一种液压马达式惯性馈能装置及其控制方法

技术领域

本发明属于工程隔振领域，尤其涉及一种液压马达式惯性馈能装置及其控制方法。

背景技术

作为承载车身重力与缓冲路面不平度冲击的总成装置，悬架的优劣对车辆的行驶性能有着重要的影响作用。为突破传统机械隔振系统“质量-弹簧-阻尼器”(Mass-Spring-Damper)性能提升的瓶颈，解决质量块元件的单端点问题，惯容器应运而生。由此形成的新型机械隔振网络“惯容器-弹簧-阻尼器”(Inerter-Spring-Damper)展现出了极大的隔振潜力并已在诸多隔振领域得到证实。

国内外研究中，多种性能优良的ISD网络隔振结构被提出并验证其有效的隔振优势。根据新机电相似性理论，惯容器对应于电网络中的电容元件，目前较为常见的惯容器实现形式有滚珠丝杠式、齿轮齿条式和液压马达式。但是，单纯的机械网络元件较为复杂，难以在工程实践中得到应用。随着汽车电动化和节能化的加速推进，电动化底盘的新技术成为理论研究与工程领域关注的焦点。

发明内容

本发明的目的是：提出一种液压马达式惯性馈能装置，可实现汽车行驶过程中的振动能量回收，同时实现复杂悬架结构的一体化设计，可有效改善悬架系统的隔振性能，实现节能减排的同时，提升新能源汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。

为实现上述发明目的所采用的技术手段实现为：

一种液压马达式惯性馈能装置，包括上吊耳(1)，电机缸筒(2)，液压缸活塞(3)，直线电机定子(4)，绕组(5，下吊耳(6)，液压油(7)，液压马达外壳(8)，液压马达中心体(9)，液压马达叶片(10)，液压油管(11)，直线电机动子磁轭(12)，直线电机动子磁极(13)，动子轴(14)，外壳体(15)，旋转电机壳体(16)，旋转电机下端盖轴承(17)，支架(18)，旋转电机转子轴(19)，旋转电机中心转子(20)，旋转电机定子(21)，旋转电机上端盖轴承(22)；

所述上吊耳(1)、液压缸活塞(3)、动子轴(14)与下吊耳(6)焊接为一体，电机缸筒(2)的内侧壁沿径向呈圆形矩阵固定有直线电机定子(4)，直线电机定子(4)内均布有绕组(5)，直线电机动子磁极(13)与直线电机动子磁轭(12)均固定在动子轴(14)上；电机缸筒(2)与液压油管(11)内布满不可压缩液压油(7)，液压油(7)受液压缸活塞(3)的推力作用经由液压油管(11)、液压马达外壳(8)和液压马达叶片(10)进行往复流动，且严格密封；且液压马达中心体(9)与旋转电机转子轴(19)连接，可同轴转动；

所述外壳体(15)内部设有旋转电机壳体(16)，旋转电机壳体(16)固定在外壳体(15)内壁上，所述旋转电机壳体(16)内部设有旋转电机转子轴(19)，旋转电机转子轴(19)周围设有旋转电机中心转子(20)，且旋转电机中心转子(20)固定在旋转电机转子轴(19)上，旋转电机定子(21)固定在旋转电机壳体(16)上；且旋转电机上端盖轴承(22)和旋转电机下端盖轴承(17)分别与旋转电机转子轴(19)相配合安装于旋转电机壳体(16)的左端与右端；所述外壳体(15)通过支架(18)与电机缸筒(2)焊接为一体，位置相对静止。

进一步，所述动子轴(14)为一个端点，电机缸筒(2)为另一个端点，两个端点之间产生相对直线运动。

进一步，所述电机缸筒(2)上的直线电机定子(4)相对于动子轴(14)做径向相对直线运动，直线电机动子磁极(13)与直线电机动子磁轭(12)相对于直线电机定子(4)做切割磁感线运动，带动直线电机发电，在外端电路产生感应电压。

进一步，所述液压油(7)在往复流动过程中推动液压马达叶片(10)转动形成液压马达式惯容器作用效果。

进一步，所述液压马达中心体(9)通过平键(23)与旋转电机转子轴(19)相配合连接共同旋转，旋转电机中心转子(20)也相较于旋转电机定子(21)做切割磁感线旋转运动，带动旋转电机发电，在外端电路产生感应电压。

本发明的一种液压马达式惯性馈能装置的控制方法，该装置可以工作在三种模式：

1)当直线电机和旋转电机处于馈能状态时，利用上吊耳、下吊耳与电机缸筒之间的相对运动以及液压油在流动过程中推动液压马达叶片转动形成液压马达式惯容器作用效果，此时直线电机和旋转电机均处于发电状态，产生的端电压可以通过外端能量回收电路相连接，对系统的振动能量进行回收，用于其他控制系统的能量输入，相较于传统的单独的旋转电机或直线电机形式，本发明采用的双电机馈能装置具有更高的能量回收效率，此时液压马达式惯性馈能装置工作在“馈能工作模式”；

2)当直线电机和旋转电机处于被动控制状态时，直线电机产生的电磁推力F

式中，s为拉氏复变量，F

旋转电机产生的电磁转矩转换为轴向力F

式中，F

所述一种液压马达式惯性馈能装置产生的电磁阻尼力F的表达式为：

F(s)是一种液压马达式惯性馈能装置产生的电磁阻尼力F的拉氏变换，通过改变直线电机的外端阻抗Z

3)当直线电机和旋转电机处于主动控制状态时，通过直线电机或旋转电机外接电路控制电流，根据设计的控制策略对振动系统进行主动调谐控制，实现对振动系统的主动控制，此时液压马达式惯性馈能装置工作在“主动控制模式”。

本发明的有益实施效果是：本发明利用上下吊耳与电机缸筒之间的相对运动以及液压油在流动过程中推动液压马达叶片转动形成液压马达式惯容器作用效果，可实现“馈能”、“被动控制”和“主动控制”三种不同工作模式。“馈能”模式下可有效地实现系统的振动能量回收，具有更高的能量回收效率；“被动控制”模式下可将复杂的机械网络通过直线电机和旋转电机的外端电网络进行模拟实现，同时实现复杂机电网络的一体化集成设计；“主动控制”模式下可将液压马达式惯性馈能装置作为力发生器对振动系统进行调谐控制。本发明所述的液压马达式惯性馈能装置，可实现复杂的系统阻抗输出，动态性能优越，可有效地节省安装空间并实现振动能量的回收。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是一种液压马达式惯性馈能装置结构示意图。

图2是一种液压马达式惯性馈能装置旋转电机结构示意图。

附图标记说明：

1-上吊耳，2-电机缸筒，3-液压缸活塞，4-直线电机定子，5-绕组，6-下吊耳，7-液压油，8-液压马达外壳，9-液压马达中心体，10-液压马达叶片，11-液压油管，12-直线电机动子磁轭，13-直线电机动子磁极，14-动子轴，15-外壳体，16-旋转电机壳体，17-旋转电机下端盖轴承，18-支架，19-旋转电机转子轴，20-旋转电机中心转子，21-旋转电机定子，22-旋转电机上端盖轴承，23-平键。

具体实施方式

下面结合附图1以及具体实施例对本发明作进一步的说明，需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、2所示，一种液压马达式惯性馈能装置，包括上吊耳1，电机缸筒2，液压缸活塞3，直线电机定子4，绕组5，下吊耳6，液压油7，液压马达外壳8，液压马达中心体9，液压马达叶片10，液压油管11，直线电机动子磁轭12，直线电机动子磁极13，动子轴14，外壳体15，旋转电机壳体16，旋转电机下端盖轴承17，支架18，旋转电机转子轴19，旋转电机中心转子20，旋转电机定子21，旋转电机上端盖轴承22，平键23。

其中，上吊耳1、液压缸活塞3、动子轴14与下吊耳6焊接为一体，电机缸筒2的内侧壁沿径向呈圆形矩阵固定有直线电机定子4，直线电机定子4内均布有绕组5，直线电机动子磁极13与直线电机动子磁轭12均固定在动子轴14上。

所述电机缸筒2与液压油管11内布满不可压缩液压油7，液压油7受液压缸活塞3的推力作用经由液压油管11、液压马达外壳8和液压马达叶片10进行往复流动，且严格密封。

所述液压马达中心体9通过平键23与旋转电机转子轴19连接，可同轴转动。

如图2所示，所述外壳体15内部设有旋转电机壳体16，旋转电机壳体16固定在外壳体15内壁上，所述旋转电机壳体16内部设有旋转电机转子轴19，旋转电机转子轴19周围设有旋转电机中心转子20，且旋转电机中心转子20固定在旋转电机转子轴19上，旋转电机定子21固定在旋转电机壳体16上。

所述旋转电机上端盖轴承22和旋转电机下端盖轴承17分别与旋转电机转子轴19相配合安装于旋转电机壳体16的左端与右端。

所述外壳体15通过支架18与电机缸筒2焊接为一体，位置相对静止。

所述动子轴14可在电机缸筒2内做径向直线往复运动，旋转电机转子轴19与固结的旋转电机中心转子20可在旋转电机壳体16内做旋转运动。

以图1、2所示的一种液压马达式惯性馈能装置为例，所述动子轴14为一个端点，电机缸筒2为另一个端点，其工作过程为：

当两个端点之间产生相对直线运动时，固定在电机缸筒2上的直线电机定子4相对于动子轴14做径向相对直线运动，直线电机动子磁极13与直线电机动子磁轭12相对于直线电机定子4做切割磁感线运动，带动直线电机发电，在外端电路产生感应电压。

电机缸筒2内布满的不可压缩液压油7经过液压缸活塞3的推动作用流经液压油管11、液压马达外壳8和液压马达叶片10进行往复流动，且严格密封，液压油7在流动过程中推动液压马达叶片10转动形成液压马达式惯容器作用效果。

与此同时，液压马达中心体9通过平键23与旋转电机转子轴19相配合连接共同旋转，旋转电机中心转子20也相较于旋转电机定子21做切割磁感线旋转运动，带动旋转电机发电，在外端电路产生感应电压。

通过对直线电机和旋转电机的工作原理简要分析可知：

直线电机产生的电磁推力F

式中，s为拉氏复变量，F

旋转电机产生的电磁转矩转换为轴向力F

式中，F

所述一种液压马达式惯性馈能装置产生的电磁阻尼力F的表达式为：

F(s)是一种液压马达式惯性馈能装置产生的电磁阻尼力F的拉氏变换。

本发明所提出的一种液压马达式惯性馈能装置，具有以下几种工作模式：

(1)当直线电机和旋转电机处于馈能状态时，利用上下吊耳与电机缸筒之间的相对运动以及液压油在流动过程中推动液压马达叶片转动形成液压马达式惯容器作用效果，此时直线电机和旋转电机均处于发电状态，产生的端电压可以通过外端能量回收电路相连接，对系统的振动能量进行回收，用于其他控制系统的能量输入，相较于传统的单独的旋转电机或直线电机形式，本发明采用的双电机馈能装置具有更高的能量回收效率，此时液压马达式惯性馈能装置工作在“馈能工作模式”。

(2)当直线电机和旋转电机处于被动控制状态时，通过改变直线电机的外端阻抗Z

(3)当直线电机和旋转电机处于主动控制状态时，可通过直线电机或旋转电机外接电路控制电流，根据设计的控制策略对振动系统进行主动调谐控制，实现对振动系统的主动控制，此时液压马达式惯性馈能装置工作在“主动控制模式”。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。