CN107956835B - 可控阻尼分子弹簧车辆悬架 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可控阻尼分子弹簧车辆悬架,包括可压缩液压缸、不可压缩辅助缸、活塞、分子弹簧混合介质和磁流变液;其中:所述可压缩液压缸包括相互连接的端盖和缸体,端盖和缸体之间处设置有膜片,膜片和缸体之间形成的空腔内填充满分子弹簧混合介质;所述不可压缩辅助缸包括辅助缸体,辅助缸体套置在端盖远离缸体的一端;辅助缸体内壁和端盖外壁之间布置有第一密封圈,形成一个密封的腔室,该腔室内充满磁流变液;所述活塞包括相互连接的主活塞和辅助活塞,主活塞位于端盖和辅助缸体内部,并依次穿过端盖、辅助缸体延伸至辅助缸体外;辅助活塞位于膜片和缸体之间形成的空腔内。本发明结构简单、性能优越,可有效提升车辆的平顺性和操纵性。
Description
技术领域
本发明涉及一种既能提供弹性支撑,又能提供阻尼效果的车辆悬架,属于车辆工程技术领域。
背景技术
随着消费者对车辆乘坐舒适性和操控性的要求标准越来越高,提高车辆行驶平顺性和操控性一直是汽车设计人员追求的目标。车辆悬架核心减振单元包括弹性元件和阻尼元件两个部分。目前市场上常见车辆的悬架系统所采用的弹性元件如纵置板簧、横置板簧、螺旋弹簧、扭杆等,这些弹性元件存在隔振性能差、承载能力不足等问题;而高端悬架系统采用的弹性元件如空气弹簧有体积大、价格高昂等缺点。车辆悬架正常使用时,上述弹性元件还需要配备液压阻尼器作为阻尼减振元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种可控阻尼分子弹簧车辆悬架,能够同时提供弹性支撑和阻尼效果,以简化车辆悬架的体积和重量,使车辆悬架结构更加简单。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:包括可压缩液压缸、不可压缩辅助缸、活塞、分子弹簧混合介质和磁流变液;其中:
所述可压缩液压缸包括相互连接的端盖和缸体,端盖和缸体之间设置有膜片,膜片的中心开设有通孔,膜片和缸体之间形成的空腔内填充满分子弹簧混合介质;
所述不可压缩辅助缸包括辅助缸体,所述辅助缸体套置在端盖远离缸体的一端;辅助缸体内壁和端盖外壁之间布置有第一密封圈,形成一个密封的腔室,该腔室内充满磁流变液;
所述活塞包括相互连接的主活塞和辅助活塞,主活塞位于端盖和辅助缸体内部,并依次穿过端盖、辅助缸体延伸至辅助缸体外,且主活塞与端盖、辅助缸体的接触处均设置有第二密封圈;辅助活塞位于膜片和缸体之间形成的空腔内;辅助活塞与主活塞连接的一端为带螺纹的阶梯轴,阶梯轴与膜片中心的通孔相适配,阶梯轴通过螺纹将辅助活塞与主活塞、膜片固定在一起,并形成密封;辅助活塞的另一端为导向塞,导向塞的外缘与缸体的内壁间隙配合;所述主活塞位于辅助缸体内部分设置有阻尼段,该阻尼段的直径大于主活塞的直径,厚度小于辅助缸体的长度,阻尼段与辅助刚体内壁之间有间隙,形成阻尼孔,阻尼段上沿周向开槽,槽内布置有励磁线圈。
所述膜片设置在端盖和缸体的连接处之间,并通过第一紧固螺钉固定。
所述辅助缸体通过第二紧固螺钉固定在端盖上。
所述导向塞上开设有通孔。
所述导向塞的端面设置有缓冲橡胶垫。
所述分子弹簧混合介质由液体和多孔疏液材料组成,所述液体为水或以水为溶剂的溶液或水银,所述疏液的多微孔材料为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物。
所述膜片为夹布膜片,由高强度帘线层和橡胶层硫化而成。
所述膜片受压时形成帽式褶皱,所述主活塞近辅助活塞一端被包裹在帽式褶皱内。
所述膜片的边缘有凸起橡胶环形成密封圈,缸体对应位置有凹槽,凸起橡胶环嵌入该凹槽内。
所述缸体远离端盖的一端开设有螺纹孔,并通过第一堵头和第一组合密封垫将该螺纹孔密封。
所述辅助缸体远离端盖的一端开设有螺纹孔,并通过第二堵头和第二组合密封垫将该螺纹孔密封。
有益效果:本发明提供的可控分子弹簧车辆悬架系统,采用一个液压元件同时实现弹性和阻尼特性,且具有高承载刚度、低动态刚度和可控的阻尼,大大简化了车辆悬架的结构,减小了车辆悬架的体积,并提高了车辆悬架系统的性能,在实现车辆的优越隔振性能的同时使车辆具备高操控性能,和现有车辆悬架相比具有颇为突出的优势。具体表现为:
本发明采用分子弹簧混合介质和磁流变液为工作介质,由于分子弹簧介质具有高静低动的刚度特性,可控阻尼分子弹簧车辆悬架具有高承载能力和低固有频率,承载能力和隔振性能均优于采用传统弹性元件的车辆悬架。由于疏液多孔材料具有高比表面积和极高孔隙率,因此极小的分子弹簧介质即可满足车辆悬架的储能需求和位移需求,因此可控阻尼分子弹簧车辆悬架具有体积小的优势。
传统车辆悬架需要独立的阻尼元件和弹性元件,而本发明的可控阻尼分子弹簧车辆悬架仅需一个元件即可实现弹性支撑和阻尼缓冲耗能,显著简化了车辆悬架的结构,进一步减小了车辆悬架的体积,降低了车辆悬架重量,节省了大量的安装空间。
本发明的可控阻尼分子弹簧车辆悬架还可提供可控的阻尼特性,可实现非线性阻尼特性或实现半主动振动控制。
本发明的可控阻尼分子弹簧车辆悬架具有高刚度-低刚度-高刚度的三段分段刚度和可控阻尼特性,正常工作状态下分子弹簧车辆悬架处于低刚度段,且通过控制励磁线圈电流使悬架具有较小阻尼,保证优异的平顺性;车辆急刹或者受到来自地面的强烈冲击时,高刚度段可有效限制车身的最大位移,同时通过控制励磁线圈电流使悬架阻尼瞬间增加,保证车辆的良好的操纵性。
通过可压缩液压缸一侧开设的螺纹孔处可方便的向可控阻尼分子弹簧车辆悬架可压缩液压缸内增、减疏液多孔材料,通过增、减疏液多孔材料可改变可控阻尼分子弹簧车辆悬架刚度,因此可灵活调节可控阻尼分子弹簧车辆悬架性能。
采用膜片密封避免了传统高压动密封引起的高摩擦力,还具有结构简单、使用寿命长等优势。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图中,101-端盖,102-缸体,103-膜片,1031-凸起橡胶环,104-第一紧固螺钉,105-第一堵头,106-第一组合密封垫,107-垫片;201-辅助缸体,202-第一密封圈,203-第二堵头,204-第二组合密封垫,205-第二紧固螺钉;301-主活塞,3011-阻尼段,3012-励磁线圈,302-辅助活塞,3021-阶梯轴,3022-导向塞,3023-缓冲橡胶垫,3024-通孔,303-第二密封圈;401-液体,402-多孔疏液材料;5-磁流变液。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示为本发明的一种可控阻尼分子弹簧车辆悬架,包括可压缩液压缸、不可压缩辅助缸、活塞、分子弹簧混合介质和磁流变液5;可压缩液压缸内部充满分子弹簧混合介质,活塞压缩可压缩液压缸内分子弹簧混合介质提供弹性;不可压缩辅助缸内充满磁流变液,活塞运动时磁流变液流过阻尼孔产生可控的阻尼。其中:
可压缩液压缸包括相互连接的端盖101和缸体102,端盖101和缸体102之间的连接处设置有膜片103,并通过第一紧固螺钉104固定,膜片103的中心开设有通孔,膜片103和缸体102之间形成的空腔内填充满分子弹簧混合介质;缸体102远离端盖101的一端开设有螺纹孔,并通过第一堵头105和第一组合密封垫106将该螺纹孔密封,通过该螺纹孔填充或增减分子弹簧混合介质。
不可压缩辅助缸包括辅助缸体201,所述辅助缸体201套置在端盖101远离缸体102的一端,并通过第二紧固螺钉205固定;辅助缸体201内壁和端盖101外壁之间布置有第一密封圈202,形成一个密封的腔室,该腔室内充满磁流变液5;辅助缸体201远离端盖101的一端开设有螺纹孔,并通过第二堵头203和第二组合密封垫204将该螺纹孔密封,通过该螺纹孔添加磁流变液。
活塞包括相互连接的主活塞301和辅助活塞302,主活塞301位于端盖101和辅助缸体201内部,并依次穿过端盖101、辅助缸体201延伸至辅助缸体201外,且主活塞301与端盖101、辅助缸体201的接触处均设置有第二密封圈303,形成密封;辅助活塞302位于膜片103和缸体102之间形成的空腔内;辅助活塞302与主活塞301连接的一端为带螺纹的阶梯轴3021,阶梯轴3021与膜片103中心的通孔相适配,阶梯轴3021伸入主活塞301中,并通过螺纹将辅助活塞302与主活塞301、膜片103及垫片107固定在一起,并形成密封,将膜片103和缸体102之间形成一个密封的空腔;辅助活塞302的另一端为导向塞3022,导向塞3022的外缘与缸体102的内壁间隙配合,起导向作用,导向塞3022上开设有通孔3024,分子弹簧混合介质可以自由通过导向塞上的通孔3024,导向塞3022的端面设置有缓冲橡胶垫3023,当行程过大时可提供缓冲效果;主活塞301位于辅助缸体201内部分设置有阻尼段3011,该阻尼段3011的直径大于主活塞301的直径,厚度小于辅助缸体201的长度,阻尼段3011与辅助刚体12内壁之间有间隙,形成阻尼孔,阻尼段3011上沿周向开槽,槽内布置有励磁线圈3012。
分子弹簧混合介质由液体401和多孔疏液材料402组成,所述液体401为水或以水为溶剂的溶液或水银,所述疏液的多微孔材料402为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物。
膜片103为夹布膜片,由高强度帘线层和橡胶层硫化而成,高强度帘线层的理论耐压值为140MPA。
膜片103受压时形成帽式褶皱,主活塞301近辅助活塞302一端被包裹在帽式褶皱内。
膜片103的边缘有凸起橡胶环1031形成密封圈,缸体102对应位置有凹槽,凸起橡胶环1031嵌入该凹槽内。
当外界激励传至主活塞301时,主活塞301和辅助活塞302会延期轴向运动,同时产生如下两种效果:首先,主活塞301带动膜片103压缩可压缩液压缸内分子弹簧混合介质,使得分子弹簧混合介质提供弹性并产生高静低动刚度特性;另外,随着主活塞301的移动,辅助缸体201内的磁流变液5不可避免的要流过阻尼孔,通过控制励磁线圈3012内的电流,辅助缸体201可以产生可控的阻尼特性。辅助活塞302的端面布置缓冲橡胶垫3023,当可控阻尼分子弹簧车辆悬架受到过大冲击时,主活塞301连同辅助活塞302行程过大,缓冲橡胶垫3023将接触缸体102并提供缓冲效果。
分子弹簧混合介质是由液体和具有一类具有大量纳米级疏液微孔的多孔疏液材料混合而成的新型功能材料,在高压下,液体的分子可以侵入多孔疏液材料的疏液微孔并储存能量,在卸载时液体分子自动逸出疏液微孔并释放能量,这个过程中,机械能和液固表面能之间相互转化并消耗少量能量。利用分子弹簧材料的这一特性即可实现隔振和缓冲。
在分子弹簧混合介质的过程中,由于多孔材料具有疏液性,低压下(压强小于临界压强)液体的分子无法进入疏液微孔,因此分子弹簧表现出极高的刚度;然而一旦压强达到临界压强,液体分子将克服毛细管力大量侵入疏液微孔,导致分子弹簧刚度骤然降低;随着压强进一步增加,疏液微孔达到饱和后,分子弹簧又表现出高刚度,因此分子弹簧介质具有高刚度-低刚度-高刚度的三段分段刚度。得益于分子弹簧的特殊工作机理,分子弹簧车辆悬架可提供高静低动的刚度特性。
增加多孔疏液材料的数量可以增加疏液微孔总体积,从而增加侵入疏液微孔的液体分子的数量,从而改变分子弹簧的工作刚度;因此分子弹簧的工作刚度可通过改变多孔疏液材料的数量灵活的调节。
磁流变液是由微米尺寸的高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体(矿物油、硅油等)混合而成的悬浮体,在无磁场作用下表现为流动良好的液体状态,在外加磁场作用下器粘度可在毫秒级时间内增加两个数量级以上,呈现类似固体的力学性质。励磁线圈缠绕于磁流变阻尼器的活塞轴上来产生磁场,磁流变液在磁场作用下粘度发生变化,因此可通过改变励磁线圈的电流获得连续可调的阻尼特性。
膜片是由高强度帘线层和橡胶层硫化成的柔性密封件,膜片受压时形成帽式褶皱,所述主活塞右端被包裹在帽式褶皱内,当主活塞和辅助活塞左右运动时,膜片的帽式褶皱也随着运动,因此主活塞可实现对可压缩液压缸内分子弹簧介质的压缩或卸载,从而提供弹性支撑作用。活塞压缩可压缩液压缸内分子弹簧混合介质提供弹性并产生高静低动刚度特性。主活塞的阻尼段布置励磁线圈,通过改变励磁线圈的电流,可改变辅助缸内的磁流变液的粘度,使主活塞运动时磁流变液产生可控的阻尼。因此可控阻尼分子弹簧车辆悬架兼具高静低动刚度特性和可控的阻尼特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:包括可压缩液压缸、不可压缩辅助缸、活塞、分子弹簧混合介质和磁流变液(5);其中:
所述可压缩液压缸包括相互连接的端盖(101)和缸体(102),端盖(101)和缸体(102)之间设置有膜片(103),膜片(103)的中心开设有通孔,膜片(103)和缸体(102)之间形成的空腔内填充满分子弹簧混合介质;
所述不可压缩辅助缸包括辅助缸体(201),所述辅助缸体(201)套置在端盖(101)远离缸体(102)的一端;辅助缸体(201)内壁和端盖(101)外壁之间布置有第一密封圈(202),形成一个密封的腔室,该腔室内充满磁流变液(5);
所述活塞包括相互连接的主活塞(301)和辅助活塞(302),主活塞(301)位于端盖(101)和辅助缸体(201)内部,并依次穿过端盖(101)、辅助缸体(201)延伸至辅助缸体(201)外,且主活塞(301)与端盖(101)、辅助缸体(201)的接触处均设置有第二密封圈(303);辅助活塞(302)位于膜片(103)和缸体(102)之间形成的空腔内;辅助活塞(302)与主活塞(301)连接的一端为带螺纹的阶梯轴(3021),阶梯轴(3021)与膜片(103)中心的通孔相适配,阶梯轴(3021)通过螺纹将辅助活塞(302)与主活塞(301)、膜片(103)固定在一起,并形成密封;辅助活塞(302)的另一端为导向塞(3022),导向塞(3022)的外缘与缸体(102)的内壁间隙配合;所述主活塞(301)位于辅助缸体(201)内部分设置有阻尼段(3011),该阻尼段(3011)的直径大于主活塞(301)的直径,厚度小于辅助缸体(201)的长度,阻尼段(3011)与辅助刚体(12)内壁之间有间隙,形成阻尼孔,阻尼段(3011)上沿周向开槽,槽内布置有励磁线圈(3012)。
2.根据权利要求1所述的可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:所述膜片(103)设置在端盖(101)和缸体(102)的连接处之间,并通过第一紧固螺钉(104)固定。
3.根据权利要求1所述的可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:所述辅助缸体(201)通过第二紧固螺钉(205)固定在端盖(101)上。
4.根据权利要求1所述的可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:所述导向塞(3022)上开设有通孔(3024)。
5.根据权利要求1所述的可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:所述导向塞(3022)的端面设置有缓冲橡胶垫(3023)。
6.根据权利要求1所述的可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:所述分子弹簧混合介质由液体(401)和多孔疏液材料(402)组成,所述液体(401)为水或以水为溶剂的溶液或水银,所述多孔疏液材料(402)为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物。
7.根据权利要求1所述的可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:所述膜片(103)为夹布膜片,由高强度帘线层和橡胶层硫化而成。
8.根据权利要求1所述的可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:所述膜片(103)受压时形成帽式褶皱,所述主活塞(301)近辅助活塞(302)一端被包裹在帽式褶皱内。
9.根据权利要求1所述的可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:所述膜片(103)的边缘有凸起橡胶环(1031)形成密封圈,缸体(102)对应位置有凹槽,凸起橡胶环(1031)嵌入该凹槽内。
10.根据权利要求1所述的可控阻尼分子弹簧车辆悬架,其特征在于:所述缸体(102)远离端盖(101)的一端开设有螺纹孔,并通过第一堵头(105)和第一组合密封垫(106)将该螺纹孔密封;所述辅助缸体(201)远离端盖(101)的一端开设有螺纹孔,并通过第二堵头(203)和第二组合密封垫(204)将该螺纹孔密封。
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