[发明专利]面向节能的汽车主动悬架系统的自供能控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车主动悬架系统的节能控制领域。

背景技术

汽车主动悬架系统采用执行器和控制算法，能够根据不同的路面情况主动产生作用力，具有良好的减振效果。但由于主动悬架系统采用了执行器、大量的传感器、输入输出电路，使其存在成本高、能耗大、设计复杂、可靠性低等问题，限制了汽车主动悬架系统的实际应用。为了降低主动悬架系统的能耗，需要对主动悬架系统进行节能控制。

若主动悬架系统采用电机作为执行器，当汽车受到路面扰动时，由不平路面产生的振动能量以热能的形式耗散了，造成了浪费，如何有效利用这部分能量去驱动主动悬架系统实现节能是近年来研究的热点。

发明内容

本发明为了解决主动悬架系统能耗大的问题，也是为了解决如何回收再利用主动悬架系统采用主动控制时由于路面不平产生的热能的问题。提出了面向节能的汽车主动悬架系统的自供能控制方法。

面向节能的汽车主动悬架系统的自供能控制方法，它包括下述步骤：

步骤一、根据主动悬架系统的性能指标要求，设计主动悬架系统的反馈控制器；

步骤二、基于电机所处状态和电源的充放电情况，将主动悬架系统中的电机分为3个工作区域，3个工作区域分别为：

区域一：电机处于电动机状态，消耗电能，电源耗电；区域二：电机处于发电机状态，产生电能，电源耗电；区域三：电机处于发电机状态，产生电能，电源充电；

步骤三、由自供能判别条件，判别主动悬架系统是否能够实现自供能，该判别方法如下：

计算电源的平均能量消耗其表达式为

式中，G₀(ω)是路面输入的功率谱密度函数，e_s(ω)为功率传递函数，e_s(ω)的表达式为：

e_s(ω)＝R|G_i(jω)|²+k_i|G_v(jω)||G_i(jω)|cos(φ_v(ω)-φ_i(ω)) (2)

其中，G_i(jω)为电枢电流i的频率特性；G_v(jω)为悬架相对运动速度v的频率特性；φ_i(ω)为G_i(jω)对应的相角；φ_v(ω)为G_v(jω)对应的相角；

当G₀(ω)＝1时，即路面输入是强度为1的白噪声，式(1)可化为

若则主动悬架系统能够实现自供能，执行步骤四；若则主动悬架系统无法能够实现自供能，执行步骤一；

步骤四、计算模式变量γ，通过γ值判断出电机的工作区域和悬架所处的工作模式，其过程如下：

定义γ为电机工作区域的模式变量，

式中，i为电枢电流，v为悬架的相对运动速度，R为电机电阻；k_i为电磁力参数；

电枢电流i在理想条件下为期望电流i^*，此时，

γ的取值范围与其对应的电机的工作区域、主动悬架系统工作模式归纳在表格1中：

表格1γ与电机的工作区域、主动悬架系统工作模式的对应关系

步骤五、根据步骤四判断出的悬架工作模式，为每一种悬架工作模式设计对应的工作电路，根据每种悬架工作模式下电机回路中可变电阻R_var与期望电流i^*之间的关系，切换相应的工作电路完成悬架工作模式之间的切换和电流流动方向的改变，从而实现自供能控制。

步骤四中，悬架的工作模式的判断是根据位移传感器的测量值计算出的悬架的相对速度v和期望电流i^*计算出γ，从而判断出悬架的工作模式。

步骤二中的电机的输出功率为P_a，电源的输出功率为P_s；

电机的工作区域一中P_a>0，电机处于电动机状态，消耗电能，P_s>0，电源耗电；

电机的工作区域二中P_a<0，电机处于发电机状态，回收路面的机械能，P_s>0，电源耗电；