CN103625234B - 一种可馈能的主动控制型减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可馈能的主动控制型减振器，包括减振器、对油路流动方向进行整流的单向阀、变量式液压马达、与液压马达通过联轴器连接的发电机、整流调压电路、蓄电池、监测减振器运动状态的传感器组、信号处理器、调节液压马达排量以改变减振器阻尼的伺服系统，安装于减振器两端的加速度传感器感知路面信息，信号处理器对路面信息进行判断并通过控制信号控制和液压马达的变量机构连接的伺服系统运动，改变液压马达的排量而改变了发电机的反力矩，最终改变了减振器的阻尼力，从而实现了车辆悬架主动控制的效果。本发明结构简单、可靠性非常高，制造成本低，容易兼容安装到现有车辆中，主动控制和能量回收系统紧密结合，控制方法简单，容易实现。

Description

一种可馈能的主动控制型减振器

技术领域

本发明涉及汽车工程领域，具体涉及一种可馈能的主动控制型减振器。

背景技术

悬架系统作为汽车的重要组成部分，起到连接并传递车轮与车身相互作用力的作用。传统悬架系统通过内置的减振器，将车辆垂直方向的振动能量转化为热能，并耗散到空气中去，从而起到改善车辆平顺性的作用。传统的减振器是耗能部件，直接将悬架的振动能量从系统中移除，从而降低车辆的振动，以提高车辆的舒适性，但是这些振动能量就白白浪费了。根据减振方式的不同,汽车悬架大致可分为2类:被动悬架和主动悬架。传统的被动悬架一般由具有固定参数的弹性元件和阻尼元件组成,通常被设计为适应某一种特定路面,而在其他路面时工作性能下降，对路面的适应性不佳。主动悬架是用可调刚度弹簧或可调阻尼的减振器组成悬架,并根据簧载质量的加速度响应等反馈信号,按照一定的控制规律调节弹簧刚度或减振器的阻尼，获得较好的路面适应性和平顺性。尽管现有的主动悬架可以控制悬架的性能提高车辆的平顺性，但由于主动悬架结构相当复杂、价格昂贵，限制了它的运用。此外，主动悬架由于需要控制及驱动悬架中的减振器改变性能而需要外部提供电能。由此可见，作为车辆关键部件的减振器，一方面直接将车辆的振动能量以热量的形式耗散，另一方面主动控制减振器的减振性能确需要外部提供能量以驱动减振器性能；这两方面都是消耗了宝贵的能源，因此，应该开发一种技术，不但可以将悬架系统的振动能量回收并转换为电能加以利用，从而降低车辆的能耗，减少废气排放，还可以通过能量回收的过程主动控制减振器的性能以提高车辆行驶的平顺性，这明显有利于环境的保护，也有明显的经济效益，可以起到良好的社会和经济效益。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种可馈能的主动控制型减振器及其控制方法，该装置结构简单、可靠性非常高，制造成本低，容易兼容安装到现有车辆中，主动控制和能量回收系统紧密结合，控制方法简单，容易实现。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种可馈能的主动控制型减振器，包括捕获减振器的振动能量并把振动能转换为液压油压力能的减振器，所述减振器的筒体底端分别设置有液压油吸入口及液压油排出口，还包括：

变量式液压马达，所述变量式液压马达的液压油输入口通过第一输入管路与所述筒体的液压油排出口相连接，且所述第一输入管路上还串接有使液压油单向流向所述变量式液压马达的液压油输入口的第四单向阀，所述变量式液压马达的液压油输出口通过第一输出管路与储油箱相连接，且所述第一输出管路上还串接有使液压油单向流向所述储油箱的第二单向阀，

所述储油箱还通过第二输入管路连接在所述第四单向阀与所述变量式液压马达之间的第一输入管路上，所述的第二输入管路上还串接有使液压油单向流向所述第一输入管路的第三单向阀，

所述液压油吸入口通过第二输出管路连接在所述第二单向阀8与所述变量式液压马达之间的第一输出管路上，所述第二输出管路上还串接有使液压油单向流向液压油吸入口的第一单向阀，

所述变量式液压马达的输出轴通过联轴器与发电机相连接，所述发电机的输出端经整流调压电路与蓄电池电路连接；

第一加速度传感器和第二加速度传感器，分别设置在减振器上端及下端，用于根据获取制动器运动状态获取路面信息的第一加速度传感器和第二加速度传感器；

信号处理器，其输入端与第一加速度传感器和第二加速度传感器5电路连接，用于根据第一加速度传感器和第二加速度传感器获取的路面信息向伺服系统发出控制信号；

所述伺服系统与信号处理器电路连接，用于接收信号处理器发出的控制信号，其输出端与变量式液压马达的配流盘活动铰接。

进一步地，所述减振器的活塞杆顶端设置有与车辆悬挂系统相连接的上铰接环，所述减振器的筒体下端设置有与车轮相连接的下铰接环，所述第一加速度传感器设置在上铰接环上，所述第二加速度传感器设置在下铰接环上。

本发明包括对油路流动方向进行整流的各个单向阀、把减振器内的液压油流动变换为机械旋转运动的变量式液压马达、与液压马达通过联轴器连接的发电机、整流调压电路、蓄电池、监测减振器运动的加速度传感器、信号处理器、调节变量式液压马达排量以改变减振器阻尼的伺服系统等。

当减振器的活塞杆在外力作用下向下运动时，把减振器筒体内的液压油从液压油排出口泵出，高压液压油流经第四单向阀，驱动排量可调的变量式液压马达产生机械旋转运动，而变量式液压马达通过联轴器带动发电机转动产生电能，发电机产生的电能经过整流调压电路后储存在蓄电池中，从变量式液压马达流出的低压液压油又从第二单向阀流入储油箱；

当减振器的活塞杆向上运动时，由于减振器筒体内部形成暂时真空，而储油箱保持着一定的压力，液压油从储油箱流出，经过第三单向阀，驱动变量式液压马达转动，经过变量式液压马达后的液压油减低了压力，使得压力小于储油箱中的压力，因而无法流过第二单向阀，最后经过第一单向阀，从筒体的液压油吸入口流回减振器中。安装于减振器两端的加速度传感器感知路面信息，信号处理器对路面信息进行判断并通过控制信号控制和变量式液压马达的变量机构连接的伺服系统运动，改变配流盘的倾斜角度，即改变变量式液压马达的排量，从而改变了发电机的反力矩，最终改变了减振器的阻尼力，达到主动控制的效果。

所述发电机转动时会产生很大的反力矩，反力矩通过变量式液压马达和油路传递到减振器，最终作用在活塞杆上，从而形成减振器的阻尼力。车辆行驶时，各个加速度传感器获取路面信息，然后将路面信息的信号送入信号处理器，处理器根据路面信息判断路面的实际状况，控制与变量式液压马达的变量机构连接的伺服系统的运动，从而改变液压马达的排量，在油路中相同的流量下，液压马达排量的改变使其输出转速也发生改变，从而使发电机的反力矩发生变化，最终导致减振器的阻尼力变化，阻尼力的变化是受信号处理器根据各个加速度传感器获取的路面信息主动地控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采集路面情况信息主动控制驱动发电机的变量式液压马达的排量，不但可以将悬架系统的振动能量回收并转换为电能加以利用，从而降低车辆的能耗，减少废气排放，还可以通过能量回收的过程主动控制减振器的性能以提高车辆行驶的平顺性，这明显有利于环境的保护，也有明显的经济效益，可以起到良好的社会和经济效益。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是主动控制示意图。

图中所示为：1-第一加速度传感器；2-弹簧；3-活塞杆；4-筒体；5-第二加速度传感器；6-第一单向阀；7-伺服系统；8-第二单向阀；9-储油箱；10-整流调压电路；11-蓄电池；12-变量式液压马达；13-第三单向阀；14-发电机；15-联轴器；16-信号处理器；17-第四单向阀；18-配流盘；19-柱塞。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。

实施例一

如图1及图2所示，本实施例所提供的可馈能的主动控制型减振器，包括捕获减振器的振动能量并把振动能转换为液压油压力能的减振器，所述减振器的筒体4底端分别设置有液压油吸入口20及液压油排出口21，还包括：

变量式液压马达12，所述变量式液压马达12的液压油输入口通过第一输入管路与所述筒体4的液压油排出口21相连接，且所述第一输入管路上还串接有使液压油单向流向所述变量式液压马达12的液压油输入口的第四单向阀17，所述变量式液压马达12的液压油输出口通过第一输出管路与储油箱9相连接，且所述第一输出管路上还串接有使液压油单向流向所述储油箱9的第二单向阀8，

所述储油箱9还通过第二输入管路连接在所述第四单向阀17与所述变量式液压马达12之间的第一输入管路上，所述的第二输入管路上还串接有使液压油单向流向所述第一输入管路的第三单向阀13，

所述液压油吸入口20通过第二输出管路连接在所述第二单向阀8与所述变量式液压马达12之间的第一输出管路上，所述第二输出管路上还串接有使液压油单向流向液压油吸入口20的第一单向阀6，

所述变量式液压马达12的输出轴通过联轴器15与发电机14相连接，所述发电机14的输出端经整流调压电路10与蓄电池11电路连接；

第一加速度传感器1和第二加速度传感器5，分别设置在减振器上端及下端，用于根据获取制动器运动状态获取路面信息的第一加速度传感器1和第二加速度传感器5；

所述减振器的活塞杆3顶端设置有与车辆悬挂系统相连接的上铰接环，所述减振器的筒体4下端设置有与车轮相连接的下铰接环，所述第一加速度传感器1设置在上铰接环上，所述第二加速度传感器5设置在下铰接环上，所述活塞杆3上还套有弹簧2；

信号处理器16，其输入端与第一加速度传感器1和第二加速度传感器5电路连接，用于根据第一加速度传感器1和第二加速度传感器5获取的路面信息向伺服系统7发出控制信号；

所述伺服系统7与信号处理器16电路连接，用于接收信号处理器16发出的控制信号，其输出端与变量式液压马达12的配流盘18活动铰接。

安装于减振器两端的加速度传感器感知路面信息，信号处理器对路面信息进行判断并通过控制信号控制和液压马达的变量机构连接的伺服系统运动，改变变量式液压马达的排量，如图2所示，变量式液压马达的排量与变量式液压马达各参数的关系如以下公式：

$V=\frac{1}{4}{\mathrm{\πd}}_1^{2}zD\frac{\sqrt{L^2-h^2}}{h}$

上式中，V是变量式液压马达12的排量，d₁是柱塞孔直径，D是柱塞孔分布圆直径，L是转动臂长度，h是为当配流盘18的倾斜角为γ时，其左端与柱塞孔分布圆的中心线的垂直距离，上述变量除h之外，都是定值，因此，伺服系统7在信号控制器的控制下运动，改变h的值时，可以改变变量式液压马达12的排量。在相同的流量下，改变变量式液压马达12的排量，则变量式液压马达12的输出转速也随之改变，从而改变了发电机14的反力矩，最终改变了减振器的阻尼力，达到主动控制的效果。

由主动控制系统的工作原理可以推导出公式：

$C_2=\frac{16a^2{P}_0}{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2{\left({\mathrm{\πn}}_0{\mathrm{zDd}}_1^2\right)}^2}\frac{h^2}{L^2-h^2},$

其中C₂是减振器阻尼系数，除h外的其余参数是定值，P₀是发电机14的额定功率，n₀是发电机14的额定转速，z是变量式液压马达12的柱塞19的个数，η₁是系统容积效率，η₂是系统的机械效率，a常数项其中的d为减振器主体缸的内缸直径。减振器阻尼系数C₂直接影响了减振器的阻尼力F，其表达为因此当增加减振器阻尼系数C₂时，减振器供给车辆悬架系统的阻尼力增大。发电机14的输出功率表达式为

由式中可见，输出功率与活塞速度成正比，与变量式液压马达12的排量V成反比。例如，当路面变得颠簸时(此时的控制目标是加大发电机14的输出功率P从而可以更快地移除悬架系统的振动能量、并提高阻尼力F)，第一加速度传感器1、第二加速度传感器5自动获取了路面和车辆状况信息，并将信息传递信号到信号处理器16中，信号处理器16根据设定的对比参数进行判别，并通过伺服系统控制变量式液压马达12，增大h值，从而减少了变量式液压马达12的排量V(排量V减小可以提高发电机14的转速)，阻尼系数C₂变大，发电机14功率P变大，从而达到了控制目标。

因此，当伺服系统7改变h时，减振器的阻尼也得到了改变，而伺服系统7的运动是受信号控制根据路面信息来控制的，所以达到了主动控制的效果。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可馈能的主动控制型减振器，包括捕获减振器的振动能量并把振动能转换为液压油压力能的减振器，所述减振器的筒体(4)底端分别设置有液压油吸入口(20)及液压油排出口(21)，其特征在于，还包括：

变量式液压马达(12)，所述变量式液压马达(12)的液压油输入口通过第一输入管路与所述筒体(4)的液压油排出口(21)相连接，且所述第一输入管路上还串接有使液压油单向流向所述变量式液压马达(12)的液压油输入口的第四单向阀(17)，所述变量式液压马达(12)的液压油输出口通过第一输出管路与储油箱(9)相连接，且所述第一输出管路上还串接有使液压油单向流向所述储油箱(9)的第二单向阀(8)，

所述储油箱(9)还通过第二输入管路连接在所述第四单向阀(17)与所述变量式液压马达(12)之间的第一输入管路上，所述的第二输入管路上还串接有使液压油单向流向所述第一输入管路的第三单向阀(13)，

所述液压油吸入口(20)通过第二输出管路连接在所述第二单向阀(8)与所述变量式液压马达(12)之间的第一输出管路上，所述第二输出管路上还串接有使液压油单向流向液压油吸入口(20)的第一单向阀(6)，

所述变量式液压马达(12)的输出轴通过联轴器(15)与发电机(14)相连接，所述发电机(14)的输出端经整流调压电路(10)与蓄电池(11)电路连接；

第一加速度传感器(1)和第二加速度传感器(5)，分别设置在减振器上端及下端，用于根据获取制动器运动状态获取路面信息；

信号处理器(16)，其输入端与第一加速度传感器(1)和第二加速度传感器(5)电路连接，用于根据第一加速度传感器(1)和第二加速度传感器(5)获取的路面信息向伺服系统(7)发出控制信号；

所述伺服系统(7)的输入端与信号处理器(16)输出端电路连接，用于接收信号处理器(16)发出的控制信号，所述伺服系统(7)的输出端与变量式液压马达(12)的配流盘(18)活动铰接。

2.根据权利要求1所述的可馈能的主动控制型减振器，其特征在于：所述减振器的活塞杆(3)顶端设置有与车辆悬挂系统相连接的上铰接环，所述减振器的筒体(4)下端设置有与车轮相连接的下铰接环，所述第一加速度传感器(1)设置在上铰接环上，所述第二加速度传感器(5)设置在下铰接环上。