CN105539044B - 主动钢板弹簧馈能悬架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢板弹簧馈能悬架系统。包括依次连接的钢板弹簧模块、振动幅度放大模块、双向旋转变单向模块、控制力输出模块、双向离合模块和馈能电机。所述钢板弹簧一端连接在车架上，另一端连接吊耳。所述吊耳一端偏心连接在振动幅度放大模块上。车辆行驶过程中，利用振动幅度放大模块放大吊耳行程，带动馈能电机旋转产生电流，经过处理后存储在电池或超级电容中供汽车使用。同时馈能电机也可主动输出控制力，抑制车身振动。利用旋转电机和减振器配合可以提高车辆操纵稳定性和驾驶平顺性。

Description

主动钢板弹簧馈能悬架

技术领域

本发明涉及车辆领域，特指一种含有振动能量回收的主动钢板弹簧悬架系统，属于汽车节能减排领域。

背景技术

悬架作为传递车轮和车架之间力与力矩的机构，同时具有缓冲路面冲击，提高操纵稳定性和驾驶平顺性的作用。被动悬架因其参数不可调，已不能满足汽车行驶的需要。针对被动悬架的缺点，多种馈能主动、半主动悬架方案已被提出。但是针对大型载货汽车使用的馈能主动、半主动钢板弹簧悬架方案仍较少。专利号201310582198.4公开的载货车振动能量回收系统，利用连杆机构放大载货车辆行驶中的高频小幅振动。通过双作用气缸将振动能量转化为气压能存储在储气罐中。该专利要求的安装空间较大，回收能量的使用范围小且不能主动输出作动力提高车辆操稳性和平顺性。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提出一种安装空间小，可主动输出控制力的钢板弹簧馈能悬架系统。

本发明采取的技术方案如下：

主动钢板弹簧馈能悬架，其特征在于：包括钢板弹簧模块、振动幅度放大模块、单双向旋转变模块、控制力输出模块、双向离合模块和馈能电机，

所述钢板弹簧模块由吊耳、钢板弹簧和双向筒式减振器组成，钢板弹簧一端连接在车架上，另一端连接吊耳，中部连接双向筒式减振器；所述振动幅度放大模块由相啮合的第一齿轮和第二齿轮组成，第一齿轮的直径大于第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮分别固定于第一齿轮轴、第二齿轮轴上，所述第一齿轮轴焊接在车架上，第二齿轮轴穿过车架，与车架通过旋转副连接；吊耳的一端通过旋转副偏心连接在第一齿轮上；

控制力输出模块由第一太阳轮、第一行星架、第一行星轮、第一外齿圈、第二齿轮轴组成，所述第一太阳轮固定在第二齿轮轴上，第一行星轮与第一太阳轮啮合且套装在第一行星架上，与第一行星架通过旋转副连接。所述第一行星架固定在车架上，第一行星轮还与第一外齿圈下端啮合，第一外齿圈的上端套装在馈能电机的电机轴上，所述第一外齿圈上端内表面固结摩擦材料；

单双向旋转变模块位于第一外齿圈内部，单双向旋转变模块包括摩擦盘、第二行星架、第二行星轮、第二外齿圈、第一超越离合器、第二超越离合器、主轴以及第二太阳轮，第二太阳轮装在主轴上端，两者之间旋转副连接，所述第二太阳轮上表面固结摩擦材料，并与第二外齿圈啮合；第二超越离合器正装在主轴上、且与第二外齿圈啮合，第一超越离合器反装在主轴上、且与第二行星轮啮合，第二行星轮固定在第二行星架上并与第二外齿圈啮合，摩擦盘焊接在主轴下端；

双向离合模块包括两个离合器，离合器由电磁铁、离合器轴、螺旋弹簧与U型摩擦盘组成，U型摩擦盘上下端面均固结摩擦材料，电磁铁和螺旋弹簧依次套装在离合器轴上、并位于U型摩擦盘的凹槽内，两个离合器分别装在第二齿轮轴上端、馈能电机的电机轴下端，离合器轴为中空结构，电机轴、第二齿轮轴分别与离合器轴通过键连接。

进一步地，单双向旋转变模块与第一外齿圈内壁之间安装有弹性元件和双列角接触轴承，第二行星架固定在弹性支撑元件上。

进一步地，还包括外壳，所述外壳罩在控制力输出模块外部。

进一步地，外壳与控制力输出模块之间安装有弹性元件和双列角接触轴承。

进一步地，离合器轴套在电机轴、第二齿轮轴外部，电机轴、第二齿轮轴与离合器轴通过键连接。

本发明所述的钢板弹簧馈能悬架包括依次连接的钢板弹簧模块、振动幅度放大模块、单双向旋转变模块、控制力输出模块和馈能电机。所述钢板弹簧一端固定在车架上，另一端连接吊耳，中部连接双向筒式减振器。所述吊耳一端通过旋转副偏心连接在振动幅度放大模块的第一齿轮上。所述振动幅度放大模块通过大小不等的两个齿轮的啮合加快旋转速度。所述单双向旋转变模块通过一对安装方向相反的超越离合器和行星轮系组成，将第二齿轮轴高频的正反转转化为单向旋转。所述控制力输出模块通过一组行星轮系和离合器配合将电机的控制力输出到钢板弹簧实现抑制车身振动的效果。

车辆行驶过程中，当悬架系统工作在馈能模式下：钢板弹簧模块和振动幅度放大模块将来自路面的冲击转化为高速正反转运动，再通过单双向旋转变模块将高频正反转转化为高速单向旋转。从而带动馈能电机产生感应电流。感应电流通过馈能电路回收到蓄电池或超级电容中。当悬架系统工作在主动模式下时：电子控制器根据各传感器数据计算并控制输入到馈能电机的电流大小，输出悬架系统所需的控制力，减小车身振动的幅度，增加操纵稳定性和驾驶平顺性。

本发明的有益效果：保留了钢板弹簧的结构，增加了能量回收系统。并且可以主动输出控制力减小车身振动幅度，提高了操作稳定性和驾驶平顺性。

附图说明

图1是钢板弹簧馈能悬架系统。

图2是系统齿轮组机构简图。

图3是行星轮机构简图。

图4是U型摩擦盘结构图。

图中：101-外壳，102-双列角接触球轴承，103-套筒，104-弹性支撑元件，105-车架，106-第一齿轮，107-第二齿轮，108-吊耳，109-钢板弹簧，110-双向筒式减振器，111-第二齿轮轴，201-第一太阳轮，202-第一行星架，203-第一行星轮，204-第一外齿圈，301-摩擦盘，302-第二行星架，303-第二行星轮，304-第二外齿圈，305-第一超越离合器，306-第二超越离合器，307-主轴，308-第二太阳轮，309-电机轴，401-电磁铁，402-离合器轴，403-螺旋弹簧，404-U型摩擦盘。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

该主动钢板弹簧馈能悬架是将馈能电机集成到钢板弹簧悬架上而得到。如图1、图2所示，主动钢板弹簧馈能悬架包括：钢板弹簧模块、振动幅度放大模块、单双向旋转变模块、控制力输出模块、双向离合模块和馈能电机。

钢板弹簧模块由吊耳108、钢板弹簧109和双向筒式减振器110组成。钢板弹簧109一端连接在车架105上，另一端连接吊耳108，中部连接双向筒式减振器110。

所述振动幅度放大模块由相啮合的第一齿轮和第二齿轮组成，第一齿轮106的直径大于第二齿轮107，第一齿轮和第二齿轮分别固定于第一齿轮轴、第二齿轮轴上，所述第一齿轮轴焊接在车架105上，第二齿轮轴穿过车架105，与车架105通过旋转副连接；吊耳108的一端通过旋转副偏心连接在第一齿轮106上。

控制力输出模块由第一太阳轮201、第一行星架202、第一行星轮203、第一外齿圈204、第二齿轮轴111组成。所述第一太阳轮201固定在第二齿轮轴111上，第一行星轮203与第一太阳轮201啮合且套装在第一行星架202上，如图3所示，与第一行星架202通过旋转副连接。所述第一行星架202固定在车架105上，第一行星轮203还与第一外齿圈204下端啮合，第一外齿圈204的上端套装在馈能电机的电机轴309上，所述第一外齿圈上端内表面固结摩擦材料。

单双向旋转变模块位于第一外齿圈204内部，单双向旋转变模块包括摩擦盘301、第二行星架302、第二行星轮303、第二外齿圈304、第一超越离合器305、第二超越离合器306、主轴307以及第二太阳轮308，第二太阳轮308装在主轴307上端，两者之间旋转副连接，所述第二太阳轮308上表面固结摩擦材料，并与第二外齿圈304啮合；第二超越离合器306正装在主轴307上、且与第二外齿圈304啮合，第一超越离合器305反装在主轴307上、且与四个第二行星轮303啮合，第二行星轮303固定在第二行星架302上并与第二外齿圈304啮合，第二行星架302固定在弹性支撑元件104上，摩擦盘301焊接在主轴307下端。

双向离合模块包括两个离合器，离合器由电磁铁401、离合器轴402、螺旋弹簧403与U型摩擦盘404组成，如图4所示，U型摩擦盘404上下端面均固结摩擦材料，电磁铁401和螺旋弹簧403依次套装在离合器轴402上、并位于U型摩擦盘404的凹槽内，两个离合器分别装在第二齿轮轴111上端、馈能电机的电机轴309下端，离合器轴为中空结构，合器轴402套在电机轴、第二齿轮轴外部，电机轴、第二齿轮轴分别与离合器轴402通过键连接。

单双向旋转变模块与第一外齿圈204内壁之间安装有弹性元件104和双列角接触轴承102，第二行星架302固定在弹性支撑元件104上。控制力输出模块外套有外壳101，两者之间设有减少摩擦的双列角接触轴承102和起缓冲作用的弹性元件104。外壳101通过螺栓安装在车架105上。

实例1：在车辆行驶过程中，当悬架工作在馈能模式时，电磁铁401不工作。U型摩擦盘404分别与摩擦盘301和第二太阳轮307结合。若钢板弹簧109处于压缩状态，即车架与车桥相互远离时，吊耳108通过旋转副带动第一齿轮106顺时针旋转，第一齿轮带动第二齿轮107逆时针旋转，因为第一齿轮106的直径大于第二齿轮107，因此第二齿轮107的旋转角速度大于第一齿轮106。通过第二齿轮轴111和摩擦盘301将力和力矩传递到超越离合器，此时第一超越离合器305空转，第二超越离合器306带动第二外齿圈304旋转，再通过第二太阳轮308和离合器带动电机轴309旋转，电机因此产生的三相交流电经处理后储存在超级电容或电池中供汽车行驶过程中使用。若钢板弹簧处于伸张状态，即车架远离车桥时，第一齿轮106逆时针旋转带动第二齿轮107顺时针旋转，此时第二超越离合器306空转，第一超越离合器305带动第二行星轮303和第二外齿圈304旋转,再通过第二太阳轮308和离合器将力和力矩传输到电机轴308，从而带动电机旋转发电。

当悬架工作在主动模式时，电磁铁工作。离合器与摩擦盘301和第二太阳轮307分离，分别与第一太阳轮201和第一外齿圈204结合，根据簧上质量加速度信号和簧下加速度信号，系统控制器进行运算判断钢板弹簧109工作在压缩状态或拉伸状态。根据钢板弹簧109工作时所需要的阻尼的大小，电子控制单元控制外部蓄电池将电流输入旋转电机，旋转电机根据电流大小输出相应作动力。输出作动力通过第一外齿圈204，行星轮系和振动幅度放大模块传递到钢板弹簧109，起到抑制车身振动的作用，可以有效地提高驾驶平顺性和操纵稳定性。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.主动钢板弹簧馈能悬架，其特征在于：包括钢板弹簧模块、振动幅度放大模块、单双向旋转变模块、控制力输出模块、双向离合模块和馈能电机，

所述钢板弹簧模块由吊耳(108)、钢板弹簧(109)和双向筒式减振器(110)组成，钢板弹簧(109)一端连接在车架(105)上，另一端连接吊耳(108)，中部连接双向筒式减振器(110)；

所述振动幅度放大模块由相啮合的第一齿轮和第二齿轮组成，第一齿轮(106)的直径大于第二齿轮(107)，第一齿轮和第二齿轮分别固定于第一齿轮轴、第二齿轮轴(111)上，所述第一齿轮轴焊接在车架(105)上，第二齿轮轴(111)穿过车架(105)，与车架(105)通过旋转副连接；吊耳(108)的一端通过旋转副偏心连接在第一齿轮(106)上；

控制力输出模块由第一太阳轮(201)、第一行星架(202)、第一行星轮(203)、第一外齿圈(204)、第二齿轮轴(111)组成，所述第一太阳轮(201)固定在第二齿轮轴(111)上，第一行星轮(203)与第一太阳轮(201)啮合且套装在第一行星架(202)上，与第一行星架(202)通过旋转副连接；所述第一行星架(202)固定在车架(105)上，第一行星轮(203)还与第一外齿圈(204)下端啮合，第一外齿圈(204)的上端套装在馈能电机的电机轴(309)上，所述第一外齿圈上端内表面固结摩擦材料；

单双向旋转变模块位于第一外齿圈(204)内部，单双向旋转变模块包括摩擦盘(301)、第二行星架(302)、第二行星轮(303)、第二外齿圈(304)、第一超越离合器(305)、第二超越离合器(306)、主轴(307)以及第二太阳轮(308)，第二太阳轮(308)装在主轴(307)上端，两者之间旋转副连接，所述第二太阳轮(308)上表面固结摩擦材料，并与第二外齿圈(304)啮合；第二超越离合器(306)正装在主轴(307)上、且与第二外齿圈(304)啮合，第一超越离合器(305)反装在主轴(307)上、且与第二行星轮(303)啮合，第二行星轮(303)固定在第二行星架(302)上并与第二外齿圈(304)啮合，摩擦盘(301)焊接在主轴(307)下端；

双向离合模块包括两个离合器，离合器由电磁铁(401)、离合器轴(402)、螺旋弹簧(403)与U型摩擦盘(404)组成，U型摩擦盘(404)上下端面均固结摩擦材料，电磁铁(401)和螺旋弹簧(403)依次套装在离合器轴(402)上、并位于U型摩擦盘(404)的凹槽内，两个离合器分别装在第二齿轮轴(111)上端、馈能电机的电机轴(309)下端，离合器轴为中空结构，电机轴、第二齿轮轴分别与离合器轴(402)通过键连接。

2.根据权利要求1所述的主动钢板弹簧馈能悬架，其特征在于：单双向旋转变模块与第一外齿圈(204)内壁之间安装有弹性元件(104)和双列角接触轴承(102)，第二行星架(302)固定在弹性支撑元件(104)上。

3.根据权利要求1所述的主动钢板弹簧馈能悬架，其特征在于：还包括外壳(101)，所述外壳罩在控制力输出模块外部。

4.根据权利要求1所述的主动钢板弹簧馈能悬架，其特征在于：外壳(101)与控制力输出模块之间安装有弹性元件(104)和双列角接触轴承(102)。

5.根据权利要求1所述的主动钢板弹簧馈能悬架，其特征在于：离合器轴(402)套在电机轴、第二齿轮轴外部，电机轴、第二齿轮轴与离合器轴(402)通过键连接。