CN105673760A - 一种基于压电自感知的可调阻尼减振器 - Google Patents

一种基于压电自感知的可调阻尼减振器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于压电自感知的可调阻尼减振器,包括上吊耳、防尘罩、活塞杆、导向座总成、工作缸筒、工作活塞总成、密封圈、浮动活塞、密闭气室和下吊耳。工作活塞总成包括压紧块、限位块、限位杆、压电阀片、活塞、流通阀、活塞密封环、伸张阀、预设常通孔及压紧螺母;压电阀片由多个压电位移单元串联而成,压电位移单元由压电材料堆叠层与位移放大机构组成。压电阀片在油压力作用下产生感应电荷,通过电桥电路提取感应电压并施加控制电压,从而改变阀片尺寸,使得节流面积大小改变,实现阻尼系数可调。本发明基于压电自感知效应,将传感器与执行器集成在同一阀片,结构简化,控制稳定,动态响应速度高,避免了电容耦合。

Description

一种基于压电自感知的可调阻尼减振器
技术领域
本发明属于减振器领域,具体涉及一种基于压电自感知的可调阻尼减振器。
背景技术
目前,大部分车辆悬架部分仍使用传统的双筒式减振器,其阻尼系数不可随行驶工况进行调节,设计时只能保证在某种特定行驶工况下达到良好的减振条件,难以适应不同的道路状况,因而减振性能有限。此外,目前阻尼可调的减振器除了执行器外,大多需要额外设置传感器,这样不仅增加了能耗,不利于节能减排,并且使得装置复杂程度变高,稳定性降低。另外,如果执行器和传感器的距离较近,还会产生电容耦合,从而影响控制的精确性。
一个器件兼有传感器和执行器两种功能,称为自感知执行器,其优点是真正实现了同位控制:传感器的减少使被控对象附加质量降低;并且能够在致动过程中提取出独立于执行器控制信号的运动状态信息。
压电材料是近些年来发展起来的新型智能材料,在抑制结构振动方面也有着显著作用。其正逆压电效应都非常显著,广泛用于制作传感器和执行器,当压电材料承受应力时,会产生感应电荷,若是此时对压电材料再施加控制电荷和电压,则压电材料又可同时作为执行器,产生形变。通过电桥电路,可以将作为传感器的感应电压,和外部施加的控制电压分离,实现同一材料既作传感器又作执行器。
中国专利CN201410507596.4公开了一种压电自适应调节阻尼减振器,将两块压电陶瓷分别用作执行器与传感器,通过作动器的伸长与缩短,进行振动的抑制。虽然将压电材料分别用作传感器与作动器,但未实现压电执行器的自感知,并且结构复杂、可能出现电容耦合现象、输出的阻尼力十分有限。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种基于压电自感知的可调阻尼减振器,集成传感与作动功能,实现压电执行器的自感知;本发明在简化结构的同时,降低了响应时间,避免了电容耦合现象,提高了输出阻尼力,另外还改善了汽车行驶的平顺性问题。
本发明是通过以下技术方案实现上述目的的。
一种基于压电自感知的可调阻尼减振器,包括上吊耳、防尘罩、活塞杆、导向座总成、油液、工作缸筒、工作活塞总成、密封圈、浮动活塞、密闭气室和下吊耳;
所述导向座总成安装在所述工作缸筒顶部;
所述工作活塞总成,包括:压紧块、限位块、限位杆、压电阀片、活塞、流通阀、活塞密封环、伸张阀、预设常通孔及压紧螺母;
所述上吊耳焊接在防尘罩顶端,所述防尘罩内部焊接有活塞杆,所述活塞杆下端伸入工作缸筒内,且与工作活塞总成相连,并用压紧螺母固定;
所述活塞上下两端对称依次设有压电阀片、限位杆、限位块;
所述压电阀片由多个压电位移单元串联而成,所述压电位移单元由压电堆叠层与位移放大机构组成;
所述压电阀片一端固连在活塞杆上,另一端自由;所述的限位杆一端焊接在被压紧块固定的限位块上,另一端与压电阀片的各个压电位移单元连接节点固连,限制压电阀片的轴向位移;
所述活塞上设有流通阀、伸张阀及预设常通孔,所述压电阀片用于压紧覆盖流通阀和伸张阀,所述预设常通孔用于流通油液;活塞密封环装在所述活塞外围,其外径紧贴工作缸筒筒壁;
所述油液下部装有浮动活塞,所述浮动活塞与工作缸筒底端之间形成密闭气室,所述密闭气室充有气体,所述浮动活塞上装有O形密封圈,将油液和密闭气室内的气体分开。
进一步,所述压电堆叠层为多片压电材料堆叠而成;所述位移放大机构利用正交三角放大原理,设计成菱形对称结构,通过菱形两对角线的不等长来实现位移放大,其内设有与压电材料相连的通电导线。
进一步,所述导向座总成,包括:骨架油封、油封垫圈、油封弹簧及导向座。
更进一步,所述骨架油封与活塞杆配合,由油封弹簧压紧,所述骨架油封与油封弹簧之间设有油封垫圈;所述导向座与活塞杆配合紧贴工作缸筒筒璧设置。
本发明的有益效果为:
1.将压电材料与位移放大机构集成制成阀片,通过改变阀片电压大小,实现阀尺寸的改变,从而改变流通面积,实现阻尼系数调节的目的。
2.利用压电材料的自感知特征,使得压电阀片既作执行器又作传感器,节省材料,控制稳定性更好,能避免电容耦合。
3.采用浮动活塞与气室的结构,与传统双筒式减振器比较,结构简化,能更好的减少高频振动,整体阻尼系数调节范围更广。
附图说明
图1为本发明一种基于压电自感知的可调阻尼减振器的结构示意图;
图2为本发明中工作活塞总成的放大图;
图3为压电位移单元的结构示意图;
图4为用以分离感应电压和控制电压的电桥电路图。
其中:1-上吊耳;2-防尘罩;3-活塞杆;4-骨架油封;5-油封垫圈;6-油封弹簧;7-导向座;8-油液;9-工作缸筒;10-压紧块;11-限位块;12-限位杆;13-压电阀片;14-活塞;15-流通阀;16-活塞密封环;17-伸张阀;18-预设常通孔;19-压紧螺母;20-密封圈;21-浮动活塞;22-密闭气室;23-下吊耳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明,但是本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示,所述一种基于压电自感知的可调阻尼减振器,包括:上吊耳1、防尘罩2、活塞杆3、导向座总成、油液8、工作缸筒9、工作活塞总成、密封圈20、浮动活塞21、密闭气室22和下吊耳23;
所述导向座总成安装在所述工作缸筒9顶部;
所述导向座总成,包括:骨架油封4、油封垫圈5、油封弹簧6及导向座7;所述骨架油封4与活塞杆3配合,由油封弹簧6压紧,所述骨架油封4与油封弹簧6之间设有油封垫圈5;所述导向座7与活塞杆3配合紧贴工作缸筒9筒璧设置。
所述工作活塞总成,包括:压紧块10、限位块11、限位杆12、压电阀片13、活塞14、流通阀15、活塞密封环16、伸张阀17、预设常通孔18及压紧螺母19;
所述上吊耳1焊接在防尘罩2顶端,所述防尘罩2内部焊接有活塞杆3,所述活塞杆3下端伸入工作缸筒9内,且与工作活塞总成相连,并用压紧螺母18固定;
所述活塞14两端对称依次设有压电阀片13、限位杆12、限位块11,即活塞14上端从上至下依次设有限位块11、限位杆12、压电阀片13,活塞14下端从上至下依次设有压电阀片13、限位杆12、限位块11;
所述压电阀片13由多个压电位移单元串联而成,图3所示为压电位移单元的结构示意图,所述压电位移单元由压电堆叠层与位移放大机构组成;所述压电堆叠层为多片压电材料堆叠而成;所述位移放大机构利用正交三角放大原理,设计成菱形对称结构,通过菱形两对角线的不等长来实现位移放大,其内设有与压电材料相连的通电导线;所述的压电阀片13借由电桥电路(图4所示)提取感应电压并施加控制电压,实现同一机构既作传感器又作执行器。
所述压电阀片13一端固连在活塞杆3上,另一端自由;所述的限位杆12一端焊接在被压紧块10固定的限位块11上,另一端与压电阀片13的各个压电位移单元连接节点固连,限制压电阀片13的轴向位移;
所述活塞14上设有流通阀15、伸张阀17及预设常通孔18,所述压电阀片13用于压紧覆盖流通阀15和伸张阀17;所述的预设常通孔18可用以保证压电阀片13失效时基础减振功能的实现,即无论压电阀片13处于何种工作位置,所述油液8都可以通过预设常通孔18;活塞密封环16装在所述活塞14外围,其外径紧贴工作缸筒9筒壁,用于保证径向密封;
所述油液8下部装有浮动活塞21,所述浮动活塞21与工作缸筒9底端之间形成密闭气室22,所述密闭气室22充有气体,所述浮动活塞21上装有大断面的O形密封圈20,将油液8和密闭气室22内的气体分开。
如图3所示是压电位移单元示意图,所述的压电位移单元由压电堆叠层与位移放大机构组成,所述的压电堆叠层为多片压电材料堆叠,所述的位移放大机构利用正交三角放大原理,设计成菱形对称结构,通过菱形两对角线的不等长来实现位移放大,并内设有与压电材料相连的通电导线。
下面结合具体实施例对本发明的工作原理作进一步说明:
本实施例的基于压电自感知的可调阻尼减振器工作时,将上吊耳1与车身相连,下吊耳23与车轮相连;在工作缸筒9内注入油液8,当上吊耳1与下吊耳23之间产生相对运动时,活塞杆3随上吊耳1一起做往复运动,于是工作缸筒9内的油液8便反复地流过流通阀15、伸张阀17、预设常通孔18;活塞14孔壁与油液8间的摩擦及油液分子内摩擦形成对振动的阻尼力,阻尼系数的大小取决于节流面积大小。本发明的阻尼系数由定阻尼和可变阻尼两部分组成,预设常通孔18提供定阻尼,压缩阀和15伸张阀17通过压电阀片13改变节流面积大小,提供可变阻尼。当油液8往复运动时,压电阀片13受到油液8的压力产生感应电荷,通过图4所示的电桥电路提取感应电流,车辆系统中的ECU进行分析计算,并施加控制电荷;电桥电路将控制电荷与感应电荷分离,控制电压作用在压电阀片13两端;由于压电逆效应,压电材料产生形变,通过位移放大机构实现位移的放大,从而改变了流通阀15和伸张阀17的油液节流面积,实现阻尼系数可调。振动越剧烈,油压力越大,感应电压越大,施加的控制电压越大,压电阀片13伸长,节流面积越小,阻尼系数越大。反之,压电阀片13缩短,节流面积大,阻尼系数小。活塞杆3进出工作缸筒9引起工作缸筒9容积的变化,由浮动活塞21的上下运动来补偿。由于密闭气室22内充有高压氮气,能有效减少车轮受到突然冲击时产生的高频振动,并有助于消除噪声。
以上依据本发明的技术方案详细描述了具体实施方式。根据本发明的技术方案在不变更本发明的实质精神下,本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此,上文描述的具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明,而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

Claims (4)

1.一种基于压电自感知的可调阻尼减振器,其特征在于,包括上吊耳(1)、防尘罩(2)、活塞杆(3)、导向座总成、油液(8)、工作缸筒(9)、工作活塞总成、密封圈(20)、浮动活塞(21)、密闭气室(22)和下吊耳(23);
所述导向座总成安装在所述工作缸筒(9)顶部;
所述工作活塞总成,包括:压紧块(10)、限位块(11)、限位杆(12)、压电阀片(13)、活塞(14)、流通阀(15)、活塞密封环(16)、伸张阀(17)、预设常通孔(18)及压紧螺母(19);
所述上吊耳(1)焊接在防尘罩(2)顶端,所述防尘罩(2)内部焊接有活塞杆(3),所述活塞杆(3)下端伸入工作缸筒(9)内,且与工作活塞总成相连,并用压紧螺母(18)固定;
所述活塞(14)上下两端对称依次设有压电阀片(13)、限位杆(12)、限位块(11);
所述压电阀片(13)由多个压电位移单元串联而成,所述压电位移单元由压电堆叠层与位移放大机构组成;
所述压电阀片(13)一端固连在活塞杆(3)上,另一端自由;所述的限位杆(12)一端焊接在被压紧块(10)固定的限位块(11)上,另一端与压电阀片(13)的各个压电位移单元连接节点固连,限制压电阀片(13)的轴向位移;
所述活塞(14)上设有流通阀(15)、伸张阀(17)及预设常通孔(18),所述压电阀片(13)用于压紧覆盖流通阀(15)和伸张阀(17),所述预设常通孔(18)用于流通油液(8);活塞密封环(16)装在所述活塞(14)外围,其外径紧贴工作缸筒(9)筒壁;
所述油液(8)下部装有浮动活塞(21),所述浮动活塞(21)与工作缸筒(9)底端之间形成密闭气室(22),所述密闭气室(22)充有气体,所述浮动活塞(21)上装有O形密封圈(20),将油液(8)和密闭气室(22)内的气体分开。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电自感知的可调阻尼减振器,其特征在于,所述压电堆叠层为多片压电材料堆叠而成;所述位移放大机构利用正交三角放大原理,设计成菱形对称结构,通过菱形两对角线的不等长来实现位移放大,其内设有与压电材料相连的通电导线。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电自感知的可调阻尼减振器,其特征在于,所述导向座总成,包括:骨架油封(4)、油封垫圈(5)、油封弹簧(6)及导向座(7)。
4.根据权利要求3所述的一种基于压电自感知的可调阻尼减振器,其特征在于,所述骨架油封(4)与活塞杆(3)配合,由油封弹簧(6)压紧,所述骨架油封(4)与油封弹簧(6)之间设有油封垫圈(5);所述导向座(7)与活塞杆(3)配合紧贴工作缸筒(9)筒璧设置。
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