(24-2)結合，饋能電機轉子輸入軸(23)僅能沿順時針方向轉動，帶動滾珠絲杠(14)相對于滾珠螺母(11)在鉛垂方向上僅能向下直線運動，車輛的后懸架只能壓縮；同時控制單元(5)對車輛前懸架的電磁饋能阻尼力發生器(2)中的第一電磁鐵(22-1)輸入控制信號，車輛的前懸架只能拉伸，減小車身的俯仰。
4.根據權利要求2所述的控制方法，其特征是當控制單元(5)判斷將車身發生較大側傾時，控制單元(5)對車輛轉向行駛內側懸架的電磁饋能阻尼力發生器(2)中的第二電磁鐵(21-2)輸入控制信號，第二棘爪(22-2 )與第二棘輪(24-2 )結合，饋能電機轉子輸入軸(23)僅能沿順時針方向轉動，車輛轉向行駛內側懸架只能壓縮；同時控制單元(5)對車輛轉向行駛外側懸架的電磁饋能阻尼力發生器(2 )中的第一電磁鐵(22-1)輸入控制信號，車輛轉向行駛外側懸架只能拉伸，減小車身的側傾。
5.根據權利要求2所述的控制方法，其特征是當車輛在轉向行駛制動時，控制單元(5)判斷車身將同時發生側傾和俯仰時，控制單元(5)對車輛轉向行駛內側后懸架的電磁饋能阻尼力發生器(2)中的第二電磁鐵(21-2)輸入控制信號，第二棘爪(22-2)與第二棘輪(24-2)結合，車輛轉向行駛內側后懸架只能壓縮；同時控制單元(5)對車輛轉向行駛外側懸架和另一前懸架的電磁饋能阻尼力發生器(2)中的第一電磁鐵(22-1)均輸出工作信號，車輛轉向行駛外側懸架和另一前懸架只能拉伸,同時減小車身的側傾和俯仰。
全文摘要
本發明公開一種車輛電磁饋能型半主動懸架運動方向實時控制裝置及方法，在饋能電機和螺母-滾珠絲杠機構之間設有由同設在饋能電機轉子輸入軸上的第一、第二棘輪機構組成的雙向可控雙棘輪機構，第一、第二棘輪機構均包括棘輪、棘爪、棘爪轉軸、拉緊彈簧和電磁鐵，電磁鐵電連接控制單元，與棘爪結合的兩個棘輪旋向相反；當控制單元對第一、第二棘輪機構的第一、第二電磁鐵其一輸入控制信號，饋能電機轉子輸入軸僅能沿逆時針或順時針轉動，懸架只能拉伸或壓縮；當控制單元對第一、第二電磁鐵均不輸入控制信號，懸架只能拉伸和壓縮。在車輛受到較大慣性力作用時，可通過對相關懸架運動方向實時控制，減小車輛的俯仰及側傾，改善車輛的行駛安全性。
文檔編號B60G17/016GK102627063SQ20121005480
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者何仁, 武曉暉, 王勇剛, 王勝, 陳士安 申請人:江蘇大學