CN103470674B - 一种内通道式汽车悬架系统磁流变减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内通道式汽车悬架系统磁流变减振器。包括缸筒，缸筒内从上至下依次设有组合式电磁活塞和浮动活塞，组合式电磁活塞将浮动活塞以上的腔室分割成充满磁流变液的上腔室和下腔室，缸筒的底端设有底盖，底盖分别与充放气阀和下吊环固接，缸筒的上端设有导向座，导向座上端紧扣上端盖，通过上端盖压紧导向座，导向座的下端固接有缓冲块；组合式电磁活塞固接活塞杆，活塞杆穿过导向座和上端盖向外延伸，活塞杆的外端固接有上吊环，上吊环的内侧设有出线槽。本发明结构简单，制造成本低；能准确调节因路面随机激励产生的车振，工作效率高，工作稳定性高；能保证浮动活塞上下运动过程中不易发生卡滞，进行压力补偿时稳定；工作过程中液体不易泄露。

Description

一种内通道式汽车悬架系统磁流变减振器

技术领域

本发明涉及一种悬架振动控制装置，尤其是涉及一种内通道式汽车悬架系统磁流变减振器。

背景技术

磁流变液是一种屈服应力及粘度可随外加磁场变化的智能材料，具有快速、可逆、可控等特点，将其与减振器结合起来，可使减振器连续可控地的调节机械设备的输出，是一种很具前景的新型半主动减振器。由于与磁流变液结合的减振器阻尼可变，且结构简单，鲁棒性好，功率低，响应快，使其广泛应用于航空航天工业、桥梁建筑物等领域，尤其是汽车工业领域。

现有的汽车悬架系统磁流变减振器一般由缸体、活塞杆、电磁活塞、活动活塞以及密封件组成，但存在以下几点问题：

1、磁流变减振器的磁流变液大多数是沿电磁活塞周围轴向通道流动，导致电磁线圈在工作时产生的热量被液体包裹而不能得到及时耗散，从而加剧了温度对磁流变效应及流体粘度的影响；发生磁流变效应的阻尼区域主要发生在缸筒与活塞之间，在减振器往复运动过程中，易引起活塞杆与缸筒不在同一轴线上，从而使发生磁流变效应的间隙宽度处处不等，因而易引起活塞的轴向阻尼力不同而发生卡滞。

2、为了增加发生磁流变效应的有效长度以及磁场利用率而增加其可控阻尼力，普遍采用增加活塞轴向长度、绕组级数等方法，在安装轮廓不变的情况下，大大地缩短了减振器的工作行程并且磁场利用率也不高。

3、若需要对发生磁流变效应的间隙宽度进行调整，则需对减振器活塞结构进行重新设计与加工，从而增长了此类产品不同规格的生产周期，提高了制造成本。

4、对于车辆上拉压阻尼力的不对称问题，大多都是采用阀来进行匹配，而阀的开口是无法准确控制的，因而不能实时准确的控制磁流变减振器。

中国专利201110232851.5公开了一种汽车悬架系统磁流变减振器，包括缸体、活塞杆、电磁活塞和浮动活塞，该减振器通过磁流变液流过设置于电磁活塞上的磁流变液通道所产生的阻尼力来使振动衰减，达到减振效果，使用时，该减振器可通过底座与浮动活塞之间气室体积变化来进行补偿。此磁流变减振器虽提高了减振器的工作稳定性，具有较大的承载能力，但减振器长期工作时，线圈绕组被液体所包围，电磁热量不易耗散而产生的高温，易引起流体粘度不稳定以及磁流变液效应失效问题；同时，此减振器的磁路只在无绕线的活塞轴段正对的阻尼间隙通道产生磁场，并且各段的有效磁场区域有限，不能充分发挥磁流变减振器的库仑阻尼力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种磁场利用率高、可控性好、工作响应快的内通道式汽车悬架系统磁流变减振器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种内通道式汽车悬架系统磁流变减振器，包括缸筒，所述缸筒内从上至下依次设有组合式电磁活塞和浮动活塞，组合式电磁活塞将浮动活塞以上的腔室分割成充满磁流变液的上腔室和下腔室，所述缸筒的底端设有底盖，所述底盖分别与充放气阀和下吊环固接，所述缸筒的上端设有导向座，所述导向座的上端紧扣上端盖，通过上端盖压紧，导向座的下端固接有缓冲块；所述组合式电磁活塞固接活塞杆，所述活塞杆穿过导向座和上端盖向外延伸，所述活塞杆的外端固接有上吊环，所述上吊环的内侧设有出线槽，活塞杆的底端设有相互连通的轴向引流孔和径向引流孔，所述活塞杆内设有与出线槽连通的柱形轴向引线孔，下部设有与柱形轴向引线孔连通的锥形径向引线孔，锥形径向引线孔内设有相适配的锥型橡胶密封圈。

进一步，所述组合式电磁活塞包括绕制有电磁线圈的中间导磁体，所述中间导磁体开有3-6个阻尼孔、中间导磁体的两端分别设有下导磁体和上导磁体，所述上导磁体与活塞杆底端固接，下导磁体上开有中心孔，上导磁体与中间导磁体及下导磁体与中间导磁体之间均设有控制通道间隙宽度的不导磁体垫片，上导磁体、下导磁体及中间导磁体的外侧设有与缸筒沿轴向滑动配合的带径向定位凸台的活塞外套，活塞外套将上导磁体、下导磁体及中间导磁体固定于一体；所述上导磁体上设有电磁线圈出线孔，所述电磁线圈的引线依次经出线孔、锥形径向引线孔内的锥型橡胶密封圈、活塞杆柱形轴向引线孔及上吊环的出线槽引出，引线安装后，将耐高压胶注入到活塞杆柱形轴向引线孔内进行密封；上导磁体的中部设有与活塞杆底端径向引流孔连通的磁流变液通道口；活塞杆底端相互连通的轴向引流孔和径向引流孔、上导磁体上的磁流变液通道口、上导磁体与不导磁体垫片Ⅰ的圆盘间隙通道、中间导磁体的阻尼孔、下导磁体与不导磁体垫片Ⅱ的圆盘间隙通道和下导磁体的中心孔构成连通上腔室和下腔室磁流变液流体通道。

  进一步，所述浮动活塞包括浮动活塞本体，所述活塞本体固接开有4-8个轴向孔的导向片，所述浮动活塞本体的外周固接有液压密封圈和气动密封圈，与缸筒壁密封；浮动活塞本体与底盖之间构成补偿腔，所述补偿腔内的初始气压为1.45Mpa-1.55Mpa。

进一步，所述导向片与活塞本体的固接方式为螺栓连接。

进一步，所述活塞杆与导向座之间、活塞杆与上端盖之间及导向座与缸筒之间均设有O型密封圈。

进一步，所述缓冲块的材料采用弹性橡胶材料制成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）结构简单，制造成本低，能准确调节因路面随机激励产生的车振，上下运动时的阻尼力可通过外部电流来进行调节，无需采用多个阀结构，并且其调节过程是可控的，减振效果好。

（2）工作效率高，在总阻尼力要求不变的情况下，采用组合式电磁活塞结构，活塞的轴向空间缩小，减振器的工作行程增加，且电磁活塞结构发生磁流变效应的区域是沿中间导磁体上下端面的径向区域，发生磁流变效应的面积增大，同时，主要导磁体中间导磁体的直径大，随着线圈电流增加，磁通量增大，磁场利用率高。

（3）工作稳定性高，能提高乘客的舒适性，磁流变液流体通道为内通式流道，磁流变液从中间流入、中间流出，避免了减振器往复运动过程中，由于活塞杆与缸筒不在同一轴线上，导致发生磁流变效应的间隙宽度处处不等而引起的活塞所受阻尼力沿周向边缘不同而发生卡滞的现象；另，线圈绕匝于中间导磁体上，电磁线圈没有被液体所包裹，其工作过程中产生的大部分热量都可以通过活塞外套及筒壁直接排出，避免了由于工作温度过高而对磁流变效应的影响；采用气室补偿结构，通过浮动活塞的运动来补偿由活塞杆伸入、伸出造成的工作腔体积的变化。

（4）能保证浮动活塞上下运动过程中不易发生卡滞，进行压力补偿时稳定，浮动活塞由导向片和浮动活塞主件构成，导向片上均布有6个通气孔。

（5）工作过程中液体不易泄露，活塞杆上的引线孔采用锥形径向与柱形轴向相连通的引线孔，密封时采用中间开孔的锥型橡胶。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为图1所示减震器的组合式电磁活塞的结构示意图；

图3为图2所示组合式电磁活塞的中间导磁体的结构示意图；

 图4为图3所示3中间导磁体的侧视图；

 图5为图1所示减震器的浮动活塞的结构示意图；

  图6为图1所示减震器的端盖处局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例

参照图1，本实施例包括缸筒6，缸筒6内设有组合式电磁活塞和浮动活塞，组合式电磁活塞将浮动活塞以上的腔室分割成充满磁流变液的上腔室和下腔室，缸筒6的底端设有底盖16，底盖16分别与充放气阀17和下吊环15固接，所述缸筒6的上端设有导向座28，导向座28的上端紧扣上端盖5，通过上端盖5压紧导向座28，导向座28的下端固接有缓冲块25；组合式电磁活塞固接活塞杆2，活塞杆2穿过导向座28和上端盖5向外延伸，活塞杆2的外端固接有上吊环1，上吊环1的内侧设有出线槽30，活塞杆2的底端设有相互连通的轴向引流孔24和径向引流孔8，活塞杆2内设有与出线槽30连通的柱形轴向引线孔29，下部设有与柱形轴向引线孔29连通的锥形径向引线孔7，锥形径向引线孔7内设有相适配的锥型橡胶密封圈。通过上吊环1和下吊环15将减振器安装车辆悬架上，汽车运行产生振动时，活塞杆2推动组合式电磁活塞压缩或复原，磁流变液通过磁流变液通道产生阻尼力，使振动衰减，通过外加电流改变组合式电磁活塞内两平行圆盘的间隙磁场强度，可改变磁流变液的粘度等特性，使减振器输出阻尼力大小变化，以改善车辆在不同工况下的平顺性与操作性。

参照图1、图2、图3，图4，组合式电磁活塞包括绕制有电磁线圈22的中间导磁体21，中间导磁体21开有4个阻尼孔33，阻尼孔33为３－６个较好、中间导磁体21的两端分别设有上导磁体9和下导磁体11，上导磁体9与活塞杆2底端固接，下导磁体11上开有中心孔31，上导磁体9与中间导磁体21和下导磁体11与中间导磁体21之间均设有控制通道间隙宽度的不导磁体垫片Ⅰ20-1和不导磁体垫片Ⅱ20-2，上导磁体9、下导磁体11及中间导磁体21的外侧设有与缸筒6沿轴向滑动配合的带径向定位凸台的活塞外套10，活塞外套10将上导磁体9、下导磁体11及中间导磁体21固定于一体，使流体在通道处流动时不会引起中间导磁体21的轴向与径向移动，有利于减振器工作时，发生磁流变效应的间隙工况不发生变化，磁流变减振器工作的稳定性高；上导磁体9上设有电磁线圈出线孔32，所述电磁线圈22的引线依次经出线孔32、锥形径向引线孔7内的锥型橡胶密封圈、活塞杆2柱形轴向引线孔29及上吊环1的出线槽30引出，引线3安装后，将耐高压胶注入到活塞杆柱形轴向引线孔29内进行密封，可以有效防止活塞杆2下压时上工作腔压强增加而引起的泄液；上导磁体9的中部设有与活塞杆2底端径向引流孔8连通的磁流变液通道口23；活塞杆2底端的相互连通的轴向引流孔24和径向引流孔8、上导磁体9上的磁流变液通道口23、上导磁体9与不导磁体垫片Ⅰ20-1的圆盘间隙通道、中间导磁体21的阻尼孔33、下导磁体11与不导磁体垫片Ⅱ20-2的圆盘间隙通道和下导磁体11的中心孔31构成连通上腔室和下腔室磁流变液流体通道。电磁线圈22绕匝于中间导磁体21上，其外部环形区域无流体包裹，形成了一条内通式流道，组合式电磁活塞结构具有良好的散热性能，并且磁流变效应发生在平行圆盘之间，在保持活塞轴向长度不变的情况下，增大了发生磁流变效应的面积，因此，在同样轴向长度下，加大了磁流变减振器的可控阻尼力，提高可控阻尼力大小与活塞轴向长度无关，仅需增加其径向尺寸，且有利于降低活塞的轴向占用空间而增大减振器的工作行程。

参照,1、图5，浮动活塞包括浮动活塞本体12，活塞本体12螺栓19固接有开有6个轴向孔的导向片18，轴向孔一般为4－8个较好，使浮动活塞浮动时更加稳定可靠；浮动活塞本体12的外周固接有液压密封圈13和气动密封圈14，有效避免工作时油气混合，与缸筒6壁密封，浮动活塞本体12与底盖16之间构成补偿腔，通过充放气阀17向补偿腔内充入一定量的气体，使其气压达到1.5Mpa左右，补偿腔内的气压为1.45Mpa-1.55Mpa较好，满足因活塞杆2运动产生的容积变化，提高了减振器工作的稳定性。

参照图1、图6活塞杆2与导向座28设有O型密封圈27；活塞杆2与上端盖5之间设有O型密封圈4；导向座28与缸筒6之间均设有O型密封圈26，以降低活塞杆运动时液体的泄漏。

缓冲块25的材料采用弹性橡胶材料制成，可使减振器外部激励剧烈时，起到缓和活塞冲击的作用，同时，橡胶受压变形使活塞杆2与缓冲块25压力增加，可进一步阻止活塞杆2的滑动，这样起到了双重缓和的作用的。

Claims (8)

1.一种内通道式汽车悬架系统磁流变减振器，包括缸筒(6)，所述缸筒(6)内从上至下依次设有组合式电磁活塞和浮动活塞，组合式电磁活塞将浮动活塞以上的腔室分割成充满磁流变液的上腔室和下腔室，所述缸筒(6)的底端设有底盖(16)，所述底盖(16)分别与充放气阀(17)和下吊环(15)固接，所述缸筒(6)的上端设有导向座(28)，所述导向座(28)上端紧扣上端盖(5)，通过上端盖(5)压紧导向座(28)，导向座(28)的下端固接有缓冲块(25)；所述组合式电磁活塞固接活塞杆(2)，所述活塞杆(2)穿过导向座(28)和上端盖(5)向外延伸，所述活塞杆(2)的外端固接有上吊环(1)，所述上吊环(1)的内侧设有出线槽(30)，活塞杆(2)的底端设有相互连通的轴向引流孔(24)和径向引流孔(8)，所述活塞杆(2)内设有与出线槽(30)连通的柱形轴向引线孔(29)，下部设有与柱形轴向引线孔(29)连通的锥形径向引线孔(7)，锥形径向引线孔(7)内设有相适配的锥型橡胶密封圈，其特征在于，所述组合式电磁活塞包括绕制有电磁线圈(22)的中间导磁体(21)，所述中间导磁体(21)开有3-6个阻尼孔(33)、中间导磁体(21)的两端分别设有上导磁体(9)和下导磁体(11)，所述上导磁体(9)与活塞杆(2)底端固接，下导磁体(11)上开有中心孔(31)，上导磁体(9)与中间导磁体(21)设有控制通道间隙宽度的不导磁体垫片Ⅰ(20-1)，下导磁体(11)与中间导磁体(21)之间设有不导磁体垫片Ⅱ(20-2)，上导磁体(9)、下导磁体(11)及中间导磁体(21)的外侧设有与缸筒(6)沿轴向滑动配合的带径向定位凸台的活塞外套(10)，活塞外套(10)将上导磁体(9)、下导磁体(11)及中间导磁体(21)固定于一体；上导磁体(9)上设有电磁线圈出线孔(32)，所述电磁线圈(22)的引线依次经出线孔(32)、锥形径向引线孔(7)内的锥型橡胶密封件、活塞杆(2)柱形轴向引线孔(29)及上吊环(1)的出线槽(30)引出，引线(3)安装后，将耐高压胶注入到活塞杆柱形轴向引线孔(29)内进行密封；上导磁体(9)的中部设有与活塞杆(2)底端径向引流孔(8)连通的磁流变液通道口(23)；活塞杆(2)底端的相互连通的轴向引流孔(24)和径向引流孔(8)、上导磁体(9)上的磁流变液通道口(23)、上导磁体(9)与不导磁体垫片Ⅰ(20-1)的圆盘间隙通道、中间导磁体(21)的阻尼孔(33)、下导磁体(11)与不导磁体垫片Ⅱ(20-2)的圆盘间隙通道和下导磁体(11)的中心孔(31)构成连通上腔室和下腔室磁流变液流体通道。

2.根据权利要求1所述的内通道式汽车悬架系统磁流变减振器，其特征在于，所述浮动活塞包括浮动活塞本体(12)，所述浮动活塞本体(12)固接有开有4-8个轴向孔的导向片(18)，所述浮动活塞本体(12)的外周固接有液压密封圈(13)和气动密封圈(14)，与缸筒(6)壁密封，所述浮动活塞本体(12)与底盖(16)之间构成补偿腔，补偿腔内的初始气压为1.45Mpa-1.55Mpa。

3.根据权利要求2所述的内通道式汽车悬架系统磁流变减振器，其特征在于，所述导向片(18)与浮动活塞本体(12)的固接方式为螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的内通道式汽车悬架系统磁流变减振器，其特征在于，所述活塞杆与导向座之间、活塞杆与上端盖之间及导向座与缸筒之间均设有O型密封圈。

5.根据权利要求1所述的内通道式汽车悬架系统磁流变减振器，其特征在于，所述缓冲块(25)的材料采用弹性橡胶材料制成。

6.根据权利要求1所述的内通道式汽车悬架系统磁流变减振器，其特征在于，所述中间导磁体(21)开有4个阻尼孔(33)。

7.根据权利要求2所述的内通道式汽车悬架系统磁流变减振器，其特征在于，所述补偿腔内的初始气压为1.5Mpa。

8.根据权利要求2所述的内通道式汽车悬架系统磁流变减振器，其特征在于，所述导向片(18)开有6个轴向孔。