本發(fā)明涉及一種瞬態(tài)主動式直線電機電磁懸架，屬于新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

雖然現(xiàn)代汽車電控懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和控制方法多種多樣（如氣壓式電控懸架和油壓式電控懸架），但它們的基本原理和功能卻是相同的，其基本目的是通過控制調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼力。

其基本功能有：

1）車高調(diào)整：無論車輛的負載多少，都可以保持汽車高度一定，車身保持水平，從而使前照燈光束方向保持不變；當汽車在壞路面上行駛時，可以使車高升高，防止車橋與路面相碰，提高通過性；當汽車高速行駛時，又可以使車高降低，以便減少空氣阻力，提高操縱穩(wěn)定性；

2）減振器阻尼力控制：通過對減振器阻尼系數(shù)的調(diào)整，防止汽車急速起步或急加速時“后蹲”；防止緊急制動時的“點頭”；防止汽車急轉(zhuǎn)彎時車身橫向搖動；防止汽車換檔時車身縱向搖動等，提高行駛平順性和操縱穩(wěn)定性；

3）彈簧剛度控制：與減振器一樣在各種工況下，通過對彈簧彈性系數(shù)的調(diào)整，來改善汽車的乘坐舒適性與操縱穩(wěn)定性。

電子控制懸架系統(tǒng)

電控懸架系統(tǒng)可分為半主動式、主動式兩大類。其中半主動式又分為阻尼力有級可調(diào)和阻尼力連續(xù)可調(diào)兩種；主動式懸架根據(jù)頻帶和能量消耗的不同，分為全主動式（頻帶寬大于15hz）和慢全主動式（頻帶寬3～6hz）；而根據(jù)驅(qū)動機構(gòu)和介質(zhì)的不同，可分為電磁閥驅(qū)動的油氣主動式懸架和由步進電動機驅(qū)動的空氣主動式懸架。

無級半主動懸架可以根據(jù)路面的行駛狀態(tài)和車身的響應(yīng)對懸架阻尼力進行控制，并在幾毫秒內(nèi)由最小變化到最大，使車身的振動響應(yīng)始終被控制在某個范圍內(nèi)；主動式懸架是一種能供給和控制動力源(油壓、空氣壓)的裝置。根據(jù)各種傳感器檢測到的汽車載荷、路面狀況、行駛速度、起動、制動、轉(zhuǎn)向等狀況的變化，自動調(diào)整懸架的剛度、阻尼力以及車身高度等。它能顯著提高汽車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性，但是成本較高，能耗也較大。

電磁減震器的電子控制器ecu根據(jù)加速度傳感器檢測到的路面實際狀況和懸架行程傳感器檢測到的實際運動行程，發(fā)出指令控制電磁減震器內(nèi)的電流。

電磁減震器的控制有兩種方式：第一種是純電磁控制，減震器內(nèi)沒有了傳統(tǒng)油液減震器的油液，電子減震器活塞外側(cè)有定子線圈，控制定子線圈的電流強度，從而精確控制直線電動機的反方向運動阻尼力和減振力，緩和路面的沖擊與振動。輸入的電流越大，定子線圈中產(chǎn)生的磁場就越強，直線電動機產(chǎn)生反方向的阻尼力和減振力也就越大；第二種是電液一體控制，和傳統(tǒng)油液減震器一樣，依靠油液在節(jié)流孔的流動實現(xiàn)阻尼效果，只是電磁減震器內(nèi)的油液是一種新型的電磁液，它是由合成碳氫化合物以及3至10微米大小的磁性粒子組成的。一旦控制單元發(fā)出脈沖信號，線圈內(nèi)便會產(chǎn)生電壓，從而形成一個磁場，改變其中粒子的排列方式。這些粒子會按垂直于油流的方向排列，從而起到阻礙油在活塞通道內(nèi)流動的效果，如此便能改變減震特性。

電子控制懸架系統(tǒng)由傳感器與開關(guān)、控制單元、執(zhí)行元件等電子器件組成。傳感器和開關(guān)將路面輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給控制單元ecu，控制單元ecu將傳感器輸入的電信號進行分析處理后輸出控制信號給執(zhí)行元件，執(zhí)行元件的機械動作改變減振器的阻尼系數(shù)，調(diào)整彈簧的高度和剛度。

綜上所述，車高調(diào)整、減振器阻尼力控制、彈簧剛度控制。車身高度的調(diào)整是通過一個電機來實現(xiàn)的。所考慮的角度是讓車的底盤與地面之間的距離保持一個適合的高度，這樣的調(diào)整是一種靜態(tài)調(diào)整，車身高度的調(diào)整其作用是1）車身保持水平；2）行駛在壞路面上行駛時，可以使車高升高提高通過性；3）當汽車高速行駛時，降低車高，提高操縱穩(wěn)定性。要完成這三項功能，四個車輪的獨立懸架要協(xié)同工作，才能夠完成，這樣的考慮方案并沒有考慮某一個車輪突然碾壓到一個突起（或者一個坑洼），該懸架調(diào)整電機并不工作，而是通過懸架彈簧來實現(xiàn)懸架距離的改變，沖擊發(fā)生非線性震動，通過減震阻尼來吸收沖擊動量。這樣的控制方案是被動的，是沖擊振動發(fā)生之后，想辦法消除其影響。

如何突破傳統(tǒng)被動懸架的局限性，使汽車的懸架特性與道路狀況和行駛狀態(tài)相適應(yīng)，從而保證汽車行駛的平順性和操縱的穩(wěn)定性要求都能得到滿足是一個亟待解決的問題。本發(fā)明所考慮的角度是主動控制。也就是，車輛在行駛的過程中，預先探測路面情況，根據(jù)路面的情況提前預定懸架調(diào)整的應(yīng)對方案，實現(xiàn)恒力控制，這一方案是主動控制，這種主動控制思路完全不同于被動控制，被動控制是振動發(fā)生了之后在想辦法消除影響，而振動一旦發(fā)生所產(chǎn)生的震動效應(yīng)是非線性的，是很難控制的；而對主動控制而言，在震動沒有發(fā)生之前，想辦法把即將出現(xiàn)的震動扼殺在搖籃中，這樣的控制方案顯是被動控制所無法比擬的。

具體實現(xiàn)方案如下：

當車輪碾壓到一個突起的時候，電動車的輪胎受到?jīng)_擊，沿轉(zhuǎn)動方向有一個切向力和垂直向上的力，這會造成輪胎沿轉(zhuǎn)動方向加速轉(zhuǎn)動一個角度，并使得整個輪胎向上運動；沖擊消失的瞬間，向上跳動的輪胎落地，造成向下的一個沖擊。本發(fā)明所設(shè)想的是預先探測路面這個凸起的大小，提前規(guī)劃懸架離地的曲線以及車輪外緣轉(zhuǎn)速的改變量，在碾壓的瞬間進行調(diào)整，懸架垂直運動配合輪胎外緣的附加轉(zhuǎn)動可實現(xiàn)垂直方向的減振；其振動分為垂直振動和水平振動。

水平面縱向減振原理：輪胎的線速度決定了車輛的運動速度，例如轉(zhuǎn)動n圈的輪胎速度為，受到?jīng)_擊后，如果要保持軸心的位置不變，那么轉(zhuǎn)動n圈的輪胎速度為，因，所以有，因而受沖擊后，需沿轉(zhuǎn)動方向加速轉(zhuǎn)動一個角度，提高輪胎線速度才能化解輪胎鋼圈受到?jīng)_擊。

垂直振動，車輪再碾壓到一個突起這時候，車輪受到?jīng)_擊后，如果能保持軸心的位置不變，那么就可以消除垂直方向的振動，為了達到這個目標，就必須瞬間縮短懸架的長度，同時額外增加輪胎外緣的線速度；如果車輪碾壓到一個坑洼的時候，則需要瞬間增加懸架的長度，并施加一個恒力，同時額外減少輪胎外緣的線速度，這個調(diào)整過程中，車輪對路面所施加的壓力始終是一個恒定的力，主動化解了瞬態(tài)沖擊，這樣的主動控制在理想的狀態(tài)下，車輛在坑洼路面行駛的時候，與在優(yōu)質(zhì)平直道路上行駛的感覺是相同的，這就是本發(fā)明所期望達到的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種瞬態(tài)主動式直線電機電磁懸架，采用直線電機電磁懸架來實現(xiàn)恒壓力主動式車輛減震，克服現(xiàn)有電磁懸架系統(tǒng)被動控制能耗高、應(yīng)對非線性震蕩控制程序復雜、可以把路面不平造成的車輛震動控制在一個極低水平，這種新型的直線電機電磁懸架在震動控制理論上具有優(yōu)越性，從原理及理論的角度上來看，可以完全消除震動，具有反應(yīng)速度快、無超調(diào)特性，可避免現(xiàn)有各類懸架存在的諸多缺點。

本發(fā)明技術(shù)方案是：采用輪轂懸架整體式結(jié)構(gòu)，控制及執(zhí)行機構(gòu)均安裝在車輪內(nèi)，輪轂（34）內(nèi)安裝有剎車盤（26）、剎車片（32）以及直線電機電磁懸架（41），直線電機電磁懸架（41）由三個子控制單元組成，可實現(xiàn)瞬態(tài)回能平順性控制，其中第一個子單元是直線電機控制單元，負責懸架離地間隙的控制，采用恒力控制，在運動過程中處于恒力狀態(tài)，為第一級恒力控制；第二個子單元是磁流體阻尼控制單元，直線電機控制單元無法完全實現(xiàn)恒力控制，剩余的壓力波動通過磁流體阻尼控制單元進行消除，實現(xiàn)二級恒力控制；第三個子單元是空氣彈簧控制單元，負責調(diào)整懸架的剛度以及初始懸架離地間隙，進一步消除殘余的壓力波動，抹平剩余震動，實現(xiàn)第三級恒力控制；

四個獨立車輪協(xié)調(diào)工作：每一個車輪是一個獨立的智能主動調(diào)控裝置，四個車輪的控制單元ecu（6）與車載電腦連通，在獨立調(diào)控的同時，可聯(lián)合協(xié)調(diào)工作，當車輛在轉(zhuǎn)彎的時候，每個車輪的加速度、陀螺儀、轉(zhuǎn)速信號傳輸?shù)杰囕d電腦中，用車載電腦的側(cè)傾程序進行分析，直接給出指令，協(xié)調(diào)控制直線電機電磁懸架（41）改變長度，實現(xiàn)車輛自動側(cè)傾功能；當車輛在坑洼路面上，某個車輪被陷入坑凹，根據(jù)重力分布原理，受力傳感器會把四個輪子的受力情況傳輸給車載電腦，車載電腦會根據(jù)重力均分程序進行分析計算，調(diào)整改變直線電機電磁懸架（41）受力狀態(tài)，協(xié)調(diào)控制另外三個沒有陷入坑凹驅(qū)動車輪，使車輛脫困；

直線電機電磁懸架控制系統(tǒng)：由激光測距器（1）、車載電腦、位移傳感器（5），受力傳感器（3-1）、轉(zhuǎn)速傳感器（3-2）、嵌套固定缸體（24）、磁流體缸體（23）、氣液隔離活塞（22）、端頭封堵活塞（33）、磁流體（36）、磁流體阻尼控制裝置（35）、空氣彈簧高壓氣室（37）、高壓空氣端口（11）、活動窗口（25）、直線電機缸體（30）、高壓空氣泵（42）、控制單元ecu（6）、加速度-陀螺儀合傳感器、輪轂電機（27）、直線電機電磁懸架（41）、連接固定板（43）構(gòu)成；

嵌套固定缸體（24）上端內(nèi)嵌套有磁流體缸體（23），該缸體內(nèi)設(shè)有氣液隔離活塞（22）和端頭封堵活塞（33），兩個活塞之間裝有（參見圖8）磁流體（36），氣液隔離活塞（22）下方位置設(shè)有受力液壓管（2），受力液壓管（2）與受力傳感器（3-1）連接，受力傳感器（3-1）上再固定安裝有轉(zhuǎn)速傳感器（3-2），磁流體（36）內(nèi)置入磁流體阻尼控制裝置（35），磁流體阻尼控制裝置（35）固定安裝在推力桿（18）上端，磁流體缸體（23）頂端與氣液隔離活塞（22）之間為空氣彈簧高壓氣室（37），磁流體缸體（23）頂端設(shè)有高壓空氣端口（11），嵌套固定缸體（24）的下端內(nèi)嵌套安裝直線電機缸體（30），直線電機缸體（30）的外側(cè)缸壁與輪轂電機主軸（28）固定連接，嵌套固定缸體（24）的兩側(cè)設(shè)有活動窗口（25），直線電機缸體（30）可以在活動窗口（25）限制范圍內(nèi)上下運動，嵌套固定缸體（24）上設(shè)有嵌套固定缸體環(huán)形護板（31）防止直線電機缸體（30）上下運動發(fā)生偏移，直線電機缸體（30）上端內(nèi)嵌套安裝磁流體缸體（23）；嵌套固定缸體（24）與磁流體缸體（23）具有一體結(jié)構(gòu)，嵌套固定缸體（24）的外側(cè)壁通過連接固定板（43）與車架（38）連接固定，連接固定板（43）上安裝有輪轂電機電源線（39）接線端頭、直線電機電磁懸架電源線（40）接線端頭，信號線（9）接線端頭、控制單元ecu（6），控制單元ecu（6）內(nèi)安裝有加速度&陀螺儀傳感器；u形電磁鐵固定筒（14）的頂端設(shè)有保護膠墊（29）；

在每一個車輪的前端車架上安裝有激光測距器（1）測量車架與地面之間的距離，測距信號傳輸?shù)娇刂茊卧猠cu（6），經(jīng)過信號濾波處理和計算之后，獲得地面凹凸不平與地面瞬態(tài)間距為l，理想平面之間的距離為平均值l，地面凹凸的該變量δh=l─l，另一方面轉(zhuǎn)速傳感器也同時將所測信號傳輸?shù)娇刂茊卧猠cu（6），獲得車輪角速度ω，瞬態(tài)調(diào)速控制法則滿足δω=─δhω，（─δh表示縮短量，即路面存在凸起，+δω相對ω多增加的角速度量；+δh表示伸長量，路面存在凹陷，─δω則是相對ω減少的角速度量）；

當車輪前端激光測距器（1）檢測到路面存在一個凸起，凸突的高度為δh，控制單元ecu（6）輸出─δh控制量后給直線電機，控制直線電機縮短─δh；同時，控制單元ecu（6）輸出δω控制量后給輪轂電機，在原有角速度ω的基礎(chǔ)上再增加一個角速度δω；當車輪前端激光測距器（1）檢測到路面存在一個凹陷，凹陷的深度為δh，控制單元ecu（6）輸出+δh控制量后給直線電機，控制直線電機伸長δh；同時，控制單元ecu（6）輸出─δω控制量后給輪轂電機（27），在原有角速度ω的基礎(chǔ)上減少一個角速度δω；在整個調(diào)節(jié)的過程中，受力傳感器（3-1）用于檢測車輪的轉(zhuǎn)速變化，位移傳感器（5）用于檢測直線電機的長度調(diào)節(jié)量；

車輛在啟動前處于靜止狀態(tài)，磁流體（36）的壓力被受力傳感器（3-1）精確檢測，獲得一個靜態(tài)測量值，這個值就是受力預先測定值，被預先存儲到單片機的存儲器中，在調(diào)節(jié)的過程中，磁流體（36）的壓強與受力預先測定值進行比較，根據(jù)比較值來調(diào)節(jié)磁流體阻尼控制裝置（35）電流的大小，保證直線電機在伸長和縮短時，磁流體（36）內(nèi)的壓強與預先設(shè)定值嚴格相等，實現(xiàn)恒力控制；

車輛在運行的過程中，根據(jù)路面的平整狀況通過高壓空氣泵（42）來調(diào)節(jié)空氣彈簧高壓氣室（37）內(nèi)的壓力，來改變直線電機電磁懸架（41）的長度，同時，由于懸架振動為非線性振動，通過調(diào)節(jié)磁流體阻尼控制裝置（35）電流的大小，不可能完全實現(xiàn)恒力控制，會有剩余震動余波出現(xiàn)，通過空氣彈簧來吸收掉大部分振動與波；

直線電機控制單元：包括受力液壓管（2）、受力傳感器（3-1）、位移傳感器（5）、直線電機電磁導軌（4）、控制單元ecu（6）、控制單元ecu供電線（7）、蓄電池（8）、信號線（9）、u形電磁鐵線圈供電線（20）；受力傳感器（3-1）與受力液壓管（2）相連通，受力傳感器（3-1）和位移傳感器（5）分別通過信號線9與控制單元ecu（6）連接，控制單元ecu（6）通過信號調(diào)制功率放大后與u形電磁鐵線圈供電線（20）相連，蓄電池（8）與控制單元ecu供電線（7）相連；

所述直線電機包括u形電磁鐵（10）、u形電磁鐵固定筒（14）、推力滑塊磁齒（15）、推力滑塊（17）、推力桿（18）、推力滑塊磁齒線圈供電線（21）；直線電機的外壁為u形電磁鐵固定筒（14），該固定筒嵌套安裝在直線電機缸體（30）內(nèi)，u形電磁鐵固定筒（14）內(nèi)設(shè)有u型電磁鐵（10），u型電磁鐵（10）上纏繞u型電磁鐵線圈（20），導軌均分設(shè)有a、b兩類u型電磁鐵線圈，a類線圈分別是奇數(shù)項l1、l3、l5、…l2n+1，b類u型電磁鐵線圈分別是偶數(shù)項l2、l4、l6、…、l2n，兩類線圈根據(jù)位置信號輪流通電后產(chǎn)生u型電磁鐵線圈n極12和u型電磁鐵線圈s極13，共計2×n×2×2個磁極，所有磁極均分導軌，n的取值范圍根據(jù)導軌的長度來確定u型電磁鐵（n取值越密，控制越精密），直線電機電磁導軌4的直徑根據(jù)u型電磁鐵尺寸來確定，u型電磁鐵（10）的尺寸則根據(jù)助力的強度來確定，推力滑塊（17）上裝有多個推力滑塊磁齒（15），推力滑塊（17）的下面設(shè)有推力桿（18），控制單元ecu（6）與推力滑塊磁齒線圈供電線（21）連接；

推力滑塊磁齒（15）的數(shù)量根據(jù)助力的強度來確定，推力滑塊磁齒（15）和u形電磁鐵（10）之間的間隙小于3mm；推力滑塊磁齒（15）的寬度小于u型電磁鐵磁極的間隔，推力滑塊磁齒為電磁鐵，具有組合結(jié)構(gòu)，推力滑塊（17）上設(shè)置m組推力滑塊磁齒（15），每一組磁齒的電磁線圈為同一根繞向相反的兩線圈構(gòu)成，形成一對磁力相反的電磁鐵，推力滑塊（17）上下設(shè)置推力滑塊滑動燕尾槽（16），推力滑塊磁齒線圈供電線（21）置入中心空腔內(nèi)，u形電磁鐵線圈供電線（20）位于電磁鐵線圈供電線線管（19）內(nèi)，電磁鐵線圈供電線線管（19置入u形電磁鐵（10）和直線電機電磁導軌（4）兩側(cè)的間隙中；

包括兩路信號放大電路，u形電磁鐵（10）的a類l2n+1線圈與b類l2n電磁鐵線圈并聯(lián)，構(gòu)成一組完備的u形電磁鐵（10）電磁鐵線圈，該組線圈中的a類l2n+1線圈輸入端與三極管ta2n射極相連通，該組線圈中的b類l2n電磁鐵線圈輸入端與三極管tb2n射極相連通，該組所有線圈的輸出端連通接地，每一組電磁鐵線圈由相鄰m+1個a類u形電磁鐵線圈和相鄰m個b類u形電磁鐵線圈并聯(lián)構(gòu)成，推力滑塊磁齒（15）總計m組磁齒線圈并聯(lián)，其中磁齒線圈為繞向相反的兩線圈串聯(lián)構(gòu)成，電源正負極之間設(shè)置有電容c。

所述控制單元ecu（6）在工作過程中，根據(jù)受力傳感器（3-1）信號和激光測距器（1）進行信號調(diào)制，調(diào)制兩路信號放大電路，分別用于放大受力信號和位置信號，位置信號為n對正反方波電壓信號，相鄰方波電壓相反，幅值相等方波對信號的數(shù)量n決定位移大小，正反方波與反正方波的位移方向相反；位置信號被放大成為方波電壓，相鄰方波電壓相反，幅值相等，利用全對稱互補otl放大電路將正負方波進行分離，正方波電壓控制三極管ta1、ta3、…、ta2n-1的開啟和關(guān)斷，出現(xiàn)正方波打開三極管，否則關(guān)斷，負方波電壓控制三極管tb1、tb3、…、tb2n-1開啟和關(guān)斷，出現(xiàn)負方波打開三極管，否則關(guān)斷；這樣就讓相應(yīng)的電磁線圈處于工作狀態(tài)。

受力傳感器（3-1）給出初始受力信號值，即受力預先測定值存入控制單元ecu（6）內(nèi)的存儲芯片中，受力先測定值信號通過控制單元ecu（6）轉(zhuǎn)換為正弦波電壓信號，并進行放大，電壓幅值的大小對應(yīng)于預先受力的大小，電壓的正負對應(yīng)受力的方向，利用全對稱互補otl放大電路將正負波進行分離，正波電壓通過三極管ta2、ta4、…、ta2n基極控制該三極管射極電流大小，電流的大小正比于正波電壓；負波電壓通過三極管tb2、tb4、…、tb2n基極控制該三極管射極電流大小，電流的大小正比于負波電壓；預先受力值是恒定的，使得直線電機在運動過程中，處于恒力與運動；

采用m組推力滑塊磁齒（15），每一組磁齒的電磁線圈為同一根繞向相反的兩線圈構(gòu)成，形成一對磁力相反的電磁鐵，若是正波電壓，打開三極管ta2、ta4、…、ta2n，a類u型電磁鐵的電磁線圈l1、l3、l5、…、l2n+1與b類u型電磁鐵的電磁線圈l2、l4、l6、…、l2n輪流通電，構(gòu)成電磁鐵，u形電磁鐵一側(cè)均為u形電磁鐵線圈n極（12），另一側(cè)則為u形電磁鐵線圈s極（13），共計有4個a類u形電磁線圈通電，u形電磁鐵之間的推力滑塊磁齒（15）的磁極為ns，對應(yīng)一側(cè)的磁極為n極，該磁齒處于兩n極之間，產(chǎn)生一個推力；對應(yīng)的另一側(cè)為s極，同樣，該磁齒處于兩s極之間，也產(chǎn)生一個推力，三組磁齒形成合力；若是負波電壓通過三極管tb2、tb4、…、tb2n基極控制該三極管射極電流大小，電流方向相反，a類u型電磁鐵的電磁線圈l1、l3、l5、…、l2n+1與b類u型電磁鐵的電磁線圈l2、l4、l6、…、l2n輪流通電，則所有磁極反向，力的方向相反，在對應(yīng)u型電磁鐵的電磁線圈li前反向設(shè)置一對二極管di，保證該電磁線圈在一種電流狀況下工作，磁力的強弱決于磁齒線圈和u形線圈電流的大小，線圈電流又決定于受力傳感器（3-1）所受力的大小，受力傳感器（3-1）所受的力通過受力液壓管（2）直接感受到受力體施加的反作用力。這樣的推力桿（18）助力嚴格正比于人施加在受力傳感器（3-1）上的力，既不會滯后也不會超前，這在原理上就杜絕了超調(diào)的產(chǎn)生。

可采用壓電轉(zhuǎn)換器件構(gòu)成受力傳感器（3-1），將該受力傳感器（3-1）的輸出信號按要求進行整理，即滿足電壓幅值的大小對應(yīng)于受力的大小，電壓的正負對應(yīng)受力方向。利用全對稱互補otl放大電路將正負波進行分離，正波電壓通過三極管ta2、ta4、…、ta2n基極控制該三極管射極電流大小，電流的大小正比于正波電壓；負波電壓通過三極管tb2、tb4、…、tb2n基極控制該三極管射極電流大小，電流的大小正比于負波電壓。

位置信號通過奇數(shù)三極管控制打開和關(guān)閉；受力信號通過偶數(shù)項的三極管來控制電流強弱，如圖4和圖5所示，從圖5中可以看出，產(chǎn)生a類電磁鐵線圈效應(yīng)通過奇數(shù)類ta和tb串接共同管控電磁線圈li，奇數(shù)類三極管和偶數(shù)類三極管之間通過一對二極管di分開，產(chǎn)生b類電磁鐵線圈效應(yīng)通過偶數(shù)類ta和tb串接共同管控電磁線圈li，由于二極管的單向?qū)ㄐ?，使得奇?shù)類ta和tb工作時線圈內(nèi)具有正電流，產(chǎn)生a類電磁鐵效應(yīng)；而偶數(shù)類ta和tb工作時線圈內(nèi)具有反電流，產(chǎn)生b類電磁鐵效應(yīng)。這里ta類三極管負責何時打開和關(guān)閉線圈電流；tb類三極管負責線圈電流大小，兩者協(xié)調(diào)工作實現(xiàn)電磁線圈li的有序控制。

位置信號控制電磁線圈處于可工作狀態(tài)，受力信號控制電磁線圈的電流大小，即決定助力受力的大小，兩者協(xié)調(diào)才能正確工作。

m是推力滑塊（17）上裝有多個推力滑塊磁齒（15）的數(shù)量，m的數(shù)量由助理的大小確定，設(shè)每一推力滑塊磁齒（15）產(chǎn)生的電磁力為fi，需要助力的力量是f=f1+f2+…+fi+…+fm，共計m個推力滑塊磁齒。

m與n的關(guān)系：u形電磁鐵固定筒（14）的長度決定了設(shè)備助力移動的長度l，該長度分布有n組a類及b類磁極，每一類磁極的數(shù)量等于m，即與推力滑塊磁齒（15）的磁極數(shù)量m對應(yīng)相等。每一組a類及b類磁極的組合長度為△l，△l內(nèi)包含m對磁極，那么n=l/△l。l的長度由懸架調(diào)控范圍長度來確定。運動范圍的擴大：在位置傳感器4上移動h，在u形電磁鐵固定筒（14）的移動量就是△l，運動量由控制單元ecu（6）的方波組數(shù)n決定，助力由受力預先值決定。

磁流體阻尼控制單元：包括控制單元ecu（6）、氣液隔離活塞（22），磁流體缸體（23），29-保護膠墊（29），端頭封堵活塞（33），磁流體阻尼控制裝置（35），磁流體（36），受力液壓管（2），受力傳感器（3-1）；

磁流體缸體（23）內(nèi)設(shè)有氣液隔離活塞（22）和端頭封堵活塞（33），兩個活塞之間裝有（參見圖7）磁流體（36），磁流體（36）的壓力通過受力液壓管（2）與傳遞給受力傳感器（3-1），受力信號傳輸至控制單元ecu（6），控制單元ecu（6）的電流控制線連接磁流體阻尼控制裝置（35）。

磁流體阻尼控制原理：和傳統(tǒng)油液減震器一樣，依靠油液在節(jié)流孔的流動實現(xiàn)阻尼效果，只是電磁減震器內(nèi)的油液是一種新型的電磁液，它是由合成碳氫化合物以及3至10微米大小的磁性粒子組成的，稱為磁流變液。一旦懸架受到?jīng)_擊，磁流變液的壓力變化便通過受力液壓管（2）與傳遞給受力傳感器（3-1），控制單元ecu（6）發(fā)出脈沖信號給磁流體阻尼控制裝置（35）的控制線圈，線圈內(nèi)便會產(chǎn)生電壓，從而形成一個磁場，改變其中粒子的排列方式。這些粒子會按垂直于油流的方向排列，從而起到阻礙油在活塞通道內(nèi)流動的效果，如此便能改變減震特性，由于減震器阻尼可隨著電磁強弱無級變化，最高頻率可達1/1000秒，調(diào)節(jié)的范圍也非常寬泛。除了極快的響應(yīng)速度，磁流體阻尼控制的功耗對于整車來說幾乎可以忽略不計，并且整個系統(tǒng)沒有復雜的機械結(jié)構(gòu)，磁流變體形態(tài)變化的可逆性非常高，長期高負荷運動下也不會出現(xiàn)明顯衰竭，具有穩(wěn)定可靠、經(jīng)久耐用的特點，可以實現(xiàn)阻尼精準調(diào)節(jié)，使得推力桿（18）在震動過程中保持恒力運動。

空氣彈簧控制單元：包括控制單元ecu（6）、空氣彈簧高壓氣室（37）、受力傳感器（3-1）、磁流體缸體（23）、信號線（9）、高壓空氣端口（11）、氣液隔離活塞（22）、高壓空氣泵（42）構(gòu)成；磁流體缸體（23）內(nèi)的頂端腔室為空氣彈簧高壓氣室（37），通過氣液隔離活塞（22）將磁流體（36）隔離，高壓空氣泵（42）通過高壓氣管與高壓空氣端口（11）連通，控制單元ecu（6）的信號線（9）及控制線路連接高壓空氣泵（42）。

工作原理：空氣彈簧是以空氣彈簧為彈性元件，利用氣體的可壓縮性實現(xiàn)其彈性作用的壓縮氣體的氣壓能夠隨載荷和道路條件變化，通過氣液隔離活塞（22）傳遞給磁流變液，磁流變液的壓力變化便通過受力液壓管（2）與傳遞給受力傳感器（3-1）后，將壓力信號傳輸給控制單元ecu（6），控制單元ecu（6）發(fā)出控制信號給高壓空氣泵（42），高壓空氣泵（42）通過高壓空氣管調(diào)節(jié)空氣彈簧高壓氣室（37）的壓力值，達到最佳的空氣彈簧壓力值。

其作用是調(diào)整懸架的剛度以及初始懸架離地間隙，進一步消除殘余的壓力波動，抹平剩余震動，實現(xiàn)第三級恒力控制，這樣就實現(xiàn)了進行自動調(diào)節(jié)，不論滿載還是空載，整車高度不會變化，可以大大提高乘坐的舒適性，空氣彈簧懸架因其獨特的性能和適應(yīng)性，正在逐步打入傳統(tǒng)的鋼板和螺旋彈簧領(lǐng)域。

空氣彈簧的運動性能特點是：負載能力可調(diào)；彈性系數(shù)隨負載變化；負載變化肘,固有頻率幾乎不變；固有頻率較低。這些特點決定了空氣懸架具有以下優(yōu)點：(1)乘坐更舒適安全；(2)改善車輛的行駛平順性；(3)延長輪胎和制動片的使用壽命；(4)負載變化時車身高度不變；(5)減少電氣、空調(diào)、排氣系統(tǒng)、車橋、車身和底盤的維修成本；(6)減少對道路的沖擊，保護路面，降低高速公路的維修費用；(7)延長車輛的使用壽命并增加折舊值。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明涉及一種瞬態(tài)主動式直線電機電磁懸架，屬于汽車懸架技術(shù)領(lǐng)域。為主動式懸架，采用輪轂懸架整體結(jié)構(gòu)，控制及執(zhí)行機構(gòu)均安裝在車輪內(nèi)，輪轂內(nèi)安裝直線電機電磁懸架，該懸架由三個子控制單元組成，可實現(xiàn)瞬態(tài)回能平順性控制，其中第一個子單元是直線電機控制單元，負責懸架離地間隙的控制，采用恒力控制，在運動過程中處于恒力狀態(tài)，為第一級恒力控制；第二個子單元是磁流體阻尼控制單元，直線電機控制單元無法完全實現(xiàn)恒力控制，剩余的壓力波動通過磁流體阻尼控制單元進行消除，實現(xiàn)二級恒力控制；采用全新的控制模式，根據(jù)路面狀況瞬態(tài)調(diào)精準整離地間隙和阻尼，主動消除了車輛震動，避免了現(xiàn)有電磁懸架忙于應(yīng)對非線性震蕩的缺點，把震動消滅在萌芽態(tài)，真正實現(xiàn)了主動控制，降低了制造成本，將是未來電動車發(fā)展的必然選擇，極具市場前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為直線電機電磁懸架結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖3為本發(fā)明直線電機電磁導軌截面示意圖；

圖4為本發(fā)明直線電機電磁導軌a-a剖面俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明受力及位置信號放大電路原理圖；

圖6本發(fā)明電磁助力系統(tǒng)電路原理圖；

圖7本發(fā)明控制流程示意圖；

圖8本發(fā)明結(jié)構(gòu)示剖面意圖；

圖9本發(fā)明外觀示意圖；

圖10電動汽車驅(qū)動電機的分類；

圖11變壓變頻控制的異步電機系統(tǒng)框圖；

圖12pmsm直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

圖13直接轉(zhuǎn)矩控制異步電機速度框圖；

圖14感應(yīng)電動機的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)框圖；

圖15感應(yīng)電動機的滑?？刂葡到y(tǒng)框圖；

圖16感應(yīng)電動機的效率優(yōu)化磁場定向控制調(diào)速系統(tǒng)框圖。

圖1-9中各標號為：1-激光測距器，2-受力液壓管，3-1-受力傳感器，3-2-轉(zhuǎn)速傳感器，4-直線電機電磁導軌，5-位移傳感器，6-控制單元ecu，7-控制單元ecu供電線，8-蓄電池，9-信號線，10-u形電磁鐵，11-高壓空氣端口，12-u形電磁鐵線圈n極，13-u形電磁鐵線圈s極，14-u形電磁鐵固定筒，15-推力滑塊磁齒，16-推力滑塊滑動燕尾槽，17-推力滑塊，18-推力桿，19-電磁鐵線圈供電線線管，20-u形電磁鐵線圈供電線，21-推力滑塊磁齒線圈供電線，22-氣液隔離活塞，23-磁流體缸體，24-嵌套固定缸體，25-活動窗口，26-剎車盤，27-輪轂電機，28-輪轂電機主軸，29-保護膠墊，30-直線電機缸體，31-嵌套固定缸體環(huán)形護板，32-剎車片，33-端頭封堵活塞，34-輪轂，35-磁流體阻尼控制裝置，36-磁流體，37-空氣彈簧高壓氣室，38-車架，39-輪轂電機電源線，40-直線電機電磁懸架電源線，41-直線電機電磁懸架，42-高壓空氣泵，43-連接固定板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：本發(fā)明可在每個車輪和車身連接處都有一個車輪位移傳感器，傳感器與控制單元ecu（6）相連，控制單元ecu（6）與磁流體阻尼控制裝置（35）和受力傳感器（3-1）相連。當車輛行駛在崎嶇不平的路面上時，車輪位移傳感器會以最高每秒1000次的頻率探測路面，并實時將信號傳送至車載控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)基于skyhook算法，會實時發(fā)出指令至各個減振器內(nèi)磁流體阻尼控制裝置（35）的電磁線圈，通過改變電流改變磁場，電流越大，磁場越強，阻尼越大。磁流體阻尼控制裝置（35）共有兩組電磁線圈，其作用格外重要，它們產(chǎn)生的可變磁流將穿過磁流變液并使其產(chǎn)生形態(tài)變化。

直線電機電磁懸架（41）每1/1000秒就可以完成一次減震阻尼的變化，而調(diào)節(jié)的依據(jù)則來自遍布周身的偵測系統(tǒng)所采集的參數(shù)，其中既包括路面信息，也包括車速、加速度、方向盤角度等車輛本身的運動信息。通過精確運算，直線電機電磁懸架（41）阻尼設(shè)置可以隨時與路面和車輛運動狀態(tài)相匹配，相當于每1毫秒都有專業(yè)工程師團隊為駕駛者進行一次懸掛調(diào)校。

本發(fā)明所采用的輪轂電機可以是多種形式的電機，目前的電機有交流電機和直流電機，具體分類參見圖10。

交流異步電機的調(diào)速控制方式

1.變頻變壓控制，具體控制參見圖11；

2.矢量控制；

3.直接轉(zhuǎn)矩控制，具體控制可參見圖12。

感應(yīng)電動機的調(diào)速控制方式

1.自適應(yīng)控制方式，參見圖13；

2.滑?？刂品绞?，具體參見圖14；

3.效率優(yōu)化磁場定向控制方式，具體參見圖15。

永磁同步電機調(diào)速控制方式

1.矢量控制，包括id=0控制、最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制和弱磁控制；

2.直接轉(zhuǎn)矩控制，具體參見圖16。

開關(guān)磁阻電機的調(diào)速控制方式

1.角度控制法(apc)；

2.電流斬波控制法（ccc），包括限制電流上下幅值的控制和電流上限和關(guān)斷時間恒定控制；

3.電壓控制法(vc)

4.組合控制，包括高速與低速電流斬波控制和變角度電壓pwm控制組合

在上述所有調(diào)速過程中，原有的轉(zhuǎn)速是由駕駛員油門踏板給出的參考速度，這個速度是駕駛員預期給定的速度，在此基礎(chǔ)上根據(jù)即激光測距器（1）測定路面的坑洼程度，控制單元ecu（6）自動附加輸入一個速度量，這是由路面確定的，與駕駛員操控無關(guān)。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。