[发明专利]一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统的控制方法，其特征在于，所述基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统，包括簧载质量(1)、弹性元件(2)、减振器(3)、直线电机(4)、轮毂电机(5)、簧下质量(6)、加速度信号传感器(7)、位移传感器A(8)、位移传感器B(9)和ECU；

所述弹性元件(2)两端分别固连在簧载质量(1)与轮毂电机(5)上，减振器(3)的两端分别固连在簧载质量(1)与轮毂电机(5)之间，轮毂电机(5)的另一端通过轴承与簧下质量(6)连接；所述直线电机(4)套于弹性元件(2)内部，加速度信号传感器(7)安装在簧载质量(1)上，位移传感器A(8)安装在簧载质量(1)上，位移传感器B(9)安装在簧下质量(6)上；

所述ECU分别与加速度信号传感器(7)、位移传感器A(8)和位移传感器B(9)电连接，所述ECU通过加速度信号传感器(7)采集簧载质量(1)的加速度信号，通过位移传感器A(8)采集簧载质量(1)的位移信号，通过位移传感器B(9)采集簧下质量(6)的位移信号，并进行分析处理，得到车辆实时的悬架动态参数，以悬架动态参数为依据采用LQG算法控制直线电机(4)输出作动力；

所述方法包括舒适性模式、安全性模式和综合性模式三种工作模式；所述舒适性模式以乘坐舒适性为控制目标，所述安全性模式以轮胎接地性为控制目标，所述综合性模式兼顾乘坐舒适性和轮胎接地性，对以上三种模式采用LQG算法控制直线电机(4)输出作动力；

所述LQG控制算法具体为：

1)建立带轮毂电机的电磁悬架模型振动微分方程：

其中，Z_s为簧载质量垂向位移，Z_v为轮毂电机垂向位移，Z_t为簧下质量垂向位移，q为路面垂向位移，K_s为弹性元件刚度，K_v为轮毂电机等效刚度，k_t为轮胎等效刚度，C为减振器阻尼系数，F_a为直线电机作动力，F_v为电机垂向力，m_s为簧载质量，m_v为轮毂电机质量，m_t为簧下质量；

并以矩阵形式表达，如下式：

其中，

其中，W为高斯白噪声输入矩阵，U为控制输入矩阵，即W＝[w]，U＝[F_a]，Y＝[F_V]；G₀为路面不平度系数，U₀为车辆前进速度，f₀为下截至频率,w为均值为零的高斯白噪声；

2)确定LQG控制指标车身垂向加速度、悬架动行程、车轮动位移并确定目标函数如下：

其中，q₁为轮胎动位移的加权系数，q₂为悬架动行程的加权系数，q₃为车身加速度的加权系数，T为一个时间周期；

3)将目标函数改写成标准二次型形式：

其中：

4)根据黎卡提方程

AK+KA^T+Q-KBR^-1B^TK+FWF^T＝0

求出增益矩阵K＝(k₁k₂k₃k₄k₅)；

5)根据增益矩阵K和状态变量X，可得出直线电机输出的最优控制力：

车辆的ECU通过加速度信号传感器(7)采集簧载质量(1)的加速度信号，通过位移传感器A(8)采集簧载质量(1)的位移信号，通过位移传感器B(9)采集簧下质量(6)的位移信号，并进行分析处理，得到车辆实时的悬架动态参数，ECU根据悬架动态参数的结果选择进入的工作模式。

2.根据权利要求1所述的基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统的控制方法，其特征在于，

当车身加速度超过2m/s²时，使直线电机(4)工作在舒适性模式；

当轮胎动载荷超过2KN时使，直线电机(4)工作在安全性模式；

当不满足上述条件时，使直线电机(4)工作在综合性模式。