CN103867629B - 一种对动能进行液压耗散的方法和用于实施该方法的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在装置（2a）中对动能进行液压耗散的方法，该装置包括至少一个填充有粘性工作液的缸体（8，9）和至少一个将动能引导至缸体（8，9）内部的激励点（12，13），其中所述耗散是通过使动能转化成填充所述至少一个缸体（8，9）的工作液内部的热量来实现的。所述方法包括以下步骤：根据至少一个预定控制参数，通过在缸体的至少一个区域（14）产生空化而可控改变该区域内工作液的体积模量，以便促使溶解在该工作液中的气体转化成分离气泡相。优选地使用至少一个超声换能器（1）、优选为压电超声换能器，向所述缸体的所述至少一个区域发射超声波，来在所述至少一个区域（14）内产生空化。本发明还涉及实施上述方法的一种装置（2a）。
Description
技术领域
本发明涉及一种在装置中对动能进行液压耗散的方法，该装置包括至少一个填充有粘性工作液的缸体和至少一个将动能引导至所述缸体内部的激励点，其中所述耗散是通过将所述动能转化成填充所述至少一个缸体的所述工作液内部的热量来实现的。本发明还涉及实施该方法的一种装置。
背景技术
用于吸收和耗散动能的普通液压装置是液压阻尼器或减震器，其通常被用作车辆悬架的一部分，对行驶在不平坦道路上的车辆起缓冲作用，并且抑制从车辆动力系到乘客间的振动传送。它们包括填充有粘性工作液的管，管内设有可滑动动的活塞装置，并且该活塞装置连接至通向管外的活塞杆。该活塞装置设有多种阀装置，以当它沿管移动时控制工作液穿过活塞装置的流动。这类阻尼器的多种结构和它们的应用，在本领域中是公知的，包括管的末端设有增压气体腔室的单管阻尼器，和两管间设有附加的补偿腔室的双管阻尼器，等等。在任何情况下，动能被转化成粘性工作液的内部热量并被耗散。还有其它液压装置，例如液压制动器、液压隔振器等等，至少部分地采用将动能转换和耗散形成粘性工作液的内部热量的机械装置。
众所周知，机动车减震器产业需要合适的阻尼性能以应对各种驾驶条件。对在不放松操控性能的情况下保持驾驶舒适度的需求，带来一个对复杂而活跃的或者可切换的、允许以可控方式修改减震器特性的阻尼系统的市场增长。
为了这个目的，已知的是，通过机械装置（参见例如DE19808698，US2003221923）或电磁装置（参见例如DE102012202484，US2009288924）控制活塞阀装置的元件的机械操作，来修改液压阻尼器的阻尼特性。本领域内还已知的是，通过阻尼器电流变液体的粘度响应于电场而变化，从而改变阻尼器特性（参见US5233834）。
现今发展的另一个思路是基于磁流变阻尼液体的粘度的变化。磁流变阻尼器能够以连续方式有效地控制阻尼特性。不过，它们需要的是特殊的磁流变液体和电磁体。例如，国际公布WO2013007140公开了一种用于支撑振动源的液压支架装置，该装置包括壳体，该壳体限定一被分隔装置分为抽吸腔室和容纳腔室的壳体腔室，抽吸腔室和容纳腔室均容纳磁流变液体。柔性体部分地设置在抽吸腔室内，以响应于由外部激励引起的振动而产生弹性变形。流体通道在抽吸腔室和容纳腔室之间延伸，用于在低频振动期间在抽吸腔室和容纳腔室之间传递液体。压电致动器部分地延伸到抽吸腔室内，用于在抽吸腔室内移动以改变抽吸腔室的容积，从而防止抽吸腔室中的压力增加，以大体上抵消相对高频的振动。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种通过改变阻尼液体积模量来对动能进行液压耗散的替换方法，其中，所述改变可以以可控的方式并且在阻尼液缸体的预定区域内实现。
本发明的另一目的在于提供一种对高频率、低振幅激励进行液压阻尼的方法。
本发明的最后一个目的在于提供一种能够实施上述方法的装置。
发明人发现，可以通过在阻尼液缸体的预定区域内产生空化来实现这些目的。
因此，本发明提供一种在装置中对动能进行液压耗散的方法，该装置包括至少一个填充有粘性工作液的缸体和至少一个将动能引导进入所述缸体内部的激励点，其中，所述耗散是通过使所述动能转化成填充所述至少一个缸体的所述工作液内部的热量来实现的，所述方法包括以下步骤：根据至少一个预定的控制参数，在所述缸体的至少一个区域内产生空化，从而可控改变所述至少一个区域内的所述工作液的体积模量，以将溶解在所述工作液中的气体强制转化成分离的气泡相。
值得注意的是，本领域已知的多种解决方案，都考虑防止或减少阻尼液的无用空化或曝气以提供稳定的阻尼特性。尽管如此，它们都不涉及可控的空化产生。
优选地，使用至少一个超声换能器、优选压电超声换能器向所述缸体的所述至少一个区域发射超声波，来在所述至少一个区域内产生所述空化。
本领域已知产生非惯性空化的过程，在此过程中，由于某种形式的能量输入，例如声音场，会促使液体中的气泡成核。这种超声空化装置可应用于例如外科手术。根据本发明的方法，通过响应于发射到阻尼液缸体内的声波的能量和特性可调节地减小阻尼力，能够控制阻尼力。
优选地，所述超声波的频率范围为大约100kHZ到大约200kHZ。
优选地，仅针对所述至少一个激励点的高频率和/或低振幅激励在所述缸体的所述至少一个区域内产生所述空化。
因此，该方法尤其适合减小高频率、低振幅激励期间的阻尼力产生。当在机动车阻尼器中采用此方法的情况下，在舒适度方面改进了车辆驾驶性能，并且减小了结构产生噪音（如咔哒声或敲打声）的可能性，同时保留了车辆控制性能。
本发明还提供一种实施上述方法的装置。
本发明的一个实施方式中，该装置可以具有包括阻尼器管的液压阻尼器的形式，并且所述至少一个空化区域可以在阻尼器管的回弹腔室和/或压缩腔室中提供。
附图说明
下面结合相关附图对本发明进行描述和解释，其中：
图1示出了根据本发明可以采用的典型的超声换能器；
图2示出了“声波强度-空化临界频率”变化曲线；
图3是实施本发明方法的单管阻尼器的横截面示意图；
图4是实施本发明方法的双管阻尼器的横截面示意图。
具体实施方式
本发明的原理是，通过在阻尼液缸体的至少一个预定区域内强制空化，以便将溶解在阻尼液中的气体转换成分离气泡相，来降低所述区域内的阻尼液的体积模量βl。
虽然可以忽略溶解在工作液中的气体对于阻尼液的体积模量βl（大约109Pa）的影响，气体相的体积模量βk本身（大约106Pa）会有效地“对抗”阻尼液体积刚度，根据下面的公式，改变阻尼系统在该区域内的最终体积模量β：
1/β=1/βl+1/βk
由于体积模量βk远小于阻尼液体积模量βl，所以它占主导，且在这个区域内的压缩系数（体积模量倒数）更高。
因此，在液压阻尼器的情况中，活塞杆的小冲程产生的压力将首先被空化区域内的较少压缩的阻尼液应对，而仅在某点之后阻尼液将开始流过活塞的孔口和阀装置。
优选地，根据本发明，使用超声换能器，更优选为压电超声换能器，发射超声波进入阻尼器缸体，来诱发阻尼液中气体相的空化或成核。压电换能器利用晶体（例如石英）的压电性能，即根据施加在晶体上的电压的快速改变的极性而在相应维度上产生波动。这种振荡又产生正弦压力波，其中，压力波动的“负”相减小液体中的压力，并为气体变成气泡的成核提供有利的条件。
图1示出了由德国BANDELIN电子有限公司制造的典型的石英超声换能器1，它可以用于本发明的实施。它包括超声换能器102、增幅管（boosterhorn）103和探针104，它们彼此同轴地设置。超声换能器102通过电力电缆101与能提供大约100kHz到大约200kHz范围内的高频电能的发生器（未示出）连接，并且将这种电能转换成固定频率的机械变化。增幅管103增大声波振幅，探针104将超声波能量传送到期望的位置。
图2是示出“声波强度-空化临界频率”变化曲线的图，分别针对注入空气的水和未注入空气的水（分别是左边的曲线和右边的曲线；参见HugoMiguelSantos，CarlosLodeiroandJose-LuisCapelo-Martinez(2009)"ThePowerofUltrasound-UltrasoundinChemistry：AnalyticalApplications”WILEY-VCHVerlagGmbH&Co.KGaA，Weinheim，DE，ISBN：978-3-527-31934-3)。
图1示出的包括有增幅管103和探针104的换能器1，提供微波功率表面密度增强，因为为了发射提供给增幅管103的所有振动能量，探针104尖端的更小表面必须以更快的速率振荡。为达到该目的，可以设计各种探针形状，包括指数形、锥形、线性锥形、圆锥形、阶梯式或者甚至圆柱形。
图3和图4中示出了可以实施本发明方法的典型液压装置。实现同样或类似功能的部件的标号是一样的。
图3示出了典型的机动车悬架的单管阻尼器2a。该阻尼器2a包括填充有粘性工作液的管3，在管3内设置有可移动的活塞装置5，活塞装置5连接至活塞杆6，活塞杆6通过密封的活塞杆导承7伸出阻尼器1。
这种装置中，活塞装置5与管3的内表面滑动配合，并且把管3分成由可滑动分隔件10分隔的回弹腔室8（活塞装置上方）和压缩腔室9（活塞装置下方）。加压的气体填充到可滑动分隔件10的限定气体腔室11的另一侧空间。
活塞装置5设有压缩阀装置52和回弹阀装置51，以在活塞装置5移动时控制工作液在回弹腔室8和压缩腔室9之间的流动。此外，阀装置51、52提供可以被用于形成阻尼器2a的期望特性的设计参数。气体腔室11补偿沿管3长度方向上的不同活塞位置带来的回弹腔室8和压缩腔室9之间的缸体差异。
当车辆以机械震荡或振动的形式移动时（借助于两个激励点12、13示出），管3和活塞装置5将动能引入阻尼器2a。点12处的振动和震荡源于路面的不平坦性，而点13处的振动和震荡源于车辆的动力系和可能由车辆悬架的其它阻尼器引起的车辆运动。
在活塞杆6内形成有纵向沟槽61。该沟槽61止于腔室62，该腔室62沿纵向、轴向延伸并在活塞杆6的表面开口、通入压缩腔室9。压电超声换能器1安装在腔室62中，并且它的发射探针104延伸进入压缩腔室9。换能器1由电力电缆101供给能量和控制，该电力电缆101从合适的高频发电机和控制系统（图中未示出）贯穿通过沟槽61走线。
换能器1的发射探针104可以发射超声波进入压缩腔室9，其中，这些波的频率是根据通过电缆101为换能器1供给能量的交变电流的参数而从预定范围选择的。
超声波在区域14中产生微气泡，使压缩腔室9中的阻尼液产生可控的空化。这种微气泡改变了区域14中工作液的体积模量，使其更易被压缩。区域14中更易压缩的工作液和其它处更难压缩的工作液同时存在，允许更柔和的工作，并且使得高频冲程下回弹阻尼活动和压缩阻尼活动之间平稳过渡，但不影响慢、高振幅冲程期间的阻尼特性。因此，激励点12、13间的低振幅振动被高效阻尼，在舒适度方面提高了驾驶性能，减少了结构产生的如咔哒声或敲打声等噪音的可能性，而同时保留了在高振幅激励方面的车辆控制性能。
图4示出了包括主管3和外管4的典型的双管阻尼器2b。阻尼器2b还设有附加的阀装置15，一般称为座阀装置并且安装在主管3的末端处。回弹腔室8限定在活塞装置上方，压缩腔室9限定在活塞装置5和座阀装置15之间。附加的补偿腔室16定位在座阀装置15的另一侧。所有腔室填充有工作液。座阀装置15进一步还设有回弹阀151和压缩阀152，以分别在阻尼器2b的回弹冲程和压缩冲程期间控制工作液在附加补偿腔室16和压缩腔室9之间的流动。类似活塞装置5的阀装置51和52的情况，阀装置151和152提供可以用于形成期望的阻尼器特性的设计参数。
纵向沟槽61形成在活塞杆6内并沿活塞杆6延伸进入在活塞杆6的周长上等角设置的四个腔室62。每个腔室62在活塞杆6的横面上开口、通入回弹腔室8。各腔室62内安装有压电超声换能器1，压电超声换能器1的发射探针104延伸进入回弹腔室8。换能器1由电力电缆101供给能量和控制，该电力电缆101从合适的供电/控制系统（图中未示出）贯穿通过沟槽61走线。类似图3中的实施方式，换能器1的发射探针104能够根据通过电力电缆101为换能器1供给能量的交变电流的参数，发射预定频率的超声波进入回弹腔室8，因此产生空化并生成四个等角分隔的微气泡区域14，在这些区域中的工作液更易压缩。
显然，例如，通过将图3和图4中所示的换能器的布置相结合，也可以在阻尼器2a、2b中任一个的回弹腔室8和压缩腔室9）两者中产生微气泡区域14。
本发明的上述实施方式仅仅是示例。附图不必是按比例绘制的，并且一些特征可能被放大或缩小。
本领域中清楚的是，本发明的方法也可以有效地在采用液压耗散动能的多种其它装置（例如液压制动器，发动机架等，包括使用液压耗散动能以及其它耗散模式（包括干摩擦、塑性形变等）的装置）中实施。
同样有利的是，在阻尼采用其它在液缸体中产生空化的装置，比如螺旋桨等。
所述预定的控制参数是负责空化存在度和强度，这在超声换能器（参见图2）的情况下直接涉及超声波的频率。因此，根据本发明，空化可以响应于驾驶员提供的一些控制参数（如开关或控制按钮）或者作为处理各种输入信号（包括车速、3D加速度等）的任何控制算法的输出信号而开启或关闭。
例如，可以针对0.5Hz至100Hz范围内的高频激励和/或±0.5mm至±50mm范围内的低振幅激励，开启空化。
当然，这些和其它因素，不应被认为限制本发明的精神，本发明的保护范围由所附权利要求所限定。
Claims (11)
1.一种在装置中对动能进行液压耗散的方法，所述装置包括至少一个填充有粘性工作液的缸体和至少一个将动能引导至所述缸体内部的激励点，其中所述耗散是通过将所述动能转化成填充所述至少一个缸体的所述工作液内部的热量来实现的，其特征在于，
所述方法包括以下步骤：根据至少一个预定的控制参数，在所述缸体的至少一个区域内产生空化，从而可控改变所述至少一个区域内的所述工作液的体积模量，以将溶解在所述工作液中的气体强制转化成分离的气泡相。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个区域内的所述空化是利用至少一个超声换能器向所述缸体的所述至少一个区域内发射超声波而产生的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述超声换能器是压电超声换能器。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述超声波的频率在100kHz至200kHz的范围内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，仅针对所述至少一个激励点的高频和/或低振幅激励产生所述缸体的所述至少一个区域内的所述空化。
6.一种用于对动能进行液压耗散的装置(2)，所述装置包括至少一个填充有粘性工作液的缸体(8，9)和至少一个将动能引导至所述缸体内部的激励点(12，13)，
其中，所述耗散是通过将所述动能转化成填充所述至少一个缸体(8，9)的所述工作液内部的热量而实现的，其特征在于，
所述装置包括至少一个空化发生器(1)，所述空化发生器用于根据至少一个预定的控制参数，可控改变所述缸体(8，9)的至少一个区域(14)内的所述工作液的体积模量，从而将溶解在所述工作液中的气体强制转化成分离气泡相。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述至少一个空化发生器(1)具有向所述缸体的所述至少一个区域(14)发射超声波的超声换能器的形式。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述超声换能器是压电超声换能器。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述超声波的频率在100kHz至200kHz的范围内。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个区域(14)内的所述空化仅针对所述至少一个激励点(12，13)的高频和/或低振幅激励产生。
11.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有包括阻尼器管(3)的液压阻尼器(2)的形式，所述至少一个区域(14)设置在所述阻尼器管(3)的回弹腔室(8)和/或压缩腔室(9)中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A method for hydraulic dissipation of kinetic energy and a device for implementing the method Effective date of registration: 20230517 Granted publication date: 20160330 Pledgee: Jingxi Zhixing Zhangjiakou Automotive Electronics Co.,Ltd. Pledgor: BEIJINGWEST INDUSTRIES Co.,Ltd. Registration number: Y2023990000256 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20160330 Pledgee: Jingxi Zhixing Zhangjiakou Automotive Electronics Co.,Ltd. Pledgor: BEIJINGWEST INDUSTRIES Co.,Ltd. Registration number: Y2023990000256 |