CN104044426A - 一种刚度可变电磁馈能悬架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种刚度可变电磁馈能悬架，属于车辆新型悬架技术领域。该刚度可变电磁馈能悬架包括上吊耳、下吊耳、电机罩、电机固定板、上支座、中支座、下支座、弹簧A、弹簧B、定子底座、阻尼可调装置以及馈能装置。活塞杆通过电机固定板、电机罩和上吊耳与簧载质量固定，定子通过定子底座、下吊耳与非簧载质量固定；弹簧A与阻尼可调装置并联，通过调节阻尼可调装置中的节流小孔的开度，可以改变系统的刚度特性；馈能装置包括定子、电枢绕组以及永磁体，悬架振动时，带动馈能装置发电，振动能量被转化为电能，实现能量回收。

Description

一种刚度可变电磁馈能悬架

技术领域

本发明涉及一种刚度可变电磁馈能悬架，属于车辆新型悬架技术领域。

背景技术

传统的被动悬架参数一经选定就很难改变。因此在设计过程中，只能寻找一个最佳的折中方案来确定参数。也就是说，只有在特定的工况下，车辆的性能才是最佳的，车辆行驶工况一旦改变（例如路面状况以及车辆行驶时的加速、制动、转向等的变化），其性能将会恶化。因而传统被动悬架不能同时满足舒适性和安全性的要求，这就限制了车辆性能的进一步提高。

半主动悬架和主动悬架的能够改善汽车的性能，但是主动悬架需要消耗大量的能量，使得其工程实用受到了限制。半主动悬架是介于主动悬架和被动悬架之间的一种悬架，它只能改变一个悬架参数(刚度或阻尼)，其由于结构简单，几乎不消耗车辆动力，而且还能获得与主动悬架相近的性能，因而受到了汽车界的重视。但是，现有的半主动悬架主要针对悬架的阻尼系数进行改变，刚度可变的半主动悬架也局限在空气悬架或油气悬架的应用当中。

另一方面，现今全球环境问题和能源问题日益突出，如何有效地减小汽车能源消耗和尾气排放也成为了汽车工程亟待解决的关键问题。传统被动悬架将振动能量通过油液阻尼以热能的行驶耗散掉，如果能对这部分振动能量进行回收，能有效地提高汽车燃油经济性、降低对环境的污染。

因此，需要研究新型车辆悬架技术，使其在对悬架振动能量进行回收的同时，有效地改善整车的平顺性和安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在汽车行驶过程中，能够回收悬架的部分振动能量，提高整车的燃油经济性，降低能耗和排放；同时，能够实时地调整悬架系统刚度，提高整车的平顺性和操稳性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种刚度可变的电磁馈能悬架，包括上吊耳、下吊耳、电机罩、电机固定板、上支座、中支座、下支座、弹簧A、弹簧B、定子底座、阻尼可调装置以及馈能装置。 

其中，上吊耳焊接在电机罩上，且与簧载质量连接，下吊耳则焊接在定子底座上，与非簧载质量连接；电机固定板沿轴向为阶梯状，其中，电机固定板直径较大的一端横截面为圆柱形，其外壁与电机罩内壁通过螺纹连接，而直径较小的一端横截面为正方形，以利于对电机固定板的安装；电机固定板均布有四个轴向的阶梯光孔，用于固定步进电机，且沿轴线攻有螺纹孔，用于固定活塞杆；定子底座的内壁则与定子的外壁通过螺纹连接。

结构中共有上支座、中支座和下支座三个支座，均用来支撑弹簧，其中，上支座空套在活塞杆上，且在弹簧A的弹性力作用下，被顶在电机固定板上；中支座焊套在缸筒上，既用来支撑弹簧A，也用来支撑弹簧B；下支座则焊套在定子上；弹簧A安装在上支座和中支座之间，弹簧B安装在中支座和下支座之间。 

阻尼可调装置与弹簧A并联安装，通过调节阻尼可调装置的阻尼，即可实现悬架系统刚度的调节。其中，阻尼可调装置包括活塞杆、连杆、阀芯、密封圈、缸筒和活塞；连杆置于活塞杆的内腔中，连杆的一端与阀芯通过螺纹连接，另一端则开有凹槽，与步进电机轴连接，从而在步进电机地带动下可以自由旋转一定角度；密封圈安装在阀芯和活塞杆之间，防止缸筒内油液泄露；活塞固套在活塞杆上，将缸筒分成上腔和下腔两个腔；阀芯为圆柱形，且沿着底面和侧面被斜切掉一部分，从而与活塞杆的内腔、节流小孔、通路形成上腔和下腔之间的油液流通路径。

活塞杆与活塞固连，且贯通穿过缸筒，活塞杆的一端外壁攻有螺纹，并开有圆柱形内腔，在内腔的侧壁同时开有节流小孔，节流小孔位于上腔中；沿着内腔的底端，开有“L”型的通路，通路的出口位于下腔中；活塞杆的另一端则贴有永磁体。

馈能装置包括定子、电枢绕组和永磁体，可以将悬架的部分振动能量转化为电能进行回收，同时，馈能装置在有外界电源供电的情况下，也可对系统进行主动控制，定子与活塞杆同轴布置，且与定子底座相连的一端沿外壁攻有螺纹，电枢绕组嵌于定子内，而永磁体由于贴在活塞杆上，其随着活塞杆一起运动。

本发明主要有以下几个优点：

（1）通过调节阻尼可调装置中节流小孔的开度，可以调整悬架系统的刚度，克服了一般半主动悬架系统刚度难以调节的缺点。

（2）馈能装置可以实现对悬架部分振动能量的回收，提高了整车的燃油经济性，降低了汽车的能耗和尾气排放。

（3）馈能装置无电源供电时，可以通过调节其馈能电路实现电机阻尼系数的调节，此时悬架系统的刚度和阻尼系数均实现了实时可调；而当馈能装置有外界电源供电时，又可以作为作动器，对悬架的振动进行主动控制，因此，本发明能够有效地提高整车的平顺性和操稳性。

附图说明

图1是发明实施例的系统结构示意图。

图2是活塞杆和活塞的总成结构示意图。

图3是发明实施例的工作原理意图。

图中：1、上吊耳；2、下吊耳；3、电机罩；4、电机固定板；5、定子底座；6、上支座；7、中支座；8、下支座；9、弹簧A；10、弹簧B；11、活塞杆；12、连杆；13、阀芯；14、密封圈；15、缸筒；16定子；17、电枢绕组；18、永磁体；19、活塞；20、上腔；21、下腔；100、阻尼可调装置；200、馈能装置；111、内腔；112、节流小孔；113、通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明实施例的刚度可变电磁馈能悬架中，上吊耳1焊接在电机罩3上，与簧载质量300连接，下吊耳2焊接在定子底座5上，与非簧载质量400连接。电机固定板4沿轴向为阶梯状，其中，直径较大的一端横截面为圆柱形，且沿外壁攻有螺纹，与电机罩3内壁通过螺纹连接，直径较小的一端横截面为正方形，以利于对电机固定板4的安装。电机固定板4同时均布有四个轴向的阶梯光孔，用于固定步进电机，且沿轴线攻有螺纹孔，用于固定活塞杆11。步进电机固定在电机固定板4上，并置于电机罩3内，步进电机的轴与连杆12的凹槽连接，带动连杆12旋转运动。弹簧A9安装在上支座6和中支座7之间，其中，上支座6空套在活塞杆11上，且在弹簧A9的弹性力作用下，被顶在电机固定板4上。中支座7焊套在缸筒15上，而下支座8则焊套在定子16上，弹簧B10安装在中支座7和下支座8之间。 

阻尼可调装置100包括活塞杆11、连杆12、阀芯13、密封圈14、缸筒15以及活塞19。活塞杆11贯通穿过缸筒15，其一端外壁攻有螺纹，且开有圆柱形内腔111，在内腔111的侧壁开有节流小孔112。活塞19固套在活塞杆11上，且将缸筒15分成上腔20和下腔21。节流小孔112位于上腔20中，沿着内腔111的底端，开有“L”型的通路113，通路113的出口位于下腔21中，活塞杆11的另一端贴有永磁体18。连杆12置于活塞杆11的内腔111中，连杆12的一端开有凹槽，与步进电机轴连接，另一端与阀芯13通过螺纹连接。密封圈14安装在阀芯13和活塞杆11之间，防止缸筒15内油液泄露。阀芯13为圆柱形，且沿着底面和侧面被斜切掉一部分，从而与内腔111、节流小孔112、通路113形成上腔20和下腔21之间的油液流通路径。

馈能装置200包括定子16、电枢绕组17和永磁体18。定子16与活塞杆11同轴布置，且一端沿外壁攻有螺纹，与定子底座5的内壁螺纹连接，电枢绕组17嵌于定子16内，永磁体18随着活塞杆11一起运动。

本发明实施例的工作原理示意图如图3所示。k _A和k _B分别表示弹簧A9和弹簧B10的刚度，c _s和c _M分别表示阻尼可调装置100和馈能装置200的阻尼系数。弹簧A9被支撑在上支座6和中支座7之间，与阻尼可调装置100并联，弹簧B10被支撑在中支座7和下支座8之间，从而与由弹簧A9和阻尼可调装置100形成的并联结构串联，构成刚度可调装置500。弹簧A9和弹簧B10的刚度系数均为常数，但通过控制可调阻尼装置100的阻尼，可以使刚度可调装置500的等效刚度发生改变。步进电机带动连杆12旋转时，阀芯13随着连杆12转动，改变节流小孔112的节流面积，导致上腔20和下腔21之间油液流通阻尼改变，致使阻尼可调装置100的阻尼系数c _s改变。当阀芯13完全挡住节流小孔112时，上腔20和下腔21油液之间不形成通路，阻尼可调装置100的阻尼系数c _s近似无穷大，此时阻尼可调装置100可以等效为一个刚体，且与簧载质量300固定连接，此时刚度可调装置500的等效刚度即为弹簧B10的刚度；而当节流小孔112的开度达到最大时，若节流小孔112直径很大，阻尼可调装置100的阻尼系数c _s几乎为零，此时刚度可调装置500的等效刚度即可近似等效为弹簧A9和弹簧B10的串联刚度。因此，通过调节阻尼可调装置100的阻尼，即可改变悬架的等效刚度。

活塞杆11通过电机固定板4、电机罩3和上吊耳1与簧载质量300固定，定子16通过定子底座5和下吊耳2与非簧载质量400固定。因此，当汽车受到路面不平激励振动时，簧载质量300和非簧载质量400的相对运动带动活塞杆11和定子16的相对运动，永磁体18固贴在活塞杆11上，电枢绕组17嵌于定子16内，永磁体18与电枢绕组17也相对运动，此时，电枢绕组17产生感应电势，通过外接电路，可以实现将电枢绕组17内产生的电能进行回收。

馈能装置200可以工作在被动、半主动和主动三种工作模式。

当馈能装置200无电源供电且无控制时，其仅仅在路面激励的作用下随动运动，馈能装置200将产生的电路直接通过馈能回路存储到储能元件中，此时馈能装置200的阻尼系数c _M为一常数，不可调节，馈能装置200工作在被动模式。

当馈能装置200无电源供电时，将电枢绕组17产生的电能通过馈能回路存储到储能元件中，若馈能回路可控，可以通过对馈能回路的控制调节电枢绕组17内的电流，从而改变永磁体18和电枢绕组17之间的电磁阻尼力，即馈能装置200的阻尼系数c _M可以根据悬架性能要求实时调节，此时，馈能装置200工作在半主动模式。但是，当馈能装置200工作在半主动模式时，阻尼系数c _M的最大值受到活塞杆11和定子16之间相对运动速度的限制。本发明申请不涉及馈能回路以及控制系统，因此不做过多阐述。

当馈能装置200有外界电源供电时，电枢绕组17中的电流可以根据悬架性能要求进行主动控制，即永磁体18和电枢绕组17之间的相对作动力可以实时调节，馈能装置200工作在主动模式，作为作动器对悬架的振动进行主动控制。但是，当馈能装置200工作在主动模式时，储能元件既需要向馈能装置200提供电能，也要回收馈能装置200回收的电能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种刚度可变电磁馈能悬架，其特征在于，包括上吊耳（1）、下吊耳（2）、电机罩（3）、电机固定板（4）、上支座（6）、中支座（7）、下支座（8）、弹簧A（9）、弹簧B（10）、定子底座（5）、阻尼可调装置（100）以及馈能装置（200）。

2.根据权利要求1所述的刚度可变电磁馈能悬架，其特征在于，所述上吊耳（1）固定在电机罩（3）上，且与簧载质量（300）连接，所述下吊耳（2）固定在定子底座（5）上，且与非簧载质量（400）连接；所述电机固定板（4）沿轴向为阶梯状，其中，直径较大的一端横截面为圆柱形，与电机罩（3）内壁固定连接，直径较小的一端横截面为正方形，以利于对电机固定板（4）的安装；步进电机固定于电机固定板（4）上，活塞杆（11）的一端也固定于电机固定板（4）上；所述定子（16）固定于定子底座（5）上。

3.根据权利要求1所述的刚度可变电磁馈能悬架，其特征在于，所述上支座（6）空套在活塞杆（11）上，且在弹簧A（9）的弹性力作用下，被顶在电机固定板（4）上；中支座（7）固定套设于缸筒（15）上；下支座（8）固定套设于定子（16）上；所述弹簧A（9）安装在上支座（6）和中支座（7）之间，弹簧B（10）安装在中支座（7）和下支座（8）之间。

4.根据权利要求1所述的刚度可变电磁馈能悬架，其特征在于，所述阻尼可调装置（100）包括活塞杆（11）、连杆（12）、阀芯（13）、密封圈（14）、缸筒（15）和活塞（19）；所述连杆（12）置于活塞杆（11）的内腔（111）中，连杆（12）的一端与阀芯（13）固定连接，另一端与步进电机轴连接；所述密封圈（14）安装在阀芯（13）和活塞杆（11）之间，防止缸筒（15）内油液泄露；所述活塞（19）固套在活塞杆（11）上，且将缸筒（15）分成上腔（20）和下腔（21）；所述阀芯（13）为圆柱形，且沿着底面和侧面被斜切掉一部分，从而与活塞杆（11）的内腔（111）、节流小孔（112）、通路（113）形成上腔（20）和下腔（21）之间的油液流通路径。

5.根据权利要求4所述的刚度可变电磁馈能悬架，其特征在于，所述活塞杆（11）贯通穿过缸筒（15），其内部开设有圆柱形内腔（111），在内腔（111）的侧壁开有节流小孔（112），节流小孔（112）与上腔（20）相连通；沿着内腔（111）的底端，开设有通路（113），通路（113）与下腔（21）相连通；活塞杆（11）的底端贴有永磁体（18）。

6.根据权利要求1所述的刚度可变电磁馈能悬架，其特征在于，所述馈能装置（200）包括定子（16）、电枢绕组（17）和永磁体（18）；所述定子（16）与活塞杆（11）同轴布置；所述电枢绕组（17）嵌于定子（16）内；所述永磁体（18）贴设于活塞杆（11）外部，并随着活塞杆（11）一起运动。