CN104864033A - 一种刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器，包括主动轴、从动轴、负刚度结构、正刚度结构、阻尼片、位移传感器、控制器和电源，电源与控制器连接，控制器分别与负刚度结构、正刚度结构和位移传感器连接，正刚度结构设置于从动轴内的底部并包覆于主动轴的端部外，阻尼片设置于正刚度结构与从动轴之间，负刚度结构套装于主动轴外并连接在主动轴的外圆与从动轴的内壁之间，位移传感器设置于主动轴的外圆上。与现有技术相比，本发明能够保证所需的力矩传递，同时能够消减宽频带的扭转振动，解决了传统扭转减振器在传递转矩和消减振动之间的矛盾，有益于车辆行驶的安全性和舒适性。

Description

一种刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器

技术领域

本发明涉及一种轴系扭转减振机构，尤其涉及一种刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器。

背景技术

车辆动力传动系统的扭转振动现象普遍存在，而扭转振动会引起轴类零件的疲劳损坏，降低使用寿命，影响行车安全及舒适性。近年来随着车辆运行速度的不断提高以及人们对车辆运行标准的提高，轴类部件的振动问题越来越引起企业和科研单位的关注。

现在车辆上普遍使用的扭转减振器属于被动式，由于被动式扭转减振器弹性元件担负传递扭矩和减振的双重作用，即既要保证传递发动机的平均转矩，又要使刚度尽量小从而实现良好的减振效果，受限于减振机理和空间尺寸，难以突破弹性元件刚度与承载能力之间的矛盾，使得被动式扭转减振器减振频带有限，减振效果很难有进一步的提高，特别是在在传动系统怠速减振和高速减振方面。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

    本发明包括主动轴、从动轴、负刚度结构、正刚度结构、阻尼片、位移传感器、控制器和电源，所述电源与所述控制器连接，所述控制器分别与所述负刚度结构、所述正刚度结构和所述位移传感器连接，所述正刚度结构设置于所述从动轴内的底部并包覆于所述主动轴的端部外，所述阻尼片设置于所述正刚度结构与所述从动轴之间，所述负刚度结构套装于所述主动轴外并连接在所述主动轴的外圆与所述从动轴的内壁之间，所述位移传感器设置于所述主动轴的外圆上。

 进一步，所述正刚度结构包括磁流变弹性体、正刚度机构电磁线圈和低扭转刚度元件，所述低扭转刚度元件套装于所述主动轴的外圆上，所述磁流变弹体包覆于所述主动轴的端部外，所述正刚度机构电磁线圈位于所述磁流变弹体外，所述正刚度机构电磁线圈与所述控制器连接。

 进一步，所述负刚度结构包括磁流变弹性体材料弹簧、负刚度机构电磁线圈、滑块、传力圆柱和主动轴圆顶轮齿，所述主动轴圆顶轮齿设置于所述主动轴的外壁上，所述磁流变弹性体材料弹簧置于所述负刚度机构电磁线圈内，所述负刚度机构电磁线圈安装与所述从动轴的内壁上，所述传力圆柱通过所述滑块安装于所述负刚度机构电磁线圈的端部并与所述磁流变弹性体材料弹簧的端部连接，所述传力圆柱与所述主动轴圆顶轮齿接触，所述磁流变弹性体材料弹簧、所述负刚度机构电磁线圈、所述滑块和所述传力圆柱组成一组减振机构，所述从动轴的内壁上设置有多组减振机构。

作为优选，所述主动轴与所述正刚度结构的连接处的圆周上设置有主动轴花键。

从动轴与刚度机构连接部分做成圆槽状，圆槽内侧与低扭转刚度元件和磁流变弹性体固连，磁流变弹性体的外侧圆周与从动轴固连有电磁线圈；圆槽外部与负刚度结构固定连接。

从动轴圆槽内侧与磁流变弹性体之间固定有一个阻尼片，当主动轴和从动轴有相对转动时，阻尼片起到消减扭转振动、抑制共振幅值的作用。

位移传感器安装在主动轴圆顶轮齿侧面，用来监测主动轴的扭转角度。传感器采集信号传送到控制器，控制器将位移信号转化为角度信号，控制器根据传感器发送的信号，控制电磁线圈中的电流的大小，进而控制磁流变弹性体的弹性模量，控制其刚度；电源用来给控制器供电。

工作原理：转矩的承载由正刚度结构完成，正刚度结构中的低扭转刚度元件主要提供最小的转矩，可以消减因传感器信号和控制信号的延迟作用，补偿磁流变弹性体的弹性模量不能快速变化给系统传递转矩带来的不利影响。通过对正刚度结构刚度大小的实时控制，使主动轴相对于从动轴的转角达到预先设定好的角，此时主动轴上设计的圆顶轮齿与负刚度结构中的传力圆柱接触，使得负刚度结构开始作用，与正刚度结构共同组成正负刚度并联机构，使得系统达到准零刚度状态，能够消减宽频带振动。当所需传递扭矩改变时，这时根据位移传感器采集信号，控制器通过控制输入到正刚度结构中电磁线圈的电流的大小，来控制磁流变弹性体的弹性模量，调整扭转刚度的大小，使主动轴相对于从动轴的扭转角度始终处在角，保证负刚度结构一直处在工作状态。同时也对负刚度结构中电磁线圈中的电流进行控制，改变磁流变弹性体材料弹簧的弹性模量，控制其弹性力的大小，使正负刚度并联机构的刚度一直保持在准零刚度状态。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器，与现有技术相比，本发明能够保证所需的力矩传递，同时能够消减宽频带的扭转振动，解决了传统扭转减振器在传递转矩和消减振动之间的矛盾，有益于车辆行驶的安全性和舒适性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明图1的A-A方向的结构示意图；

图3为本发明图1的B-B方向的结构示意图；

图4为本发明未工作时的主、从动轴位置图；

图5为本发明负刚度结构的作用力原理图；

图6为本发明负刚度结构力的实施例结构示意图；

图中：1-主动轴、2-从动轴、3-磁流变弹性体、4-正刚度机构电磁线圈、5-低扭转刚度元件、6-阻尼片、7-磁流变弹性体材料弹簧、8-负刚度机构电磁线圈、9-滑块、10-传力圆柱、11-主动轴圆顶轮齿、12-位移传感器、13-控制器、14-电源、15-主动轴花键。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

    如图1至图5所示：本发明包括主动轴1、从动轴2、负刚度结构、正刚度结构、阻尼片6、位移传感器12、控制器13和电源14，电源14与控制器13连接，控制器13分别与负刚度结构、正刚度结构和位移传感器12连接，正刚度结构设置于从动轴2内的底部并包覆于主动轴1的端部外，阻尼片6设置于正刚度结构与从动轴2之间，负刚度结构套装于主动轴1外并连接在主动轴1的外圆与从动轴2的内壁之间，位移传感器12设置于主动轴1的外圆上。

 进一步，正刚度结构包括磁流变弹性体3、正刚度机构电磁线圈4和低扭转刚度元件5，低扭转刚度元件5套装于主动轴1的外圆上，磁流变弹体2包覆于主动轴1的端部外，正刚度机构电磁线圈4位于磁流变弹体3外，正刚度机构电磁线圈4与控制器13连接。

 进一步，负刚度结构包括磁流变弹性体材料弹簧7、负刚度机构电磁线圈8、滑块9、传力圆柱10和主动轴圆顶轮齿11，主动轴圆顶轮齿11设置于主动轴1的外壁上，磁流变弹性体材料弹簧7置于负刚度机构电磁线圈8内，负刚度机构电磁线圈8安装与从动轴2的内壁上，传力圆柱10通过滑块9安装于负刚度机构电磁线圈8的端部并与磁流变弹性体材料弹簧7的端部连接，传力圆柱10与主动轴圆顶轮齿11接触，磁流变弹性体材料弹簧7、负刚度机构电磁线圈8、滑块9和传力圆柱10组成一组减振机构，从动轴2的内壁上设置有多组减振机构。滑块9和磁流变弹性体材料弹簧7固连，滑块9对传力圆柱10起到支撑作用，且传力圆柱10可在滑块9中自由滚动，传力圆柱10传递的力由磁流变弹性体材料弹簧7提供，传力圆柱10与圆顶轮齿11之间的作用力矩呈现负刚度特性。

作为优选，所述主动轴1与所述正刚度结构的连接处的圆周上设置有主动轴花键15。

主动轴1在负刚度结构工作的部位有十六个圆顶轮齿11，在轴的圆周均匀对称分布，也可以布置其他个数的圆顶轮齿11；主动轴在正刚度结构的工作部位有十六个花键15，均匀对称分布在主动轴1的圆周，花键15的个数也可以是其他数值。花键15部分与低扭转刚度元件5和磁流变弹性体3前后连接，承载轴间传递的转矩。

从动轴2与刚度结构连接部分做成圆槽状，圆槽内侧与低扭转刚度元件5和磁流变弹性体3固连，磁流变弹性体3的外侧圆周与从动轴2固连有电磁线圈4；圆槽外部与负刚度结构固定连接。

从动轴2圆槽内侧与磁流变弹性体3之间固定有一个阻尼片6，当主动轴1和从动轴2有相对转动时，阻尼片6起到消减扭转振动、抑制共振幅值的作用。

位移传感器12用来监测主动轴的扭转角度，将信号传送到控制器13，控制器13根据位移传感器12发送的信号，控制正刚度机构电磁线圈4中的电流的大小，进而控制磁流变弹性体3的弹性模量，控制正刚度机构的刚度；同时控制器13控制负刚度结构中负刚度机构电磁线圈8的电流大小，控制磁流变弹性体材料弹簧7弹性力的大小，使正负刚度并联机构处在准零刚度状态；电源14用来给控制器13供电。

实施例：

如图6所示：传递到传力圆柱10上的力由两块磁铁提供，其中位于下方的磁铁固定在滑块9上，能够随传力圆柱10的移动上下移动，传力圆柱10上下移动时，两块磁铁的距离随之改变，力的大小也就改变；同时这部分的磁铁也可以换成电磁铁，通过控制器13对电流的控制来控制电磁铁之间的相互作用力，调整负刚度结构力的大小，使正负刚度并联的机构的刚度处在准零刚度状态，实现宽频带减振。

工作过程：

减振器在未工作时，主动轴1负刚度结构位置的圆顶轮齿11与传力圆柱10不接触，负刚度结构不工作。减振器在工作中传递转矩时，主动轴1会相对于从动轴2有扭转角度，最开始时，考虑到控制信号和电流传输的延迟，安装在主动轴1的低扭转刚度元件5首先承载转矩，避免了瞬时转矩过大而使主动轴1有较大的转动冲击；根据位移传感器12的测试信号，控制器13通过对正刚度机构电磁线圈4中电流大小的控制，来控制磁流变弹性体3的弹性模量的大小，使得主动轴1和从动轴2的相对扭转角达到并保持在预先设定好的角；此时负刚度结构中的传力圆柱10和主动轴1中的圆顶轮齿11接触，负刚度结构处在工作状态，与正刚度结构组成了正负刚度并联机构；控制器13根据正刚度机构电磁线圈4中电流的大小，可以计算出正刚度结构的扭转刚度的大小，然后据此控制负刚度结构中磁流变弹性体弹簧7外圈负刚度机构电磁线圈8的电流大小，进而控制负刚度结构的负刚度弹性特性，使得正负刚度并联机构的刚度保持在准零刚度状态，最大程度的消减振动。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器，其特征在于：包括主动轴、从动轴、负刚度结构、正刚度结构、阻尼片、位移传感器、控制器和电源，所述电源与所述控制器连接，所述控制器分别与所述负刚度结构、所述正刚度结构和所述位移传感器连接，所述正刚度结构设置于所述从动轴内的底部并包覆于所述主动轴的端部外，所述阻尼片设置于所述正刚度结构与所述从动轴之间，所述负刚度结构套装于所述主动轴外并连接在所述主动轴的外圆与所述从动轴的内壁之间，所述位移传感器设置于所述主动轴的外圆上。

2.根据权利要求1所述的刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器，其特征在于：所述正刚度结构包括磁流变弹性体、正刚度机构电磁线圈和低扭转刚度元件，所述低扭转刚度元件套装于所述主动轴的外圆上，所述磁流变弹体包覆于所述主动轴的端部外，所述正刚度机构电磁线圈位于所述磁流变弹体外，所述正刚度机构电磁线圈与所述控制器连接。

3.根据权利要求1所述的刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器，其特征在于：所述负刚度结构包括磁流变弹性体材料弹簧、负刚度机构电磁线圈、滑块、传力圆柱和主动轴圆顶轮齿，所述主动轴圆顶轮齿设置于所述主动轴的外壁上，所述磁流变弹性体材料弹簧置于所述负刚度机构电磁线圈内，所述负刚度机构电磁线圈安装与所述从动轴的内壁上，所述传力圆柱通过所述滑块安装于所述负刚度机构电磁线圈的端部并与所述磁流变弹性体材料弹簧的端部连接，所述传力圆柱与所述主动轴圆顶轮齿接触，所述磁流变弹性体材料弹簧、所述负刚度机构电磁线圈、所述滑块和所述传力圆柱组成一组减振机构，所述从动轴的内壁上设置有多组减振机构。

4.根据权利要求1所述的刚度可调式半主动控制型车用扭转减振器，其特征在于：所述主动轴与所述正刚度结构的连接处的圆周上设置有主动轴花键。