CN102661350B - 馈能减振系统 - Google Patents
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Abstract
一种馈能减振系统。它能回收汽车振动的能量，并产生所需的阻尼力，在主动、半主动、被动悬架系统中均可应用。馈能减振系统由减振器、蓄能器(17)、控制阀(14)、液压马达(38)、发电机(12)、单向阀(7)、阻尼力控制机构、油道等组成。阻尼力控制机构通过控制杆(3)与减振器的阻尼器活动壳体(30)相连，用于控制减振器所产生力的大小和方向。该系统具有阻尼力在零至最大值之间连续可变，和能量转换效率高的特点。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种新型的馈能减振系统，属于汽车工程技术领域。
背景技术
随着世界能源的日趋紧张，汽车的节能问题越来越受到重视。汽车受路况、车速等因素的影响悬架所耗散的能量可占发动机输出总能量的10％～40％，采用馈能悬架回收汽车振动能量降低汽车的燃油消耗是目前国内外学者的研究热点。馈能悬架按能量的回收方式有液压式和电磁式两种。液压式馈能悬架的缺点是阻尼力恒定，不随车体振动速度的变化而变化，而电磁式馈能悬架的缺点是在低振动速度时没有阻尼力，这都影响了车辆行驶的平顺性。另外据有关文献分析电磁式能量转换效率较低，只有20％左右。所发明的馈能减振系统克服了以上缺点。
发明内容
为了克服现有的液压式馈能悬架阻尼力恒定，不随车体振动速度的变化而变化，电磁式馈能悬架在低振动速度时没有阻尼力，及电磁式馈能悬架能量转换效率低的缺点，发明了一种馈能减振系统。该系统具有阻尼力在零至最大值之间连续可变，和能量转换效率高的特点。并且无需整流油路即可实现油液的单向流动。该系统既可以做成被动悬架系统也可以做成半主动悬架系统和主动悬架系统使用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用馈能减振系统代替车辆上的液力减振器。馈能减振系统由减振器、蓄能器(17)、控制阀(14)、液压马达(38)、发电机(12)、单向阀(7)、阻尼力控制机构、油道等组成。阻尼力控制机构通过控制杆(3)与减振器的阻尼器活动壳体(30)相连，用于控制减振器所产生力的大小和方向；减振器高压油孔(33)通过高压油管(5)与蓄能器(17)的底部相连；蓄能器(17)的底部有一管路与控制阀(14)相连，蓄能器(17)的中部有带有单向阀的控制油道(9)与控制阀(14)相连；控制阀(14)有一油道与液压马达(38)相连。
减振器包括齿轮齿条式减振器(图2所示)和滚珠丝杠式减振器(如图6所示)两种。齿轮齿条式减振器(如图2、3、4所示)由齿条(18)、齿轮(19)、阻尼器(4)组成。阻尼器(4)由叶片(28)、叶轮(29)、阻尼器活动壳体(30)、阻尼器固定壳体(31)、轴(32)、滑槽板(34)等零件组成。叶轮(29)上有均匀分布的呈放射状的槽，槽的底部有弹簧，弹簧上面插有叶片(28)，叶片(28)的外缘顶在阻尼器活动壳体(30)的内壁上。两滑槽板(34)用螺钉固定在阻尼器固定壳体(31)上，阻尼器活动壳体(30)在两滑槽板(34)和阻尼器固定壳体(31)组成的槽内左右滑动(图2、3所示)，来改变叶轮(29)与阻尼器活动壳体(30)内腔的偏心距。在阻尼器固定壳体(31)的上部有高压油孔(33)与阻尼器活动壳体(30)内腔的上部相通，下部有低压油孔(8)与阻尼器活动壳体(30)内腔的下部相通，高压油孔(33)通过高压油管(5)与蓄能器(17)相连，低压油孔(8)通过低压油管(20)与油箱(13)相连。齿条(18)与齿轮(19)啮合，将车体与车桥的相对振动转变为齿轮(19)的转动。齿轮(19)通过轴(32)与叶轮(29)相连。齿条(18)的下端与车桥相连，阻尼器固定壳体(31)与车体相连。是齿轮齿条减振器的工作过程：齿条(18)与齿轮(19)啮合将车体与车桥的相对振动转变为齿轮(19)的转动，齿轮(19)通过轴(32)带动叶轮(29)旋转。控制杆(3)带动阻尼器活动壳体(30)(如图2、3所示)左右移动，以改变叶轮(29)阻尼器活动壳体(30)内腔的偏心距。如图2所示，当叶轮(29)在阻尼器活动壳体(30)内腔的中间时不论齿条(18)怎样运动，既不会有阻尼力也不会有油液的流动；当叶轮(29)偏向阻尼器活动壳体(30)内腔的右侧时，则会在齿条(18)上产生向上的力，如果这时齿条向上运动则油液从高压油孔(33)流入阻尼器(4)从低压油孔(8)流出，释放液压能，如果这时齿条向下运动则油液从低压油孔(8)流入阻尼器(4)从高压油孔(33)流出，储存液压能；当叶轮(29)偏向阻尼器活动壳体(30)内腔的左侧时，则会在齿条(18)上产生向下的力，如果这时齿条向上运动则油液从低压油孔(8)流入阻尼器(4)从高压油孔(33)流出，储存液压能，如果这时齿条向下运动则油液从高压油孔(33)流入阻尼器(4)从低压油孔(8)流出，释放液压能。
如图6所示，滚珠丝杠式减振器与齿轮齿条式减振器的结构原理基本相同，只是由减振器筒(35)、螺母(36)和丝杠(37)代替了齿条(18)和齿轮(19)。丝杠(37)与轴(32)相固连，减振器筒(35)与螺母(36)固定在一起，减振器筒(35)的下端与车桥相连，丝杠(37)与螺母(36)相配合，当车体上下振动时丝杠(37)在螺母(36)的作用下转动，并通过轴(32)带动叶轮(29)转动。
阻尼力控制机构的作用是通过控制杆(3)带动阻尼器活动壳体(30)移动，以产生不同方向和大小的力。被动悬架采用副减振器(25)和控制缸(23)组成的阻尼力控制机构，主动或半主动悬架可以采用电机或液压马达。如图1所示，副减振器(25)为双出杆结构，由副减振器活塞(26)、副减振器活塞杆(27)和外壳组成，副减振器活塞(26)装在外壳内与副减振器活塞杆(27)固定连接，副减振器活塞(26)上有小孔，副减振器活塞杆(27)与外壳用密封件密封，副减振器(25)的上腔通过上控制油管(1)与控制缸(23)的右腔相连，下腔通过下控制油管(24)与控制缸(23)的左腔相连。控制缸(23)由左回位弹簧(2)、右回位弹簧(21)、控制缸活塞(22)、控制杆(3)、控制缸体组成。控制缸活塞(22)在控制缸体内，并与控制杆(3)固定连接，控制杆(3)与控制缸体用密封件密封。工作时，副减振器活塞杆(27)的上端与车体相连，副减振器(25)的外壳与车桥相连，如果车体不振动则副减振器(25)上下腔的油液压力相等，控制缸(23)的左右腔压力也相等，控制缸活塞(22)在左回位弹簧(2)和右回位弹簧(21)的作用下处于中间位置，因此叶轮(29)在阻尼器活动壳体(30)内腔的中间。如果车体相对于车桥向上运动，则副减振器活塞(26)向上运动，副减振器(25)的上腔的油压升高下腔的油压降低，油液由上腔通过副减振器活塞(26)上的小孔流向下腔，小孔对油液产生阻尼力，这一阻尼力的大小与油液的流速正相关，因此副减振器(25)上下腔的油液的压力差与车体相对于车桥向上运动的速度程正相关。上下腔的压力差由上控制油管(1)和下控制油管(24)传到控制缸(23)的右左腔，克服左回位弹簧(2)和右回位弹簧(21)的弹力推动控制缸活塞(22)向左移动，控制缸活塞(22)通过控制杆(3)带动阻尼器活动壳体(30)向左移动，从而使叶轮(29)相对于阻尼器活动壳体(30)内腔产生向右的偏心距，(以齿轮齿条式减振器为例)由于车体向上运动，因此齿条(18)向下运动，叶轮(29)和叶片(28)顺时针转动，油液从低压油孔(8)流入阻尼器(4)从高压油孔(33)流出，油液的压力由储能器(17)的储能弹簧(6)的预紧力决定(近似于恒定)，这样在齿条上(18)上产生了向上的阻尼力，阻碍了车体的向上运动。由以上分析可知齿条上(18)上的阻尼力大小与车体相对于车桥的运动速度程正相关。当车体相对于车桥向下运动时，除油液的流向与上述情况相同外其他均相反。可见在被动悬架中油液的流向相同，总是处于储能的状态。
主动或半主动悬架可以采用电机或液压马达，由电脑控制根据需要调整阻尼器活动壳体(30)的位置，从而产生所需的力量。
如图1所示，蓄能器(17)为一密闭圆柱形容器，内有储能弹簧(6)和储能器活塞(16)，储能弹簧(6)在储能器活塞(16)的上面，储能器活塞(16)与圆柱形容器之间有密封圈密封。控制阀(14)由阀体、工字型控制阀芯(11)、控制阀弹簧(15)等零件构成。控制阀芯(11)的上表面与阀体之间是控制腔，控制阀芯(11)的下面是控制阀弹簧(15)。控制阀(14)的出口有一带有节流阀的保持油道(10)与控制腔相连，控制腔还与控制油道(9)相连。当车体振动时，油液被减振器加压通过高压油管(5)送到蓄能器(17)内，油液克服储能弹簧(6)的弹力推动储能器活塞(16)向上运行，当控制油道(9)的开口从储能器活塞(16)的下方露出时，油液通过控制油道(9)、单向阀(7)进入控制阀芯(11)的上方，推动控制阀芯(11)克服控制阀弹簧(15)的弹力向下运动，控制阀(14)打开，油液由蓄能器(17)经控制阀(14)流向液压马达(38)，带动发电机(12)发电，控制阀(14)打开后油液从控制阀(14)的出口经保持油道(10)和节流阀进入控制阀芯(11)的上方使控制阀(14)继续打开，当蓄能器(17)内的油液流完后，控制阀(14)出口处的油压降为零，控制阀芯(11)上方的油压也降为零，控制阀弹簧(15)推动控制阀芯(11)上移，控制阀(14)关闭，然后进入下一个工作循环。
本发明的有益效果是，可以充分回收汽车振动的能量，减振器上产生的作用力在零至最大值之间可以连续变化，馈能减振系统可以做成被动悬架系统也可以做成半主动悬架系统和主动悬架系统使用。
附图说明
图1是齿轮齿条减振系统的原理图
图2是齿轮齿条减振器
图3是齿轮齿条减振器的俯视图
图4是齿轮齿条减振器的左视图
图5是滚珠丝杠式减振系统的原理图
图6是滚珠丝杠减振器
图中：1.上控制油管，2.左回位弹簧，3.控制杆，4.阻尼器，5.高压油管，6.储能弹簧，7.单向阀，8.低压油孔，9.控制油道，10.保持油道，11.控制阀芯，12.发电机，13.油箱，14.控制阀，15.控制阀弹簧，16.储能器活塞，17.蓄能器，18.齿条，19.齿轮，20.低压油管，21.右回位弹簧，22.控制缸活塞，23.控制缸，24.下控制油管，25.副减振器，26.副减振器活塞，27.副减振器活塞杆，28.叶片，29叶轮，30.阻尼器活动壳体，31.阻尼器固定壳体，32.轴，33.高压油孔，34.滑槽板，35.减振器筒，36.螺母，37.丝杠，38.液压马达
具体实施方式
实施例1：被动悬架齿轮齿条馈能减振系统
如图1所示，该系统由副减振器(25)和控制缸(23)组成的阻尼力控制机构，齿轮齿条减振器、蓄能器(17)、控制阀(14)、液压马达(38)、发电机(12)、单向阀(7)、油道等组成。
实施例2：被动悬架滚珠丝杠馈能减振系统
如图4所示，该系统由副减振器(25)和控制缸(23)组成的阻尼力控制机构，滚珠丝杠减振器、蓄能器(17)、控制阀(14)、液压马达(38)、发电机(12)、单向阀(7)、油道等组成。
实施例3：主动或半主动悬架滚珠丝杠馈能减振系统
与被动悬架滚珠丝杠馈能减振系统的结构基本相同，所不同的是有电脑控制的电机或液压马达构成阻尼力控制机构。
实施例4：主动或半主动悬架齿轮齿条馈能减振系统
与被动悬架齿轮齿条馈能减振系统的结构基本相同，所不同的是由电脑控制的电机或液压马达构成阻尼力控制机构。
Claims (7)
1.一种馈能减振系统，由阻尼力控制机构、减振器、蓄能器(17)、控制阀(14)、液压马达(38)、发电机(12)油道组成，其特征是：阻尼力控制机构通过控制杆(3)与减振器的阻尼器活动壳体(30)相连，阻尼器(4)包含有叶片(28)、叶轮(29)、阻尼器活动壳体(30)、阻尼器固定壳体(31)、轴(32)、滑槽板(34)零件；叶轮(29)上有均匀分布的呈放射状的槽，槽的底部有弹簧，弹簧上面插有叶片(28)，叶片(28)的外缘顶在阻尼器活动壳体(30)的内壁上；两滑槽板(34)用螺钉固定在阻尼器固定壳体(31)上，阻尼器活动壳体(30)在两滑槽板(34)和阻尼器固定壳体(31)组成的槽内左右滑动，来改变叶轮(29)与阻尼器活动壳体(30)内腔的偏心距，用于控制减振器所产生力的大小和方向；减振器高压油孔(33)通过高压油管(5)与蓄能器(17)的底部相连；蓄能器(17)的底部有一管路与控制阀(14)相连，蓄能器(17)的中部有带有单向阀的控制油道(9)与控制阀(14)相连；控制阀(14)有一油道与液压马达(38)相连。
2.根据权利要求1所述的馈能减振系统，其特征是：阻尼力控制机构在被动悬架中由副减振器(25)和控制缸(23)组成；副减振器(25)为双出杆结构，由副减振器活塞(26)、副减振器活塞杆(27)和外壳组成，副减振器活塞(26)装在外壳内与副减振器活塞杆(27)固定连接，副减振器活塞(26)上有小孔，副减振器活塞杆(27)与外壳用密封件密封，副减振器(25)的上腔通过上控制油管(1)与控制缸(23)的右腔相连，下腔通过下控制油管(24)与控制缸(23)的左腔相连；控制缸(23)由左回位弹簧(2)、右回位弹簧(21)、控制缸活塞(22)、控制杆(3)、控制缸体组成；控制缸活塞(22)在控制缸体内，并与控制杆(3)固定连接，控制杆(3)与控制缸体用密封件密封。
3.根据权利要求1所述的馈能减振系统，其特征是：阻尼力控制机构在主动或半主动悬架中采用电机或液压马达通过控制杆(3)带动阻尼器活动壳体(30)移动。
4.根据权利要求1所述的馈能减振系统，其特征是：减振器选自齿轮齿条式减振器或滚珠丝杠式减振器两种之一；齿轮齿条式减振器由齿条(18)、齿轮(19)、阻尼器(4)组成；齿条(18)与齿轮(19)啮合，齿轮(19)通过轴(32)与叶轮(29)相连；滚珠丝杠式减振器由减振器筒(35)、螺母(36)、丝杠(37)和阻尼器(4)组成；丝杠(37)与轴(32)相固连，减振器筒(35)与螺母(36)固定在一起，减振器筒(35)的下端与车桥相连，丝杠(37)与螺母(36)相配合。
5.根据权利要求1所述的馈能减振系统，其特征是：在阻尼器固定壳体(31)的上部有高压油孔(33)与阻尼器活动壳体(30)内腔的上部相通，下部有低压油孔(8)与阻尼器活动壳体(30)内腔的下部相通，高压油孔(33)通过高压油管(5)与蓄能器(17)相连，低压油孔(8)通过低压油管(20)与油箱(13)相连。
6.根据权利要求1所述的馈能减振系统，其特征是：蓄能器(17)为一密闭圆柱形容器，内有储能弹簧(6)和储能器活塞(16)，储能弹簧(6)在储能器活塞(16)的上面，储能器活塞(16)与圆柱形容器之间有密封圈密封。
7.根据权利要求1所述的馈能减振系统，其特征是：控制阀(14)的控制阀芯(11)上表面与阀体之间是控制腔，控制阀芯(11)的下面是控制阀弹簧(15)；控制阀(14)的出口有一带有节流阀的保持油道(10)与控制腔相连，控制腔还与控制油道(9)相连。
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Non-Patent Citations (1)
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