CN101929520A - 一种液电馈能式减振器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液电馈能式减振器，其包括活塞、液压止回桥、蓄能器、液压马达与旋转发电机；该减振器腔体由活塞及活塞推杆(16)分为无杆腔(11)和有杆腔(12)，这两部分腔体各有一个出油口和一个进油口，每个出油口和进油口均设置一个单向阀，所述单向阀和与之连接的管路构成液压止回桥；蓄能器并联在两个出油口与液压马达进油口之间的连接管路上；在液压马达出油口与减振器腔体两个进油口之间的管路上并联有容积变换桥(5)，该容积变换桥由两个单向阀和与之相连的油箱组成。本发明在满足汽车减振器阻尼力要求的同时，可将由地面振动转化为方向不变的旋转运动带动发电机发电，并可通过控制发电机负载实现对减振器阻尼的主动控制。
Description
技术领域
本发明涉及减振器，特别是涉及一种用于车辆悬架系统的液电馈能式减振器，并具有将一部分振动能量回收的功能，还可以作为作动器实现悬架系统的主动或半主动控制。
背景技术
车辆在路面上行驶时，路面的颠簸以及车辆的加减速、转向等操作会导致簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动，减振器以摩擦的形式将这部分机械能转变为热能耗散掉，从而衰减车辆的振动。如果能够将这些能量加以回收利用，则可以降低汽车能耗，从而实现节约能源的目的。本发明正是基于这样一种思想，即用具有能量回收功能的减振器替代传统的减振器，将原本被减振器所耗散的能量回收，实现一条新的汽车节能途径。
现有的通过发电机回收振动能量的馈能式减振器的形式多样，但都存在一定缺陷。
如中国专利ZL00232651.5描述的是将直线电机利用到减振器中，将直线运动机械能直接转换成电能或将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，能抵消道路冲击的同时回收部分能量。其缺点是直线电机较旋转电机的漏磁通大，阻尼力小，不能适用于重型车辆；其功率因素及效率等电气性能较低，能量回收效率一般；直线电机减振器的支撑结构复杂且易失效，结构可靠性一般；直线电机的价格昂贵，支撑结构复杂，制造成本高。
中国专利ZL02203432.3描述的是在传统悬架系统中加了一套曲柄连杆机构，将车轮的上下振动转变成电机的旋转运动。中国专利ZL200620090847.4描述的是用电机和齿轮齿条机构取代减振器，用连杆机构将电动机或发电机固定在簧载质量上，齿条直接连接在非簧载质量上，齿轮与电动机转子或发电机转子相连。齿轮与齿条啮合后，电动机或发电机及齿轮齿条机构整体构成馈能悬架的馈能元件。这两项技术均为汽车产生一个往复振动，该装置只拾取约一半的能量，因为有一半的时间用于装置的部件复位，能量回收效率低；而且上述两项技术的装置体积和质量都比较大，安装时有难度。
中国专利公开号1626370A描述的是采用滚珠丝杠机构，将簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转变成电机转子的转动。电机与滚珠丝杠机构组成馈能元件，将回收的能量输送给充电电路及电池。车辆行驶过程中，馈能减振器随路面不平作伸张和压缩运动，滚珠螺母沿轴向作上下平动，带动滚珠螺杆和电机转子作正反转动，电机根据控制指令工作于电动或制动状态，从而主动缓冲和衰减由路面不平引起的、并由车轮传导至车身的冲击和振动，并回收能量。齿轮齿条式或滚珠丝杆式等用机械装置将直线运动转变为转动的能量回收系统的缺点是：受传动系内部间隙的影响，系统对高频信号的频响函数不为零。如滚珠丝杆式在低频范围内且地面激励幅度大时，其能量回收效率和悬架特性较好；而当系统频率较高时，其悬架特性还不如被动悬架，也无法回收能量，导致系统整体效率较低。
以上将直线运动转变为转动的技术中，电机与传动系统都是固态连接，这导致电机会随着系统振动不断改变旋转方向和反复电机转速由0-＞加速-＞减速-＞电机转速0的循环，产生大量“惯量损失”。这不仅会极大的缩短发电机寿命，也会使得发电机在整个振动过程中只有很少的时间或完全没有时间进行发电，造成整个馈能系统效率低下，以至于不能适用于实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高效的、便于安装、便于维护、能够应用于所有车型汽车或其它机动车的液电馈能式减振器。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括活塞、液压止回桥、蓄能器、液压马达与旋转发电机。减振器腔体由活塞及活塞推杆分为无杆腔和有杆腔，这两部分腔体各有一个出油口和一个进油口，每个出油口和进油口均设置一个单向阀，所述单向阀和与之连接的管路构成液压止回桥。蓄能器并联在两个出油口与液压马达进油口之间的连接管路上。在液压马达出油口与减振器腔体两个进油口之间的管路上并联有容积变换桥，该容积变换桥由两个单向阀和油箱及与它们连接的管路组成。
本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：
其一.能充分利用汽车振动产生的能量用于做功。
采用机-电-液的混合系统，利用液压系统的灵活性使本液电馈能式减振器在将直线运动转变为转动的过程中避免发电机的反转，不产生惯量损失。
其二.能有效地回收振动能量。
能够克服纯机械式馈能式减振器中由于传动元件的配合间隙导致的悬架高频响应特性较差的缺陷，使汽车在任何路面上都能有效地回收振动能量。
其三.能够实现汽车悬架系统的主动控制。
可通过控制发电机负载实现对减振器阻尼的主动控制。与可变刚度的弹簧，如空气弹簧配合，即可实现对汽车悬架系统的主动控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1.活塞；2.液压止回桥；3.蓄能器；4.液压马达；5.容积变换桥；6.旋转发电机；7.第一单向阀；8.第二单向阀；9.第三单向阀；10.第四单向阀；11.无杆腔；12.有杆腔；13.第五单向阀；14.油箱；15.第六单向阀；16.活塞推杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的液电馈能式减振器，其结构如图1所示，包括活塞1、液压止回桥2、蓄能器3、液压马达4、容积变换桥5与旋转发电机6，其中：减振器腔体由活塞1及活塞推杆16分为无杆腔11和有杆腔12，这两部分腔体各有一个出油口和一个进油口，每个出油口和进油口均设置一个单向阀，所述单向阀与与之连接的管路构成液压止回桥2；蓄能器3并联在两个出油口与液压马达4进油口之间的连接管路上；在液压马达4出油口与减振器腔体两个进油口之间的管路上并联有容积变换桥5，该容积变换桥由两个单向阀和油箱14及与它们连接的管路组成；液压马达4通过联轴器与旋转发电机6相连。
所述液压止回桥2由第一单向阀7、第二单向阀8、第三单向阀9、第四单向阀10和与之连接的管路构成，连接管路的布置方式如图1所示。无杆腔11出油口处单向阀(第一单向阀7)和有杆腔12出油口处单向阀(第四单向阀10)，分别通过管路与液压马达4进油口连接；无杆腔11进油口处单向阀(第二单向阀8)和有杆腔12进油口处单向阀(第三单向阀9)，分别通过管路与液压马达4出油口连接。其中，与单向阀连接的管路可由布置在减振器缸体外的外接管路或将减振器缸体设计成内外腔的形式构成。该液压止回桥主要功能是将汽车振动导致减振器活塞的直线运动转变为液压马达4的旋转运动，然后由液压马达4驱动旋转发电机6发电。该液压止回桥的原理是：将减振器拉伸和压缩行程产生的不同流动方向的液压波动整流为流动方向相同的液压波动，使液压流对液压马达4做功连续，从而达到避免旋转发电机6反转的目的。
所述四个单向阀可以选择在液压系统中常用的直通式单向阀，该种形式结构简单、成本低廉、阻抗较小、动态反应灵敏，比较适合本发明所需的条件，其中，第四单向阀10应选择较大开启压力的型号，其开启压力大小的选择取决于标准QC/T 491-1999中活塞缸径及复原阻力等参数设置。例如当减振器缸径50mm时，国标QC/T 491-1999要求活塞速度0.52m/s时复原阻力在4000～7000N范围内，压缩阻力在700～2800N范围内，假设该液电馈能式减振器所用发电机在2500rev/min时能产生约3Nm的扭矩，则第四单向阀10开启压力约为2.5Mpa时能满足国标所要求的阻尼力要求。即该单向阀有增大复原阻力的作用，其目的是保证减振器在汽车上使用时，使得复原阻力远大于压缩阻力，以满足汽车舒适性要求。为尽量减小液压流在单向阀处的能量损失，其它三个单向阀可选用开启压力≤0.02Mpa的直通式单向阀。
蓄能器3可以采取皮囊式或活塞弹簧式，其作用是储存能量，使液压波动尽量平稳。由于地面的不平特性导致汽车在行驶过程中有可能会出现峰值很高的激励，蓄能器将高振幅时地面激励的一部分能量吸收储存起来，然后在地面激励较小时逐渐释放能量，使得发电机运转的更平顺，以提高发电效率。
液压马达4要求体积小，效率高，市场上有多种成熟产品可供选择，在本实施例中采用的是内啮合齿轮马达。
容积变换桥5中的第五单向阀13和第六单向阀15也选用开启压力≤0.02Mpa的直通式单向阀，设置容积变换桥5的目的是：消除本减振器工作中由于活塞推杆所占体积造成的容积变化动态响应问题，使本减振器系统能够正常工作，并保护液压马达4。活塞1位于最大拉伸位置时，油箱14中液体不可装满，该油箱多余的空间体积应大于活塞推杆的等效体积。
旋转发电机6同样要求微型高效，在满足与活塞1筒体积匹配的同时，也需满足作为发电机时的功率要求和作为电机作功时的转矩要求，在本实施例中采用的是稀土永磁发电机。
本减振器通过液压止回桥2将由地面不平引起的簧载质量与非簧载质量的相对直线运动转变成方向不变的液压流驱动液压马达4旋转，由液压马达带动旋转发电机6发电，从而将振动机械能转化为电能予以利用。
本发明减振器所需的阻尼力由旋转发电机6工作时产生的反电动势的作用力提供。
本发明减振器与一般的液体减振器最大的不同在于：液体减振器依靠液体通过小阀口时液体分子之间的相互摩擦挤压产生减振器所需的阻尼力；而本发明减振器则是依靠发电机工作时产生的反电动势作用产生减振器所需的阻尼力，为了能够充分回收振动能量，液体到达液压马达之前所受的阻力越小越好。
本发明减振器的工作过程是：汽车行驶过程中振动时，活塞推杆16带动活塞1做往复运动。活塞1处于压缩行程时，无杆腔11内的液体推开第一单向阀7，经过蓄能器3整流滤波后驱动液压马达4转动，液压马达4带动旋转发电机6发电，旋转发电机6工作时产生的反作用力使液压马达4相对液体产生阻尼作用，液体通过液压马达4后经第六单向阀15进入油箱14，同时由于有杆腔12内产生负压力，分别拉开第三单向阀9和第五单向阀13，液体从油箱14返回有杆腔12内，此时第二单向阀8虽然也受到回流液体压力的影响，但由于活塞压缩行程时其内侧为正压，回流液体为负压，第二单向阀8处于关闭状态；当活塞1处于拉伸行程时，有杆腔内的液体推开第四单向阀10，液体通过液压马达4后经第六单向阀15后进入油箱14，然后经第二单向阀8和第五单向阀13返回无杆腔11。这样，无论活塞是处于压缩还是拉伸行程，经过液压马达4的液流方向都不会发生改变。
本发明提供的上述液电馈能式减振器，其用途是：在汽车或其它机动车行驶时，其在路面的颠簸以及车辆的加减速、转向操作所导致簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动的能量，由所述液电馈能式减振器替代传统的减振器提供阻尼并吸收利用该能量。
Claims (10)
1.一种液电馈能式减振器，包括活塞(1)、液压止回桥(2)、蓄能器(3)、液压马达(4)与旋转发电机(6)，其特征在于减振器腔体由活塞(1)及活塞推杆(16)分为无杆腔(11)和有杆腔(12)，这两部分腔体各有一个出油口和一个进油口，每个出油口和进油口均设置一个单向阀，所述单向阀和与之连接的管路构成液压止回桥(2)；蓄能器(3)并联在两个出油口与液压马达(4)进油口之间的连接管路上；在液压马达(4)出油口与减振器腔体两个进油口之间的管路上并联有容积变换桥(5)，该容积变换桥由两个单向阀和油箱(14)及与它们连接的管路组成。
2.根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于所述的单向阀采用的是直通式单向阀，其中：有杆腔(12)出油口处应设置开启压力较大的单向阀，其开启压力大小取决于标准QC/T 491-1999中包括活塞缸径及复原阻力参数的设置；其它位置使用开启压力≤0.02Mpa的单向阀。
3.根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于所述的无杆腔(11)和有杆腔(12)，其出油口处的单向阀分别通过管路与液压马达(4)进油口连接，其进油口处的单向阀分别通过管路与液压马达(4)出油口连接；所述液压马达(4)采用的是内啮合齿轮马达。
4.根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于所述的油箱(14)，其进油口处与出油口处的单向阀通过管路并联在液压马达(4)出油口与无杆腔(11)和有杆腔(12)进油口单向阀之间的连接管路上。
5.根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于当活塞(1)位于最大拉伸位置时，油箱(14)中液体不可装满，油箱(14)中多余空间的体积应大于活塞推杆(16)的等效体积。
6.根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于所述旋转发电机(6)采用的是稀土永磁无刷发电机。
7.根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于所述蓄能器(3)采用的是气囊式蓄能器。
8.权利要求1至7中任一权利要求所述液电馈能式减振器的用途，其特征是在汽车或其它机动车行驶时，其在路面的颠簸以及车辆的加减速、转向操作所导致簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动的能量，由所述液电馈能式减振器替代传统的减振器提供阻尼并吸收利用该能量。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征是通过液压止回桥(2)将由地面不平引起的簧载质量与非簧载质量的相对直线运动转变成方向不变的液压流驱动液压马达(4)旋转，由液压马达(4)带动旋转发电机(6)发电，从而将振动机械能转化为电能予以利用。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征是所述液电馈能式减振器系统所需的阻尼力由旋转发电机(6)工作时产生的反电动势的作用力提供。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101229 |