CN102322498B - 一种柴油发动机悬置系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种柴油发动机悬置系统，包括发动机悬置，还包括直线电机和控制直线电机电流输出的控制系统，直线电机的动子与发动机悬置连接，直线电机的定子与车架连接。该柴油发动机悬置系统中设置的直线电机，可以利用发动机悬置的振动带动直线电机中的动子运动，定子固定于车架上，可使动子和定子产生相对运动，形成发电机，从而将振动的机械能转化为电能，达到节能减排的目的；此外，发动机正常振动时，直线电机发电运行会给动子一个与其运动方向相反的作用力，并将该力传递至发动机悬置和发动机，则发动机上下方向的振动都会受到与其速度大小相关的阻尼力，从而可以减轻发动机的振动。

Description

一种柴油发动机悬置系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种柴油发动机悬置系统。

背景技术

发动机为整车的重要动力来源，同时也是整车的主要振动源。为了降低发动机振动对整车的影响，提高驾驶的舒适度并减小磨损，通常在发动机和车架之间设置发动机悬置。

通常要求发动机悬置在所有工况下可以承受动、静载荷，并使发动机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，且不与底盘上的其他零部件发生干涉；同时，在发动机出现较大故障之前，避免零部件的损坏。因此，发动机悬置能够在一定程度上隔离由发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递，还可以隔离由路面不平产生的通过发动机悬置而传向发动机的振动，降低振动噪声。基于上述内容，发动机悬置在发动机工作过程中，承受来自发动机或路面传递的振动，其自身必不可少地产生振动。

尤其针对柴油发动机，其振动频率较高，故与其连接的发动机悬置同样具有较高的振动频率，若将发动机悬置的高频振动机械能转化为需要的能量，则可以达到节能减排的效果。

因此，如何设计一种发动机悬置系统，该发动机悬置系统能够合理地利用柴油发动机悬置高频振动的能量，是本领域技术人员需要考虑的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种柴油发动机悬置系统，该发动机悬置系统中设有直线电机，可以将发动机悬置的高频振动机械能转化为需要的电能，实现节能减排。

为达到本发明的目的，本发明提供一种柴油发动机悬置系统，包括发动机悬置，还包括直线电机和控制所述直线电机电流输出的控制系统，所述直线电机的动子与所述发动机悬置连接，所述直线电机的定子与车架连接。

优选地，所述直线电机的动子为永磁；所述直线电机的定子包括铁心，和绕所述铁心设置的线圈。

优选地，所述发动机悬置具有悬置支垫；所述永磁为环形，环形的所述永磁安装于所述悬置支垫的外周；所述铁心为环形，环形的所述铁心置于所述悬置支垫的外周，且所述铁心与所述车架固定。

优选地，所述铁心的内侧设有发电机凸板。

优选地，所述直线电机的输出端与蓄电池连接。

优选地，所述控制系统包括控制器，以及与所述控制器连接的位置传感器、电压电流检测装置；所述位置传感器实时检测所述环形永磁的位移信号，所述电压电流检测装置实时检测所述直线电机输出端的电压和电流。

优选地，还包括与控制器连接的速度检测装置，所述速度检测装置实时检测所述环形永磁的速度信号。

优选地，所述控制器具有存储单元、接收单元、判断单元和信号输出单元；所述存储单元中预存所述发动机低速振动时，所述环形永磁的速度和位移信号的范围；所述接收单元实时接收，所述速度检测装置和所述位置检测装置分别检测的速度和位移信号；所述判断单元判断接收的速度和位移信号是否属于预存的低速振动的速度和位移信号范围内，属于时，所述信号输出单元输出停止所述直线电机发电的信号，并重新接收和判断检测的速度和位移信号，不属于时，所述信号输出单元输出控制所述直线电机发电的信号。

优选地，接收的速度和位移信号属于预存的低速振动的速度和位移信号范围内时，所述控制器经过预设时间之后，重新接收和判断检测的速度和位移信号。

优选地，所述存储单元中还预存所述发动机高速振动时，所述环形永磁的速度和位移信号范围；所述判断单元判断接收的速度和位移信号是否属于预存高速振动的速度和位移范围内，属于时，所述信号输出单元输出增加至所述直线电机的所述线圈中的励磁电流的信号，并重新接收和判断检测的速度和位移信号，不属于时，所述信号输出单元输出控制所述直线电机发电的信号。

优选地，接收的速度和位移信号属于预存的高速振动的速度和位移信号范围内时，所述控制器经过预设时间之后，重新接收和判断检测的速度和位移信号。

该发明提供的柴油发动机悬置系统中设置直线电机，可以利用发动机悬置的振动带动直线电机中的动子运动，定子固定于车架上，从而使动子和定子产生相对运动，切割磁感应线，产生电流，形成发电机，从而将柴油发动机悬置振动的机械能转化为电能，并加以利用，达到节能减排的目的；此外，当发动机正常振动时，直线电机发电运行时会给动子一个与其运动方向相反的作用力，动子将该力传递至发动机悬置和发动机，相当于发动机上下两个方向的振动都会受到一个与其速度大小相关的阻尼力，则直线电机的设置在一定程度上还可以减轻发动机的振动。

在进一步的技术方案中，直线电机的动子为永磁，直线电机的定子包括铁心，和绕铁心设置的线圈，永磁便于与发动机悬置的安装连接，线圈绕于外设铁心的操作也较为简易。则该结构的直线电机便于与发动机悬置以及车架的安装连接。

在进一步的技术方案中，铁心的内侧设有发电机凸板，发电机凸板可以避免环形永磁和环形线圈的接触，使直线电机处于正常的工作状态。发动机悬置振动时，环形永磁同步振动，由于发动机悬置的传递，车架也不可避免地存在振动，因此，实际上，环形铁心也会产生一定的振动，环形线圈和环形永磁接触的可能性也进一步增大，发电机凸板可以使环形线圈和环形铁心始终保持分离的状态。

在进一步的技术方案中，在控制器中预存发动机低速振动时，环形永磁的速度和位移信号范围，当速度检测装置和位置检测装置分别检测的速度和位移信号位于预存的低速振动的速度和位移信号范围内时，控制器输出停止直线电机发电的信号。发动机正常振动时，环形永磁也随之正常振动，发电的控制系统根据正常振速进行设计，进而进行合适的调整，将直线电机输出的电流转为满足正常使用需求的电能，而发动机偶尔处于低速振动状态时，直线电机输出的电流电压输出超出了控制系统的可调范围，若扩大控制系统的可调范围，会导致控制系统过于复杂，且会降低调整精度，因此，控制器控制低速振动时直线电机停止发电，有助于简化直线电机的控制系统，使其始终调整位于一定范围内的输出电压和电流。

在进一步的技术方案中，在控制器中预存发动机高速震动时，环形永磁的速度和位移信号范围，当速度检测装置和位置检测装置分别检测的速度和位移信号位于预存的速度范围内时，控制器增加输出至直线电机的线圈中的励磁电流。即可以加大线圈中的励磁电流，将直线发电机转化为电动机，带动环形永磁作与发动机悬置方向相反的运动，从而给发动机更大的反作用阻尼力以改善其振动情况，达到减振效果。

附图说明

图1为本发明所提供柴油发动机悬置系统一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供柴油发动机悬置系统中控制系统的电路框图；

图3为本发明所提供柴油发动机悬置系统中控制系统的一种控制流程图；

图4为本发明所提供柴油发动机悬置系统中控制系统的另一种控制流程图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种柴油发动机悬置系统，该发动机悬置系统中设有直线电机，可以将发动机悬置的高频振动机械能转化为需要的电能，实现节能减排，还可以起到一定的减振作用。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供柴油发动机悬置系统一种具体实施方式的结构示意图。

该实施方式中的柴油发动机悬置系统，包括发动机悬置1，发动机悬置1连接发动机和车架，发动机悬置1通常具有悬置软垫12，悬置软垫12可以是橡胶垫，能够缓冲发动机的振动，起到一定的减振作用，发动机悬置1上端的悬置支垫11用以连接发动机。该发动机悬置1系统还包括直线电机2，直线电机2的动子与发动机悬置1连接，直线电机2的定子与车体的车架连接。

该实施方式中，直线电机2的动子采用了环形永磁21，环形永磁21绕悬置支垫11外周设置，与悬置支垫11连接；直线电机2的定子采用了环形线圈22和环形铁心23，环形线圈22绕环形铁心23的内侧设置，环形线圈22和环形铁心23与车架固定，如图1所示，环形铁心23设置于整个发动机悬置1的外周，不与发动机悬置1发生干涉，环形铁心23通过支架与车架固定，图1中沿环形铁心23周向设置有三个连接腿3，用以与车架固定。

该结构下的直线电机2可以作为发电机使用，其发电原理如下：当发动机工作开始振动时，发动机悬置1随之振动，因此，设置于发动机悬置1上的环形永磁21产生同方向的振动，相对于车架即产生一定的高频位移，则固定于车架上的环形线圈22与环形永磁21存在相对运动，因此，环形线圈22会作切割环形永磁21磁感线的运动，从而在环形线圈22中产生电流。此种直线电机2的发电功率较大，并可以输出三相电。在该具体实施方式中，永磁21为环形，便于与发动机悬置1的装配，铁心23和线圈22也采用环形，便于与环形永磁21的配合以及实现与车架的牢靠连接，当然，铁心23、线圈22、永磁21也可以是非环形，只要保证永磁运动时，线圈22可以切割磁感应线，产生感应电动势，即可实现本发明的目的，因此，可以根据发动机悬置1的结构变化、便于实际安装和线路连接等因素作出其他的设置方式。

当然，直线电机2的动子也可以采用绕于发动机悬置1上的励磁线圈，定子为永磁，同样可以实现本发明的目的，鉴于实际操作中，在发动机悬置1上绕线存在一定的不便，因此，优选采用上述实施例中的环形永磁21作为动子，线圈22作为定子。

直线电机2的输出端可以与蓄电池50连接，为蓄电池50充电，也可以连接至其他设备，直接为其他设备供电。

此外，环形铁心23的轴向具有向内凸出的发电机凸板4，图1中所示的发电机凸板4沿环形铁心23的周向均布。发电机凸板4可以避免环形永磁21和环形线圈22的接触，使直线电机2处于正常的工作状态。发动机悬置1振动时，环形永磁21同步振动，由于发动机悬置1的传递，车架也不可避免地存在振动，因此，实际上，环形铁心23也会产生一定的振动，环形线圈22和环形永磁21接触的可能性也进一步增大，发电机凸板4可以使环形线圈22和环形铁心23始终保持分离的状态。

该实施方式中，在柴油发动机悬置系统中设置直线电机2，利用发动机悬置1的振动带动直线电机2中的动子运动，定子固定于车架上，从而使动子和定子产生相对运动，切割磁感应线，产生电流，形成发电机，从而将柴油发动机悬置1振动的机械能转化为电能，并加以利用，达到节能减排的目的；此外，当发动机正常振动时，直线电机2发电运行时会给环形永磁21一个与其运动方向相反的作用力，环形永磁21将该力传递至发动机悬置1和发动机，相当于发动机上下两个方向的振动都会受到一个与其速度大小相关的阻尼力，则直线电机2的设置在一定程度上还可以减轻发动机的振动。

请参考图2，图2为本发明所提供柴油发动机悬置系统中控制系统的电路框图。

发动机悬置系统中还设置了直线电机2电流输出的控制系统，控制系统用于调整直线电机2的电流输出。控制系统主要包括控制器10，以及与控制器10连接的位置传感器和电压电流检测装置，位置传感器用以检测环形永磁21的位移信号，电压电流检测装置用以检测直线电机2输出端的电压和电流。如图2所示，在控制器10与直线电机2之间具有位移速度检测电路和电压电流检测电路，控制器10可以采用DSP(数字信号处理器)控制器，是控制系统的核心部分。

控制系统的具体操作步骤如下：首先，控制器10进行系统的初始化；然后，控制器10实时接收电压电流检测电路和位置检测电路检测的三相交流电流、母线直流电流和电压信号以及位移信号，并根据上述各信号值计算出当前环形永磁21的速度信号和电角度，以输出PMW信号控制直线电机2电流的输出，控制器10可以采用位置环、速度环、电流环结构并结合电压环、速度环、电流环结构的控制算法进行控制，当然，为了进一步完善控制系统，还设置功率驱动电路30和保护电路40等，如图2所示。此外，控制器10对检测的各种信号会进行过压过流判断以保护系统，一旦发生过压过流现象将立即停止PWM信号的产生；另外，还设置整流滤波电路70，进一步控制直线电机2至蓄电池50的电流输出。进一步地，还可以直接设置速度检测装置，用以直接检测环形永磁21的速度信号，通过位置速度检测电路20直接将检测速度信号输出至控制器10，参与闭环控制运算。

具体地，电压电流的检测装置可以采用霍尔电压传感器和霍尔电流传感器，二者的检测精度高、功耗低、内部强弱电隔离。此外，在电压检测电路的输出端可以设计信号调理电路以适应控制器10输入端的输入电压范围。电流检测电路包括三相交流电流检测电路和直流母线电流检测电路。直线电机2的线圈22绕组可以采用三相星型连接，满足基尔霍夫电流定理，三相电流矢量之和为零，仅需检测两相即可计算得到第三相电流。位置传感器优选采用线性可变差动变送器(LVDT)，该传感器产生的电子输出与分离式可动铁芯的位移成正比。控制器10对位置信号传感器采集的位置信号进行调理，使之匹配控制器10的输入范围。

请参考图3，图3为本发明所提供柴油发动机悬置系统中控制系统的一种控制流程图。

控制器具有存储单元、信号接收单元、判断单元、信号输出单元，信号接收判断单元与位置检测装置和速度检测装置连接，信号输出单元连接线圈22的电流输出端。则进一步地，可以在控制器10中预存发动机低速振动时，环形永磁21的速度和位移信号范围，在低速振动状态，发动机的振动频率较低，与正常振速范围差距较大。此时，可以停止直线电机2的发电工作，提高直线电机的功率，降低控制的成本。具体操作按照下述步骤进行：

步骤S101)在控制器10的存储单元中预存发动机低速振动时，环形永磁的速度和位移信号的范围；

当然，在控制器10开始工作时，还需进行上电复位，以及一系列的初始化过程；

步骤S102)控制器10的接收单元接收速度检测装置和位置检测装置分别检测的速度和位移信号；

速度检测装置和位置检测装置分别用以检测环形永磁21的速度和位移；

步骤S103)控制器10的判断单元，判断接收的速度和位移信号是否位于预存的低速振动的速度和位移信号范围内，是，则进入步骤S104)；否，则进入步骤S105)；

步骤S104)控制器10输出停止直线电机发电的信号，并返回步骤S102)；

即发动机处于低速振动状态时，控制器10控制停止导体线圈22的闭合，并继续进行检测判断；

步骤S105)控制器10输出控制直线电机发电的信号，并返回步骤102)；

即发动机处于正常振动速度时，控制器10进行正常的电流输出控制。

该实施方式中控制器10在发动机处于低速振动状态时，停止直线电机2的发电工作。发动机正常振动时，环形永磁21也随之正常振动，发电的控制系统根据正常振速进行设计，进而进行合适的调整，将直线电机输出的电流转为满足正常使用需求的电能，而发动机偶尔处于低速振动状态时，直线电机输出的电流电压输出超出了控制系统的可调范围，若扩大控制系统的可调范围，会导致控制系统过于复杂，且会降低调整的精度，因此，控制器10控制低速振动时直线电机2停止发电，有助于简化直线电机2的控制系统，使控制器10始终调整位于一定范围内的输出电压和电流，即便于其调压整流。

进一步的技术方案是，在步骤S104)中，控制器10输出停止直线电机发电的信号，并经过设定的等待时间之后返回步骤S102)。

即设置循环等待程序，当实时检测的速度信号和位移信号处于预存的速度信号和位移信号范围内时，控制器10经过预设的时间之后，控制器10重新进行上述的判断过程，确定进入发电或停止发电程序，即控制器10在控制发电停止后，等待一定的时间，再对检测的信号进行判断。循环等待的时间(即预设时间)可以按照实际需求进行设定。设置循环等待程序可以简化控制器10的控制，在低速振动时，减少判断过程。

请参考图4，图4为本发明所提供柴油发动机悬置系统中控制系统的另一种控制流程图。

进一步地，将信号控制单元与线圈22的电流输入端连接，则与上述低速振动的控制原理类似，控制系统还可以设置，发动机高速振动时的控制程序，具体步骤如下：

在上述步骤S101)中，在控制器10的存储单元中还预存发动机高速振动时，环形永磁的速度和位移信号范围；

步骤S103)和步骤105)之间还具有步骤S106)，控制器10的判断单元，还判断接收的速度和位移信号是否属于预存的发动机高速振动时速度和位移信号范围内，是，则进入步骤S107)；否，则进入步骤S105)；

步骤S107)控制器10的信号输出单元输出增加至所述直线电机的线圈中的励磁电流的信号，并返回步骤S102)；

该步骤即将直线电机2转为发电机，加大线圈22中的励磁电流，带动环形永磁21作与发动机悬置1方向相反的运动，从而给发动机更大的反作用阻尼力以改善其振动情况，达到减振效果；在电动状态下，控制系统同样采用电流环、速度环、位置环控制算法，将三相交流电流按永磁磁通方向分解为直轴和交轴部分，根据永磁速度的大小和方向计算交轴参考值，调节直线电机2输出推力的大小和方向，使直线电机2做正功，从而能够将发动机的一部分动能和蓄电池50储存的电能同时转化为车架的势能和动能；

当检测的速度信号和位移信号不属于预存的发动机处于高速振动情况下的速度信号和位移信号范围内时，控制器10进行通常的电流输出控制。

进一步地技术方案为，在步骤S107)中，控制器10输出增加至直线电机的线圈中的励磁电流的信号，并经过预设时间之后返回步骤S102)，即控制器10在控制发电停止后，等待一定的时间，再对检测的信号进行重新判断，如图4所示。

与上述实施例相同，设置循环等待程序可以简化控制器的控制过程。实际上，应用高速振动的控制方案，也便于控制器10的调压整流。

以上对本发明所提供的一种发动机悬置系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种柴油发动机悬置系统，包括发动机悬置(1)，其特征在于，还包括直线发电机(2)和控制所述直线发电机(2)电流输出的控制系统，所述直线发电机(2)的动子与所述发动机悬置(1)连接，所述直线发电机(2)的定子与车架连接；所述直线发电机(2)的动子为永磁(21)；所述直线发电机(2)的定子包括铁心(23)，和绕所述铁心(23)设置的线圈(22)；所述发动机悬置(1)具有悬置支垫(11)；所述永磁(21)为环形，环形的所述永磁(21)安装于所述悬置支垫(11)的外周；所述铁心(23)为环形，环形的所述铁心(23)置于所述悬置支垫(11)的外周，且所述铁心(23)与所述车架固定；

所述控制系统包括控制器，以及与所述控制器连接的位置传感器、电压电流检测装置；所述位置传感器实时检测所述环形永磁的位移信号，所述电压电流检测装置实时检测所述直线发电机(2)输出端的电压和电流；还包括与所述控制器连接的速度检测装置，所述速度检测装置实时检测所述环形永磁(21)的速度信号；

所述控制器具有存储单元、接收单元、判断单元和信号输出单元；所述存储单元中预存所述发动机低速振动时，所述环形永磁的速度和位移信号的范围；所述接收单元实时接收，所述速度检测装置和所述位置传感器分别检测的速度和位移信号；所述判断单元判断接收的速度和位移信号是否属于预存的低速振动的速度和位移信号范围内，属于时，所述信号输出单元输出停止所述直线发电机发电的信号，并重新接收和判断检测的速度和位移信号，不属于时，所述信号输出单元输出控制所述直线发电机发电的信号。

2.根据权利要求1所述的柴油发动机悬置系统，其特征在于，接收的速度和位移信号属于预存的低速振动的速度和位移信号范围内时，所述控制器经过预设时间之后，重新接收和判断检测的速度和位移信号。

3.根据权利要求2所述的柴油发动机悬置系统，其特征在于，所述存储单元中还预存所述发动机高速振动时，所述环形永磁的速度和位移信号范围；所述判断单元判断接收的速度和位移信号是否属于预存高速振动的速度和位移范围内，属于时，所述信号输出单元输出增加至所述直线发电机的所述线圈中的励磁电流的信号，并重新接收和判断检测的速度和位移信号，不属于时，所述信号输出单元输出控制所述直线发电机发电的信号。

4.根据权利要求3所述的柴油发动机悬置系统，其特征在于，接收的速度和位移信号属于预存的高速振动的速度和位移信号范围内时，所述控制器经过预设时间之后，重新接收和判断检测的速度和位移信号。

5.根据权利要求1所述的柴油发动机悬置系统，其特征在于，所述铁心(23)的内侧设有发电机凸板(4)。

6.根据权利要求5所述的柴油发动机悬置系统，其特征在于，所述直线发电机(1)的输出端与蓄电池连接。

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