[发明专利]三级阻尼可调的主动馈能悬架分层控制器及其构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三级阻尼可调的主动馈能悬架分层控制器及其构造方法，适用于三级阻尼可调的主动馈能悬架的分层控制，属于汽车节能减振控制技术领域。 

背景技术

近年来，国际油价跌宕起伏，能源与环境问题日益突出，节能减排、低碳经济已成为实现国家可持续发展的主要举措之一。中国作为汽车保有量大国，研究如何提高汽车的节能性，减少汽车上不必要的能量损失，具有非同寻常的意义。当汽车在道路上行驶过程中，由于不平路面的激励以及各种复杂的道路工况，汽车一部分能量在悬架振动过程中通过减振器将其转化为热能耗散掉，这就造成了能源的浪费。

如何在不影响悬架隔振性能的前提下，将车辆悬架振动过程中的能量回收再利用是当前研究的一大课题，主动馈能悬架的出现为这一课题提供了一种实现方法，主动馈能悬架能够进一步提高燃油经济性，回收悬架振动能量，提高车辆的综合性能。

近几十年来，可控悬架系统得到了学术界和工业界的广泛关注。相比于不可控的半主动/被动悬架系统，可控悬架系统根据车辆当前的行驶工况和路况对其车身特性实行自适应控制，因而可提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性。主动馈能悬架系统的关键就是作动器，随着电磁减振材料和电控技术的快速发展，以及在电动车开发趋势的影响下，车辆电磁悬架技术的理论研究逐渐深入，并得到了一些商业化应用。其中直线电机具有输出力较大，响应快，效率高的优点，同时具有回收电能的可行性，因此多用于主动馈能悬架的作动器。

主动馈能悬架阻尼值的大小与馈能特性和减振性能之间有着密切的关系，研究阻尼值对馈能特性和减振性能的影响关系到车辆综合性能的优劣，因此车辆使用可调阻尼的减振器来提高车辆的综合性能，一般的阻尼可调减振器控制效果好，但造价高，系统复杂，控制难度高，综合各方面因素，对一般的阻尼可调减振器进行改进，只设置三个档位，就能够较好地适应大范围内的车速和路况变化，还能够自适应切换档位，调整悬架阻尼值，从而输出最佳的悬架性能。

车辆主动馈能悬架的综合控制是指为了提高主动馈能的馈能性以及改善车辆的隔振性能和运动姿态而对行驶车辆各种工况进行的运动控制。通常，人们在开发车辆控制系统的时候主要关心的是能否实现该系统本身所对应的控制目标，并没有过多考虑该系统被加入到整车运动控制系统中对于其它子系统性能的影响。以往车辆各个控制子系统都是相互独立工作，或者说是传感器信息与控制命令都是并行运行的，各个子系统之间不存在信息共享与命令冲突问题。但是，随着车辆控制系统结构越来越复杂，传感器、执行器、通讯连接与微处理器等硬件也越来越多。随着车辆控制子系统和执行机构的增加，并行的控制结构使系统之间不可避免地存在相互作用和功能冲突。例如当悬架阻尼值改变的时候，悬架在不同工况下的隔振性能和馈能特性都会受到很大的影响。

发明内容

针对现有技术中整车主动馈能悬架多个系统之间存在耦合和冲突的关系，并且无法在大范围工况下表现良好的缺陷，提供一种三级阻尼可调的主动馈能悬架分层控制器及其构造方法，从而改善三级阻尼可调的主动馈能悬架对参数变化以及扰动的适应性、鲁棒性，有效地回收悬架振动能量，协调优化悬架综合性能，运用分层递阶控制理论对整车馈能悬架进行分层控制，从而协调多个并行控制系统之间的功能冲突。

本发明的技术方案是：

三级阻尼可调的主动馈能悬架分层控制器，包括整车主动悬架系统和由规划级控制器、协调级控制器、执行级控制器组成的三级分层控制器，所述协调级控制器包括协调控制器和由阻尼切换调节器、悬架解耦控制器和能量管理控制器组成的三个控制子系统，所述执行级控制器包括直线电机和三级可调阻尼器。

所述整车主动悬架系统与规划级控制器的输入端相连接，将车辆行驶信息以及执行级控制器中直线电机和三级可调阻尼器的反馈信息通过传感器传送至作为上层控制器的规划级控制器；

作为上层控制器的规划级控制器的输入端与整车主动悬架系统相连接，输出端与协调级控制器中协调控制器的输入端相连接，规划级控制器根据路面及车辆各种传感器信息，对车辆运动姿态进行判断，并结合整车主动悬架系统协调控制逻辑，对阻尼切换调节器、悬架解耦控制器和能量管理控制器进行整体协调和决策规划；