CN103185098A - 电磁弹簧减振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼具有弹性元件和阻尼元件的功能并且可调节的电磁弹簧减振器，其包括设置在套筒的上、下两个端部的第一固定电磁铁和第二固定电磁铁，以及分别设置在活塞上相对套筒上、下端部一侧的第一活动电磁铁和第二活动电磁铁，以及设置在活塞上的速度传感器及与之相连的控制器。通过几个电磁铁之间的合理配合，使电磁弹簧产生吸振阻尼，从而以一个电磁弹簧减振器取代了螺旋弹簧和减振器两个悬架元件，克服了现有的车辆悬架结构中悬架刚度不可调节、悬架高度不可调节，不能适应复杂路况对乘坐舒适性和车辆通过性要求的问题，并消除减振器液压油外泄的隐患。

Description

电磁弹簧减振器

技术领域

本发明涉及车辆的悬架机构，特别是一种兼具有弹性元件和阻尼元件的功能并且可调节的电磁弹簧减振器。

背景技术

悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及阻尼元件等组成，轿车通常采用的弹性元件为螺旋弹簧，起到缓冲振动的作用，常用的阻尼元件为减振器，起到衰减振动的目的。

图1示意性地显示了常见的主要由螺旋弹簧和减振器构成的车辆悬架主体结构，其包括：减振器上连接环100、减振器挺杆200、螺旋弹簧300、减振器套筒400、活塞500、弹簧下支座600、减振器下连接环700、弹簧上支座800。其中减振器挺杆200、减振器套筒400、活塞500以及未在图中示出的减振器油、流通阀、伸张阀等零件组成减振器。减振器上连接环100用于连接车身，减振器下连接环700用于连接转向节，螺旋弹簧300上端和下端分别顶在弹簧上支座800和弹簧下支座600上，弹簧上支座800和弹簧下支座600分别固定在减振器上连接环100和减振器下连接环700上。容易理解，螺旋弹簧300一经制造成功，便只有一种刚度，即，螺旋弹簧的刚度是固定的；现有悬架结构中的减振器只起到衰减振动的作用，而且其阻尼也是一定的。

随着汽车工业的发展，人们对汽车悬架的功能提出了新的更高要求，例如：第一，希望悬架刚度可调。当车辆行驶在坏路面时要有良好的减振效果，也就是希望悬架“软”一些，从而达到在颠簸路面上行驶时仍具有良好的乘坐舒适性，不至于造成车辆过度左右摇摆，尤其是有老人或者病人坐在车内时；而在好路面上，则希望悬架“硬”一些，从而实现车辆良好的高速行驶性能或者使得车辆具有良好的运动风格。第二，希望车身高度可调。在某些时候，人们希望通过调整悬架的高度来调整车辆的高度，以便根据路况调整汽车合适的通过性，例如雨天或者道路坑坑洼洼或者车辆越野行驶时，驾驶者希望车身能够升高，从根本上说，就是希望车辆悬架升高，这时，汽车就成为一辆越野车了。第三，车辆过弯时，希望车身侧倾小一些，从而提高车辆过弯时的安全性。

然而，由于现有的车辆悬架所使用的螺旋弹簧一经制造成功，其刚度就是一个定值，这也就意味着悬架的刚度不能根据实际驾驶需要而自行调整。其次，悬架的减振器一般采用双筒液压减振器，其内部有高压的液压油，长久使用时会出现液压油外泄，造成环境污染，而且也会造成减振器失效的不良后果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具有弹性元件和阻尼元件的功能并且可调节的电磁弹簧减振器，以克服现有的车辆悬架结构中悬架刚度不可调节、悬架高度不可调节，不能适应复杂路况对乘坐舒适性和车辆通过性要求的问题，并消除减振器液压油外泄的隐患。

为了实现上述目的，本发明提出了如下技术方案。

一种电磁弹簧减振器，包括：

导向机构，该导向机构包括有上端部、下端部以及能够在该上端部与下端部之间的直线运动的导向元件；

承载构件，其与前述导向机构的导向元件相连接，以将所承载的重量传导到该导向元件；

多个电磁铁，包括设置在前述导向机构的上端部的第一固定电磁铁，设置在前述导向机构的下端部的第二固定电磁铁，以及设置在前述导向机构的导向元件上相对上端部一侧的第一活动电磁铁，和设置在导向元件上相对下端部一侧的第二活动电磁铁；

传感器，设置在前述导向机构的导向元件上，以感测该导向元件的运动参数信号；

控制器，通过线束与前述传感器及多个电磁铁电性连接，以接收传感器感测到的该导向元件的运动参数信号，并依据导向元件的运动参数信号调整和控制前述多个电磁铁的电流，从而调整和控制多个电磁铁之间的磁力大小和方向。

在本发明的一个技术方案中，该导向机构包括具有内腔的套筒，以及能够在该内腔中直线运动的导向活塞。

在本发明的一个技术方案中，该承载构件包括减振器挺杆，该挺杆的一端穿过套筒的上端部进入内腔并与其中的导向活塞相连接。

在本发明的一个技术方案中，传感器包括设置在导向活塞上的活塞速度传感器和活塞位置传感器。

在本发明的一个技术方案中，在电磁弹簧减振器静态时，第一固定电磁铁与第一活动电磁铁的磁极极性相异，二者之间产生吸引力，第二活动电磁铁与第二固定电磁铁的磁极极性相同，二者之间产生排斥力。

在本发明的一个技术方案中，还包括设置在使用者易于操作位置上的悬架功能控制装置，其与控制器通过线束连接，用来根据驾驶需要或者路况情况选择悬架的高度、悬架的刚度。

本发明提供的电磁弹簧减振器利用磁力具有同极相斥、异极相吸以及随距离变化而磁力不同的特性，通过几个电磁铁的合理配合，同时利用电磁铁易于控制的特点，引入悬架控制器，使电磁弹簧产生吸振阻尼，从而以一个电磁弹簧减振器取代了螺旋弹簧和减振器两个悬架元件。与现有技术相比，本发明克服了现有的车辆悬架结构中悬架刚度不可调节、悬架高度不可调节，不能适应复杂路况对乘坐舒适性和车辆通过性要求的问题，并消除了减振器液压油外泄的隐患。

附图说明

图1是现有的主要由螺旋弹簧和减振器构成的悬架主体结构示意图。

图2是本发明的电磁弹簧减振器的结构示意图。

图3是本发明中的悬架功能控制装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图2 所示，依据本发明的技术方案实施的一种电磁弹簧减振器包括上连接环1、减振器挺杆2、具有内腔30的套筒3、第一固定电磁铁4、第一活动电磁铁51和第二活动电磁铁52、活塞速度传感器6、导向活塞7、第二固定电磁铁8、下连接环9、控制器10、活塞位置传感器11等零件。其中，上连接环1用于连接汽车的车身，下连接环9用于连接转向节，减振器挺杆2的上端21连接于上连接环1，减振器挺杆2的下端22则穿过套筒3的上端部31进入套筒3的内腔30而与导向活塞7连接。第一固定电磁铁4被设置于套筒3的内腔30的上端部31，第一、二活动电磁铁51、52、活塞速度传感器6和活塞位置传感器11被设置在导向活塞7上，第二固定电磁铁8被设置在套筒3的内腔30的下端部32，下连接环9被固定在套筒3外部邻接于下端部32处。容易理解，在一个较佳实施方式中，第一活动电磁铁51被设置在导向活塞7上相对于套筒3上端部31的一侧，而第二活动电磁铁52则被设置在导向活塞7上相对于套筒3下端部32的一侧。减振器挺杆2的下端22与导向活塞7、第一、二活动电磁铁51、52、活塞速度传感器6、活塞位置传感器11一起，能够在套筒3的内腔30中滑动。控制器10用于控制各个电磁铁的磁力强度、磁极方向，并接收活塞速度传感器6传来的活塞速度信号和加速度信号，以及活塞位置传感器11传来的活塞位置信号。该控制器10设置于套筒3上，也可以设置在车辆的其它位置。控制器10和各电磁铁4、51、52、8均由整车蓄电池或者其他车载电源供电。为了使图面不过于复杂，图2中未绘出各种连接线束，但本领域的一般技术人员能够理解这些连接线束与各个相关零部件之间的常规连接。

容易理解，在上述实施方式中，套筒3构成了一个导向机构，其包括有上端部31、下端部32，导向活塞7作为一个导向元件，能够在该上端部31与下端部32之间的套筒内腔30中作直线运动；减振器挺杆2构成一个承载构件，其一端连接于车身，另一端连接于导向活塞7，用以将车身的重量传导给导向活塞7。

图3是悬架功能控制装置12的一种示例，悬架功能控制装置12用来根据驾驶需要或者路况情况选择悬架的高度（也就是车身高度）、悬架的刚度，其设置在驾驶员容易操作的位置，与控制器10通过线束连接。在图3所示实施例中，悬架功能控制装置采用按键构造，其包含四个按键：“悬架刚度（高）”、“悬架刚度（低）”、“车身高度（高）”、“车身高度（低）”，分别完成增加悬架刚度、降低悬架刚度、升高车身、降低车身四种功能。容易理解，该悬架功能控制装置12也可以以其他调节方式实现，如旋钮调节等。

本上述实施方式中，第一固定电磁铁4、第一、二活动电磁铁51、52、第二固定电磁铁8被设置在同一条线上，共同组成电磁弹簧。

依据本发明的技术方案实施的电磁弹簧减振器，其工作原理如下所述：

1、缓冲振动和衰减振动：车辆静态时，第一固定电磁铁4与第一活动电磁铁51的磁极极性是相异的，这两个电磁铁之间产生吸引力，第二活动电磁铁52与第二固定电磁铁8的磁极极性是相同的，这两个电磁铁之间产生排斥力，这就使得减振器挺杆2在套筒3中产生向上的力，这一作用力用来承载车身重量，与车身重力达到平衡。当车辆在行驶中，遇到凸起物而使车轮上跳时，套筒3相对导向活塞7上移，第二活动电磁铁52和第二固定电磁铁8的距离变近，产生的排斥磁力变大，从而起到缓冲振动的目的（这与传统悬架中的螺旋弹簧在压缩行程的功能类似）。由于没有了阻尼元件（减振器），导向活塞7可能会在套筒3中上下来回振动，造成振动不能及时衰减。所以此时控制器10根据活塞速度传感器6传来的导向活塞7的运动速度和加速度信号的大小及方向，及时向第一固定电磁铁4、第一、二活动电磁铁51、52、第二固定电磁铁8发出指令，精准调整这些电磁铁之间的磁力的大小和方向，使之快速达到新的平衡，从而快速衰减导向活塞7在套筒3中上下来回运动的振动，起到了衰减振动能量的目的（这与传统悬架中的减振器的功能类似）。类似地，在车轮下跳时，套筒3相对于导向活塞7下移，第一活动电磁铁51和第一固定电磁铁4的距离变近。这时，控制器10调整第一固定电磁铁4的磁力极性的方向，并根据活塞速度传感器6传来的导向活塞7的运动速度和加速度信号的大小及方向，精准调整这些电磁铁之间的磁力的大小和方向（例如此时需要第一活动电磁铁51和第一固定电磁铁4的磁力相斥），使之快速达到新的平衡，从而快速衰减了导向活塞7在套筒3中上下来回运动的振动，起到了衰减振动能量的目的（这与传统悬架中的减振器的功能类似）。这就实现了电磁弹簧减振器的缓冲振动和衰减振动的双重目的，从而用一个元件取代了原来悬架中的螺旋弹簧和减振器两个元件。

2、调整悬架刚度：如果需要改变悬架的刚度时，操作悬架功能控制按键12，如图3所示：选择“悬架刚度（高）”或者“悬架刚度（低）”按键，控制器10就会对这些电磁铁发出指令，调整磁力的大小和方向，达到调整悬架刚度的目的。例如，如果选择“悬架刚度（高）”按键，控制器10会发出控制信号，使第二活动电磁铁52和第二固定电磁铁8之间的相斥力增加，根据需要同时也可以让第一活动电磁铁51和第一固定电磁铁4之间的力变为相斥力，从而增加悬架刚度，车辆的运动风格增加。如果选择“悬架刚度（低）”按键，控制器10会发出控制信号，使第二活动电磁铁52和第二固定电磁铁8之间的相斥力减小，根据需要同时也可以使第一活动电磁铁51和第一固定电磁铁4之间的相吸力增加，从而减小悬架的刚度，车辆的乘坐舒适性增加。注意，增加或减小悬架的刚度并没有升高或者降低悬架的高度（也就是车辆的高度）。

3、调整悬架高度，即车辆高度。如果需要改变悬架高度，即就是改变车身的高度，通过操作悬架功能控制按键12，控制器10接到指令，进而对电磁铁发出指令，调整磁力的大小和方向，达到调整悬架高度的目的。例如，选择“车身高度（高）”按键，则控制器10发出控制信号使第二活动电磁铁52和第二固定电磁铁8之间的排斥力增加，第一活动电磁铁51和第一固定电磁铁4之间的吸力减小，从而使导向活塞7相对套筒3向上移动，悬架升高，从而使得车身向上走，形成新的平衡，达到升高车身的目的。如果选择“车身高度（高）”按键，，则控制器10发出控制信号，使第二活动电磁铁52和第二固定电磁铁8之间的斥力减小，第一活动电磁铁51和第一固定电磁铁4之间的吸力增加，导向活塞7相对套筒向下移动，悬架降低，从而使得车身向下走，形成新的平衡，达到降低车身的目的。注意，此过程并没改变悬架的刚度。

  4、调整左右弹簧刚度，使得车身平衡。如果车辆左、右前悬架或者左、右后悬架受力不均匀，例如车上只有驾驶员一个人时就会发生左前悬架比右前悬架受力大，那么车身就会出现倾斜现象，左低而右高，会影响车辆驾驶，现有的螺旋弹簧和减振器显然不能解决这一问题。而本发明所述的电磁弹簧减振器就能很好地解决这一问题。当这一问题出现时，由于活塞位置传感器11会监控车辆的每个电磁弹簧减振器（对汽车而言，包括左前、右前、左后和右后悬架一共4个）中的导向活塞7的位置，并将信号发给控制器10，控制器10对左前、右前悬架上的电磁弹簧减振器的导向活塞7的位置进行对比，同时也对左后、右后悬架上的电磁弹簧减振器的导向活塞7的位置进行对比，如果位置信号之间出现较大差异，那么控制器10将向相对受力较大的那个电磁弹簧减振器发出指令信号，增加这个电磁弹簧减振器的刚度，使之与另一侧的减振器的姿态和高度保持一致，从而使车身左右高度不一致的问题得以解决。

  5、车辆过弯车身姿态调整。由于电磁弹簧刚度可调，在车辆过弯时，控制器10通过对比左、右悬架上的电磁弹簧减振器活塞位置信号，过弯时，左、右悬架的变形方向不一致，所以电磁弹簧减振器活塞位置也不一样，控制器10根据活塞位置信号差异，发指令调整左右电磁弹簧减振器的刚度，使得车身侧倾不至于过大，增强了车辆过弯时的安全性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、以一个电磁弹簧减振器取代了螺旋弹簧和减振器两个元件，减少了悬架零件数量、重量和体积，有助于汽车轻量化。2、由于没有了液压减振器，减振器潜在的漏油问题也就消失了。3、悬架刚度灵活可调，不同的路况采用不同的悬架刚度与之相适应，真正做到了车辆悬架刚度在坏路面上“软”，在好路面上“硬”的特性，从而达到在颠簸路面上具有良好的乘坐舒适性的目的，不至于车辆过于左右摇摆，尤其是有老人或者病人坐在车内时。而在好路面上，达到车辆良好的高速行驶性能或者使得车辆具有良好的运动风格。4、悬架高度可调，增加车辆的通过性，当遇到雨天或者道路坑坑洼洼或者车辆越野行驶时升高悬架（也就是升高车身），增加车辆的通过性能。5、当左右悬架载荷不一致而导致车辆车身左右高度不一致时，例如车上只有驾驶员一人时，电磁弹簧减振器就能自动地重新调整各自刚度，能够使得车辆姿态保持左右一致。6、由于电磁弹簧刚度可调，在车辆过弯时，通过自动调整悬架刚度，确保车身侧倾不至于过大，增强了车辆过弯的安全性。

本发明不仅可以应用于各类汽车，而且可以应用于各类工程车辆、拖拉机、其他机械等需要弹簧和减振器的场合和领域。

以上依据本发明的技术方案详细描述了具体实施方式。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，上文描述的具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

Claims (6)

1. 一种电磁弹簧减振器，其特征在于，其包括：

导向机构，所述导向机构包括有上端部、下端部以及能够在所述上端部与下端部之间的直线运动的导向元件；

承载构件，其与所述导向机构的导向元件相连接，以将所承载的重量传导到所述导向元件；

多个电磁铁，包括设置在所述导向机构的上端部的第一固定电磁铁，设置在所述导向机构的下端部的第二固定电磁铁，以及设置在所述导向元件上相对所述上端部一侧的第一活动电磁铁，和设置在所述导向元件上相对所述下端部一侧的第二活动电磁铁；

传感器，设置在所述导向机构的导向元件上，以感测所述导向元件的运动参数信号；

控制器，通过线束与所述传感器及所述多个电磁铁电性连接，以接收所述传感器感测到的所述导向元件的运动参数信号，并依据所述导向元件的运动参数信号调整和控制所述多个电磁铁的电流，以调整和控制所述多个电磁铁之间的磁力大小和方向。

2. 根据权利要求1所述的电磁弹簧减振器，其特征在于，所述导向机构包括具有内腔的套筒，以及能够在所述内腔中直线运动的导向活塞。

3. 根据权利要求2所述的电磁弹簧减振器，其特征在于，所述承载构件包括减振器挺杆，所述挺杆的一端穿过所述套筒的上端部进入所述内腔并与其中的导向活塞相连接。

4. 根据权利要求3所述的电磁弹簧减振器，其特征在于，所述传感器包括设置在所述导向活塞上的活塞速度传感器和活塞位置传感器。

5. 根据权利要求1或4所述的电磁弹簧减振器，其特征在于，在电磁弹簧减振器静态时，所述第一固定电磁铁与所述第一活动电磁铁的磁极极性相异，二者之间产生吸引力，所述第二活动电磁铁与所述第二固定电磁铁的磁极极性相同，二者之间产生排斥力。

6. 根据权利要求1或4所述的电磁弹簧减振器，其特征在于，还包括设置在使用者易于操作位置上的悬架功能控制装置，其与所述控制器通过线束连接，用来根据驾驶需要或者路况情况选择悬架的高度、悬架的刚度。

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