一种机电悬架多模式控制装置
阅读说明：本技术 一种机电悬架多模式控制装置 (Multi-mode control device for electromechanical suspension ) 是由 宋慧新 金昊龙 肖洁 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种机电悬架多模式控制装置,属于车辆悬架控制技术领域。装置包括高压电源、电机驱动器、三相整流桥、负载电阻与开关模块、悬架控制器、稳压升压模块和蓄电池,电机驱动器与高压电源连接,电机驱动器采集悬架电机的位置信号并接收悬架控制器的主动控制信号；负载电阻与开关模块内部包括多个负载控制开关、负载电阻、手动开关、被动悬架配置电阻和能量回收控制开关；负载控制开关和能量回收控制开关的各控制端与悬架控制器连接；负载电阻与开关模块的电源负极与能量回收控制开关的输出和稳压升压模块连接。本发明能够实现机电悬架四种工作模式瞬态切换,根据路况对车体提供最佳的隔振效果,有利于行驶平顺性的提升。(The invention discloses an electromechanical suspension multi-mode control device, and belongs to the technical field of vehicle suspension control. The device comprises a high-voltage power supply, a motor driver, a three-phase rectifier bridge, a load resistor and switch module, a suspension controller, a voltage stabilizing and boosting module and a storage battery, wherein the motor driver is connected with the high-voltage power supply and collects a position signal of a suspension motor and receives an active control signal of the suspension controller; the load resistor and switch module comprises a plurality of load control switches, a load resistor, a manual switch, a passive suspension configuration resistor and an energy recovery control switch; the control ends of the load control switch and the energy recovery control switch are connected with the suspension controller; and the load resistor and the power supply cathode of the switch module are connected with the output of the energy recovery control switch and the voltage stabilization boosting module. The invention can realize the transient switching of four working modes of the electromechanical suspension, provides the best vibration isolation effect for the vehicle body according to road conditions and is beneficial to improving the driving smoothness.)
技术领域
本发明属于车辆悬架控制技术领域，具体涉及一种机电悬架多模式切换控制装置，该装置通过切换不同功能的电路，使机电悬架在不同的模式下进行工作。
背景技术
机电悬架是一种新型悬架，其核心技术之一是使用电机取代传统悬架的阻尼原件，实现悬架阻尼参数的实时、快速可调，并可以主动输出控制力，使车辆的行动系统的性能达到最优。
如图1所示，机电悬架一般由弹性元件(如螺旋弹簧、扭杆、板簧等)支撑车体静态重量，由执行器(机械部件与电机构成)产生主动力，或阻尼力。机电式悬架是一方面能够实现电能转换成机械能，实现悬架的主动调节，从而提高车辆行驶的平顺性和操作稳定性；另一方面能够将悬架的机械能转化成电能，以能量回收并存储的形式或者能量耗散。
机电悬架是车辆悬架技术的重要发展方向，符合车辆全电化的发展趋势。机电悬架利用电磁感应定律，通过悬架的伸长和拉伸切割磁感线产生感应电动势，将悬架的振动能量转化为可储存和再利用的电能，同时达到减振性能。将机电悬架应用到新能源汽车上，具有独特的优势，首先相比于其它悬架，机电悬架在能量回收效率、响应特性、等方面都有很大的优势；其次，相比于传统汽车，新能源汽车的特殊之处在于增加了一套高电压的电池－电机系统，一方面可实现类似于再生制动能量回收系统，将回收的电能储存到车载电池中，同时可以和车载驱动电机共用一套能量供给系统，无需增加额外的能量储存和供给装置；另一方面，将馈能电机设计成高压电机可以有效减小能量回收的电流，减少能量损耗；最后，新能源汽车对电能的需求更加强烈，可充分利于机电悬架回收的能量，来提高燃油经济性和延长续驶里程。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种机电悬架多模式控制装置，能够实现机电悬架主动、半主动耗能、半主动能量回收、被动四种工作模式瞬态切换，根据路况对车体提供最佳的隔振效果，有利于行驶平顺性的提升与行驶安全性的提高。
一种机电悬架多模式控制装置，该装置包括高压电源、电机驱动器、三相整流桥、负载电阻与开关模块、悬架控制器、稳压升压模块和蓄电池；
所述电机驱动器与高压电源的正负极相连接，电机驱动器采集悬架电机的位置信号，同时接收来自悬架控制器的主动控制信号；电机驱动器在主动模式下起作用，其余模式下处于关闭状态；
所述三相整流桥与悬架电机的三相电缆连接，使悬架电机产生的三相交流电，经三相整流桥后变为直流电；
所述负载电阻与开关模块内部包括一个以上的负载控制开关和负载电阻，同时包括手动开关、被动悬架配置电阻和能量回收控制开关，负载控制开关与对应的负载电阻串联后同时并联在三相整流桥和稳压升压模块之间，手动开关和被动悬架配置电阻串联后也同时并联在三相整流桥和稳压升压模块之间；负载控制开关和能量回收控制开关的各控制端与悬架控制器连接；负载电阻与开关模块的电源负极与能量回收控制开关的输出和稳压升压模块对应连接，稳压升压模块与蓄电池对应连接；
任一时刻，由悬架控制器决定电机驱动器、负载电阻与开关模块、稳压升压模块的工作状态，实现机电悬架机的主动、半主动耗能、半主动能量回收、被动四种工作模式切换。
进一步地，所述负载电阻与开关模块内部的负载控制开关为D1、D2、D3、...Dn，负载电阻为R1、R2、R3、...Rn。
进一步地，所述负载电阻与开关模块内部的手动开关为Km，被动悬架配置电阻为Rm，能量回收控制开关为Ke。
进一步地，所述电机驱动器内部有电机控制模块及高压可控硅开关K1-K6。
进一步地，所述主动模式下，悬架控制器控制电机驱动器使悬架电机做功，电机驱动器接收悬架控制器的主动控制信号，采集电机转子位置信号，控制高压可控硅开关K1-K6按照一定的规律开启关闭，接通或断开电机的A、B、C三相绕组，使电机做功，从而悬架产生主动力，抑制车体振动；此时负载开关D1-Dn断开，手动开关Km断开，能量回收开关Ke断开。
进一步地，所述半主动耗能控制模式下，所述可控硅开关K1-K6、手动开关Km和能量回收开关Ke均处于断开状态；
悬架控制器通过控制负载控制开关，实现对悬架阻尼的控制，当负载控制开关D1、D2、D3、...Dn同时接通时，此时负载电阻的并联阻值最小，但悬架阻尼最大；当负载控制开关D1、D2、D3、...Dn同时断开时，此时负载电阻的并联阻值最大，相当于开路，但悬架阻尼最小。
进一步地，半主动能量回收控制模式下，所述可控硅开关K1-K6和手动开关Km均处于断开状态；能量回收开关Ke、负载开关D1-Dn在悬架控制器的控制下断开或闭合；悬架控制器通过调节开关Ke的通断，并配合控制负载开关D1-Dn的通断，可调节能量回收的多少，同时达到控制悬架阻尼的目的。
进一步地，所述被动模式下，手动开关Km开启，接通手动电阻Rm，高压可控硅开关K1-K6全部关闭，负载开关D1-Dn全部关闭，能量回收开关Ke关闭；此时负载电阻不可调节，悬架工作在被动模式。
有益效果：
1、本发明能够实现电机在发电机模式和电动机模式下的快速可靠切换，完成悬架电机能量输入与输出的快速转换，实现机电悬架的模式切换与能量管理。同时保留手动切换到被动模式的功能，确保控制系统失效后机电悬架能够保证基本功能，具有硬件结构精简，切换速度快，可靠性高的特点。
2、本发明的悬架控制器通过控制负载控制开关，能够实现对悬架阻尼的控制，当负载控制开关同时接通时，此时负载电阻的并联阻值最小，但悬架阻尼最大；当负载控制开关同时断开时，此时负载电阻的并联阻值最大，相当于开路，但悬架阻尼最小。因此悬架控制器通过不同的组合，可以得到不同的悬架阻尼值。
附图说明
图1为机电悬架工作原理图；
图2为本发明机电悬架多模式控制装置原理图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图2所示，本发明提供了一种机电悬架多模式控制装置，该装置由高压电源、电动驱动器、三相整流桥、负载电阻与开关模块、悬架控制器、稳压升压模块、蓄电池等组成。附图中各组成部件中的英文字母含义如下：高压电源(正极Ud，负极Ug)、悬架电机(三相A、B、C，磁铁N、S极)、三相整流桥(含端子ua、ub、uc)、负载电阻与开关模块(负载控制开关D1、D2、D3、...Dn，负载电阻R1、R2、R3、...Rn；手动开关Km，配置电阻Rm；能量回收控制开关Ke)、悬架控制器(控制端Cr1、Cr2、Cr3、...Crn能量回收控制端Ce)。
其中，电机驱动器与高压电源的正负极相连接，内部有电机控制模块及高压可控硅开关K1-K6。电机驱动器采集电机的位置信号，同时接收来自悬架控制器的主动控制信号。
电机驱动器在主动模式下起作用，其余模式下处于关闭状态。在控制系统的控制下，高压电源按照一定的控制规律通过高压可控硅开关接通悬架电机的A、B、C三相绕组，使电机转子转动做功。
三相整流桥与悬架电机的三相电缆连接，使电机产生的三相交流电，经三相整流桥后变为直流电，直流电的正极up、和负极ug与负载电阻与开关模块对应连接。
负载电阻与开关模块内部包括负载控制开关D1、D2、D3、...Dn，负载电阻R1、R2、R3、...Rn；其中n的取值，根据实际进行，如只配置1个负载电阻，则n＝1；如配置3个负载电阻，n＝3。同时包括手动开关Km，被动悬架配置电阻Rm；同时包括能量回收控制开关Ke。
负载控制开关D1、D2、D3、...Dn的各控制端Cr1、Cr2、Cr3、...Crn与悬架控制器连接。能量回收控制开关Ke的控制端Ce与悬架控制器连接。
负载电阻与开关模块的电源负极ug、与开关Ke的输出与稳压升压模块对应连接，稳压升压模块与蓄电池对应连接。
电机驱动器、负载电阻与开关模块、稳压升压模块均由悬架控制器进行控制。任一时刻，由悬架控制器决定电机驱动器、发负载电阻与开关模块、稳压升压模块的工作状态。
(1)主动控制模式
主动模式下，悬架控制器控制电机驱动器，使悬架电机做功。电机驱动器接收悬架控制器的主动控制信号，采集电机转子位置信号，控制高压可控硅开关，高压可控硅开关K1-K6按照一定的规律开启关闭，接通或断开电机的A、B、C三相绕组，使电机做功，从而悬架产生主动力，抑制车体振动。
此时负载开关D1-Dn断开，手动开关Km断开，能量回收开关Ke断开。
(2)半主动耗能控制模式
在半主动控制模式下，机电悬架电机相当于发电机，此时可控硅开关K1-K6均处于断开状态，手动开关Km也处于断开状态，能量回收开关Ke断开。
在路面输入激励下，电机转子旋转，切割磁力线，产生感应电流。负载开关D1、D2、D3、...Dn，等在控制策略的作用下开启或关闭，为悬架配置最优阻尼。
半主动耗能模式下，利用发电机负载电路三相整流桥，电机三相线圈产生的电流经过整流后通过负载开关D1-Dn后连接到负载电阻R1-Rn。控制系统监测电机线圈电流ia、ib、ic，并控制D1-Dn匹配负载电阻，控制电机线圈电流。
负载控制开关D1、D2、D3、...Dn与负载电阻R1、R2、R3、...Rn；其中n的取值，根据实际进行，如只配置1个负载电阻，则n＝1；如配置3个负载电阻，n＝3。
悬架控制器通过控制负载控制开关，实现对悬架阻尼的控制，当D1、D2、D3、...Dn同时接通时，此时负载电阻的并联阻值最小，但悬架阻尼最大；当D1、D2、D3、...Dn同时断开时，此时负载电阻的并联阻值最大，相当于开路，但悬架阻尼最小。因此悬架控制器通过不同的组合，可以得到不同的悬架阻尼值。
(3)半主动能量回收控制模式
在半主动控制模式下，机电悬架电机相当于发电机，此时可控硅开关K1-K6均处于断开状态，手动开关Km也处于断开状态；能量回收开关Ke、负载开关D1-Dn在悬架控制器的控制下断开或闭合。
在路面输入激励下，电机转子旋转，切割磁力线，产生感应电流，经整流桥后，连接到能量回收开关Ke与负载开关D1-Dn。能量回收开关Ke在悬架控制器的控制下接通，电流进入稳压升压模块，实现升压稳流，并将电能存入蓄能电池中。
此时，如果电机线圈内的电流产生阻尼能够满足车辆行驶的减振要求，负载开关D1-Dn处于断开状态，此时系统处于能量回收状态；如果不能满足要求，则负载开关D1-Dn在悬架控制器的控制下匹配负载电阻，调整电机线圈内的电流使阻尼满足要求。此时系统处于能量回收与耗散的叠加状态。
当能量回收开关Ke断开、负载开关D1-Dn处于断开时，电机空转，此时电机不发电，阻尼最小。
悬架控制器通过调节开关Ke的通断，并配合控制负载开关D1-Dn的通断，可调节能量回收的多少，同时达到控制悬架阻尼的目的。
(4)被动模式
当控制系统失效时，操作手动开关Km，可以使用固定的负载电阻Rm，即可使机电悬架转换成被动悬架(被动模式)，从而实现降级使用。
手动开关Km在被动模式下起作用，其余模式下处于断开状态。被动模式下，手动开关Km开启，接通手动电阻Rm。高压可控硅开关K1-K6全部关闭，负载开关D1-Dn全部关闭，能量回收开关Ke关闭。此时负载电阻不可调节，悬架工作在被动模式。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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