[发明专利]一种可变刚度与阻尼的汽车馈能主动悬架系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车用悬架系统，更具体地说，特别涉及一种可变刚度与阻尼的汽车馈能主动悬架系统。

背景技术

汽车悬架系统对整车行驶平顺性、操纵稳定性等性能有很大影响，因此，近年来悬架系统被广泛研究。目前，悬架系统可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三类。被动悬架是传统的全机械结构悬架系统，其具有结构简单、性能可靠、成本低，不需额外能量等优点，因而应用最为广泛；但也有整车行驶平顺性和操纵稳定性不能兼顾等缺点。半主动悬架用无源但参数可调的被动元件(一般为阻尼元件)替代执行机构的主动元件，能部分改善乘坐舒适性和操纵稳定性，其性能好于被动悬架，在控制品质上接近于主动悬架，且结构简单、能量损耗小、成本低，是目前市场上中高端车型普遍应用的技术。主动悬架是目前最为先进的悬架技术，主动悬架包含一系列复杂的机械和电气化结构，能实现理想悬架的设计目标，能兼顾整车行驶平顺性和操纵稳定性的要求，但鉴于其成本极高、结构复杂，整车质量增加等缺点，因此目前仅在对价格和成本不敏感的高端车型上使用；而且主动悬架执行机构消耗大量能量，导致整车经济性普遍较低。

磁流变阻尼器是实现(半)主动悬架系统阻尼实时可调的一种新型阻尼器。和传统的液压式阻尼器不同，磁流变液是一种智能材料，当无外加磁场作用时，呈现低粘度的牛顿流体特性；在强磁场作用下，可在短时间内(毫秒级)表观粘度增加两个数量级以上，呈现高粘度、低流动性的流体特性，并且这种变化是可逆、连续、可控的，采用这一材料制成的磁流变阻尼器具有阻尼力大、可调范围宽、反应迅速等优点。直线电机结构紧凑、功率损耗小、快移速度高、加速度高、高速度性好；直线电机的动子(初级)和定子(次级)之间无直接接触，定子及动子均为刚性部件，从而保证直线电机运动的静音性(有效减少车辆噪音)以及整体机构核心运动部件的高刚性；综合看，直线电机具有结构简单、灵敏度高、定位精度高、工作安全可靠、反应速度快、随动性好、免维修及运动噪声低、寿命长等优点。

目前常用的主动悬架形式大多都是通过空气弹簧、双作用油缸和高速响应液力控制阀直接耦合等结构实现的，但它们都有反应慢、结构复杂、体积大、所需能量多等缺点；同时现有的直线电机主动悬架存在结构复杂、可靠性差、刚度调节困难等问题；也有一些主动悬架使用了磁流变阻尼器，但都不能实现刚度和阻尼的实时可调。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可变刚度与阻尼的汽车馈能主动悬架结构，进一步的目的是自动调节阻尼和刚度，实现整车良好的操纵稳定性和平顺性；进一步的目的是运用直线电机馈能机构作为阻尼器吸收冲击振动能量。该系统能源消耗大幅降低，符合整车经济性的要求；且控制结构简单，工作稳定可靠，使用寿命长，能够方便地应用到现有汽车悬架上，实现实时控制。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种可变刚度与阻尼的汽车馈能主动悬架系统，包括悬架变刚度机构、悬架馈能机构和主动悬架控制器；所述悬架变刚度机构包括布置在车身与独立悬架的下摆臂或非独立悬架的车桥之间的第一刚度弹簧、磁流变阻尼器和第二刚度弹簧；所述第一刚度弹簧和第二刚度弹簧串联；所述悬架馈能机构包括依次双向连接的直线电机、馈能电路和蓄电池，所述直线电机设在车身与独立悬架的下摆臂或非独立悬架的车桥之间；所述主动悬架控制器输入车身振动信号和车桥或车轮振动信号，控制器输出磁流变阻尼器控制信号和直线电机控制信号。

作为进一步的优选，所述磁流变阻尼器的活塞杆上端通过一连接法兰与所述车身连接，所述第一刚度弹簧套在磁流变阻尼器外面且顶靠所述连接法兰，在车身底面位于第一刚度弹簧的外面固定一套筒，所述磁流变阻尼器的下端连接一下支座且下支座位于套筒内滑动配合，所述第二刚度弹簧上端卡在下支座下端，第二刚度弹簧下端卡在一弹簧支座上，且所述弹簧支座铰接在独立悬架的下摆臂或非独立悬架的车桥上。

作为进一步的优选，所述直线电机上部通过橡胶减震垫和环形压板固定在所述车身的阶梯孔处，所述直线电机穿过所述车身的阶梯孔且直线电机下端铰接在独立悬架的下摆臂或非独立悬架的车桥上。

作为进一步的优选，所述的馈能电路包含整流滤波电路和双向DC/DC变换器，所述直线电机、整流滤波电路、双向DC/DC变换器和蓄电池依次通过导线实现双向连接。

作为进一步的优选，所述控制器的控制策略包括天棚控制算法和LQR最优控制算法；天棚控制算法调控磁流变阻尼器阻尼力；LQR最优控制算法调控直线电机作动力。