CN108412940B - 一种磁流变阀控阻尼无级可调式减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流变阀控阻尼无级可调式减振器，由磁流变阀控单元和液压单元构成；在磁流变阀控单元中设置活塞杆为中空杆体，套装在活塞杆中的柱塞杆能够中空杆体中轴向移动；柱塞杆的尾端与设置在磁流变弹性体中的支撑件固定连接；利用柱塞杆的移动改变活塞杆侧壁上液流孔的过流面积，即改变可变阀孔的开度；设置线圈提供用于控制磁流变弹性体的刚度的闭合磁场。本发明利用磁流变弹性体刚度的改变控制可变阀孔的开度，实现了输出阻尼力实时无级可控。

Description

一种磁流变阀控阻尼无级可调式减振器

技术领域

本发明涉及车用悬架振动/冲击可控减振执行器，更具体地说是一种磁流变阀控阻尼无级可调式减振器。

背景技术

振动可能会引起系统和有关设备的结构疲劳损坏，缩短使用寿命。比如车辆行驶过程中，影响其行驶平顺性、操作稳定性的是道路的不平坦和各种惯性力，其中道路的不平坦是影响悬架动力学特性的主要因素，来自不平坦路面激励信号可分为振动和冲击两类。冲击与振动越来越受到人们的关注，随之减振器作为控制冲击与振动的主要器件得以迅速发展，冲击与振动的控制效果得到了较大的改善。从弹簧减振器到液压减振器这类被动减振器的出现到性能更好的半主动式减振器再到主动式减振器，减振器的减振吸能效果越来越好。

普通减振器包括橡胶减振器、弹簧减振器和液压减振器等。橡胶减振器利用橡胶受力形变的特点，将车身与车架的振动能量转化为橡胶的形变能，但橡胶的变形较小，减振效果差。弹簧减振器利用弹簧的弹力形成对振动的阻尼力，使车身与车架的振动能量转化为弹簧的弹性势能，然后再缓慢释放，其减振器减振效果缓慢，且对弹簧的材质有比较高的要求。液压减振器利用油液与孔壁间的摩檫及液体分子间摩檫形成对振动的阻尼力，使车身与车架的振动能量转化为热能，被油液和减振器壳体吸收，然后散到大气中，因其阻尼力的大小随着车架与车轮的相对速度的增减而增减，所以阻尼力的大小并不可控，更无法实现无级可调，当减振器中的油液出现泄漏时，减振效果变差，甚至消失，活塞磨损和温度变化会影响减振效果、结构复杂、体积大。磁流变液减振器在一定程度上实现了阻尼力的可调功能，但其阻尼力的可调性能受粘度变化的影响，调节效果不佳，同时，磁流变液用量大、成本高。

发明内容

本发明是为解决上述现有技术所存在的不足，提供一种磁流变阀控阻尼无级可调式减振器，通过对磁流变弹性体刚度大小的控制，在不改变磁流变减振器性能的前提下节约成本与空间；通过对磁场的控制使磁流变减振器的阻尼力获得更大的可控范围，响应时间更短；通过结构上的巧妙设计和对磁流变材料的高效利用，将磁流变弹性体刚度变化与液流阀控开度的变化相关联，实现阻尼无极可调型减振。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明磁流变阀控阻尼无级可调式减振器的结构特点是所述减振器是由磁流变阀控单元和液压单元构成；

所述磁流变阀控单元的结构形式是：设置一活塞杆为中空杆体，与所述活塞杆同轴设置的柱塞杆套装在活塞杆的中空杆体内，并可在中空杆体中沿轴向往复移动；所述柱塞杆的尾端穿过磁流变弹性体，并且与设置在磁流变弹性体中的磁流变弹性体支撑件固定连接；柱塞杆的前端利用其侧壁能够遮挡开设在活塞杆的前端侧壁上的液流孔，利用柱塞杆在活塞杆的中空杆体中的移动，改变活塞杆的侧壁上液流孔的过流面积，即改变可变阀孔的开度；由下盖、上盖和设置在上盖端面上的端盖构成腔室，所述磁流变弹性体设置在所述腔室内，并在腔室中设置线圈，利用所述线圈提供用于控制磁流变弹性体的刚度的闭合磁场；活塞杆的尾端与下盖固定连接；

所述液压单元是由成套筒结构的工作缸筒和外缸体构成与活塞相配合的活塞筒，活塞杆的前端与活塞固定连接，活塞筒内充满阻尼液，所述活塞上设置的阻尼孔使活塞筒中位于活塞两侧的腔体相连通，活塞杆的侧壁上液流孔经活塞杆的中空腔使活塞筒中位于活塞两侧的腔体相连通，改变活塞杆上液流孔的过流面积可改变减振器的输出阻尼力大小。

本发明磁流变阀控阻尼无级可调式减振器的结构特点也在于：所述液压单元由下底座对活塞筒进行底端封闭，下底座内端面设置为凹面，并有与活塞筒相配合的浮动活塞对所述凹面进行封闭，形成气密腔作为补偿气囊，用于补偿在活塞左右移动时活塞杆占用的体积。

本发明磁流变阀控阻尼无级可调式减振器的结构特点也在于：在所述磁流变阀控单元中，线圈套筒与柱塞杆处在同轴位置上，柱塞杆在线圈套筒的中腔筒内可轴向滑动，在所述线圈和磁流变弹性体的外部设置圆筒状隔磁套，用于引导磁场从磁流变弹性体中经过，所述上盖、下盖和线圈套筒均以导磁材料为材质，线圈产生的磁场经过上盖、下盖、磁流变弹性体以及线圈套筒形成闭合回路，改变磁场强度能够改变磁流变弹性体的刚度，进而改变磁流变弹性体的变形量。

本发明磁流变阀控阻尼无级可调式减振器的结构特点也在于：所述线圈套筒在朝向磁流变弹性体所在的一端设置为环形端面，利用其环形端面使线圈与磁流变弹性体相隔离，分处在各自的独立空间内。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明解决了传统能量吸收器效率低阻尼力不可控的问题，磁流变弹性体响应时间短，仅在毫秒级，可实现对振动/冲击激励的快速响应，达到阻尼力实时无级可控的效果。

2、本发明结构紧凑，利用磁流变弹性体的刚度变化，使柱塞杆的轴向移动阻力发生改变，以此改变减振器液流阀孔的开度，进而控制减振器的阻尼力大小。这一结构形式大大减少了磁流变弹性体的用量，从根本上降低了磁流变液减振器的成本。

3、本发明中磁流变阀控单元的可变阀孔的合理布置避免了减振器为实现阻尼可变而造成机构冗余，能够顺利应用于空间受限的领域。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中磁流变阀控单元磁路原理图；

图3为本发明中可变阀孔结构示意图；

图4为本发明应用于车辆悬架结构示意图；

图5为本发明在振动/冲击激励时的控制系统原理图。

图中标号：1下底座，2密封圈，3工作缸筒，4活塞，4a阻尼孔，5活塞杆，5a液流孔，6防尘套，7储油缸筒螺母，8柱塞杆，9磁流变弹性体支撑件，10磁流变弹性体，11隔磁套，12上盖，13端盖，14线圈套筒，15线圈，16下盖，17浮动活塞，18导向套，19杆体密封圈，20外缸体，500磁流变阀控阻尼无级可调式减振器，501车身，502车桥，503车轮。

具体实施方式

本实施例中磁流变阀控阻尼无级可调式减振器是由磁流变阀控单元和液压单元构成。

如图1和图2所示，磁流变阀控单元的结构形式是：设置一活塞杆5为中空杆体，与活塞杆5同轴设置的柱塞杆8套装在活塞杆5的中空杆体内，并可在中空杆体中沿轴向往复移动；柱塞杆8的尾端穿过磁流变弹性体10，并且与设置在磁流变弹性体10中的磁流变弹性体支撑件9固定连接；柱塞杆8的前端利用其侧壁能够遮挡开设在活塞杆5的前端侧壁上的液流孔5a，利用柱塞杆8在活塞杆5的中空杆体中的移动，改变活塞杆5的侧壁上液流孔的过流面积，即改变可变阀孔的开度；进而实现减振器输出阻尼力的实时可控；由下盖16、上盖12和设置在上盖12端面上的端盖13构成腔室，磁流变弹性体10设置在腔室内，并在腔室中设置线圈15，利用线圈15提供用于控制磁流变弹性体10的弹性的闭合磁场；活塞杆5的尾端通过螺纹与下盖16固定连接。

如图1所示，液压单元是由成套筒结构的工作缸筒3和外缸体20构成与活塞4相配合的活塞筒，活塞杆5的前端通过螺纹与活塞4固定连接，活塞筒内充满阻尼液，活塞4上设置的阻尼孔4a使活塞筒中位于活塞两侧的腔体相连通，活塞杆5的侧壁上液流孔经活塞杆5的中空腔使活塞筒中位于活塞两侧的腔体相连通，改变活塞杆5上液流孔的过流面积可改变减振器的输出阻尼力大小。

图1中示出，本实施例中，液压单元由下底座1和密封圈2对活塞筒进行底端封闭，下底座1内端面设置为凹面，并有与活塞筒相配合的浮动活塞17对凹面进行封闭，形成气密腔作为补偿气囊，用于补偿在活塞4左右移动时活塞杆5占用的体积；在活塞筒的另一端设置导向套18，活塞杆5在导向套18中得到轴向导向，在导向套18与活塞杆5之间设置杆体密封圈19，用于防止阻尼液外溢；储油缸筒螺母7通过密封圈19和导向套18压紧，在储油缸筒螺母7的外部设置防尘套6。

图2中示出，本实施例在磁流变阀控单元中，线圈套筒14与柱塞杆8处在同轴位置上，柱塞杆8在线圈套筒14的中腔筒内可轴向滑动，在线圈5和磁流变弹性体10的外部设置圆筒状隔磁套11，用于引导磁场从磁流变弹性体10中经过，隔磁套11由导磁率极低的材料制成，如：不锈钢304和硬铝6061等，隔磁套11与线圈套筒14固定连接；上盖12、下盖16和线圈套筒14均以高导磁材料为材质，比如：20钢和DT4等；线圈15产生的磁场经过上盖12、下盖16、磁流变弹性体10以及线圈套筒14形成闭合回路，改变磁场强度能够改变磁流变弹性体10的刚度，进而改变磁流变弹性体10的变形量；线圈套筒14在朝向磁流变弹性体10所在的一端设置为环形端面，利用其环形端面使线圈5与磁流变弹性体10相隔离，分处在各自的独立空间内，磁流变弹性体10置于由线圈套筒14、隔磁套11以及下盖16构成的磁流变弹性体腔室内，并保证磁流变弹性体10在腔室内具有一定的弹性变形空隙；上盖12与下盖16之间为螺纹连接，用于固定和保护减振器，并能承受较大的冲击力和压力。

具体实施中，柱塞杆8是以304不锈钢为材质的独立加工构件，要求柱塞杆8具有足够的强度，表面热处理后镀铬处理，以满足耐磨性和表面粗糙度的要求；磁流变弹性体支撑件9同是以304不锈钢为材质，304不锈钢具有隔磁的特点，能有效引导磁场通过磁流变弹性体10，并且防止磁泄露，最大化利用所生成的磁场。

当负载改变时，电流驱动器改变线圈15中的电流，穿过磁流变弹性体10的磁场强度随之改变，磁场强度的改变影响磁流变弹性体10的刚度，进而导到磁流变弹性体10对柱塞杆的压力所产生的变形发生变化，因此改变活塞杆上液流孔的过流面积，实现减振器阻尼力的可控。

在压缩行程中，柱塞杆8受液体压力朝向磁流变弹性体10所在一端移动，导致活塞杆上液流孔的开度增大，流过活塞的阻尼液的流量增大，减振器产生的阻尼力变小；在拉伸行程时，工作缸筒3的底部产生真空度，柱塞杆8在压差的作用下朝向远离磁流变弹性体10所在一端移动，导致活塞杆上液流孔的开度减小，流过活塞的阻尼液的流量减少，减振器产生的阻尼力变大；在不通电的情况下，磁流变弹性体的刚度为一个较小的固定值，液体压强达到一定值时，磁流变弹性体10的变形能够改变液流孔的开度大小，产生相应的被动阻尼力，因此，本发明中减振器在断电或者系统失控的情况下，依然能够作为一个被动阻尼器进行工作。

图4所示为利用本发明中磁流变阀控阻尼无级可调式减振器应用于车辆悬架的结构示意图；相比基于传统磁流变液减振器的半主动悬架而言，图4所示是由磁流变阀控阻尼无级可调式减振器500联系车身501与车桥502(或车轮503)，实现汽车减振；在系统失效或者断电的状态下，由于其被动特性也能够继续保持一定的减振性能。简化系统复杂性的同时也明显地节约了材料和优化车辆悬架的安装空间，对汽车半主动悬架系统的研发与应用具有极为重要的推进作用。

如图5所示为本发明在振动/冲击激励时的控制系统原理图，系统检测到外界的振动/冲击激励，经分析将信号传递给控制器，由控制器向电流驱动器传递相应的控制信号，电流驱动器接收控制信号后输出控制电流至阀控单元内的线圈，线圈产生的磁场强弱影响磁流变弹性体的刚度；磁流变弹性体的刚度变化通过磁流变弹性体支撑件影响柱塞杆所受到的移动阻力；柱塞杆在活塞杆中轴向移动，移动的阻力越大，移动距离越小，则活塞杆上液流孔的开度则越小；活塞杆上液流孔开度的大小影响磁流变阀控阻尼无级可调式减振器输出阻尼力的大小。本发明中磁流变阀控阻尼无级可调式减振器为实时可控，因此减振器会将速度等反馈信号传递给控制器，使控制器迅速调整控制信号，实现阻尼力实时无级可调。

Claims (3)

1.一种磁流变阀控阻尼无级可调式减振器，其特征是所述减振器是由磁流变阀控单元和液压单元构成；

所述磁流变阀控单元的结构形式是：设置一活塞杆(5)为中空杆体，与所述活塞杆(5)同轴设置的柱塞杆(8)套装在活塞杆(5)的中空杆体内，并可在中空杆体中沿轴向往复移动；所述柱塞杆(8)的尾端穿过磁流变弹性体(10)，并且与设置在磁流变弹性体(10)中的磁流变弹性体支撑件(9)固定连接；柱塞杆(8)的前端利用其侧壁能够遮挡开设在活塞杆(5)的前端侧壁上的液流孔，利用柱塞杆(8)在活塞杆(5)的中空杆体中的移动，改变活塞杆(5)的侧壁上液流孔的过流面积，即改变可变阀孔的开度；由下盖(16)、上盖(12)和设置在上盖(12)端面上的端盖(13)构成腔室，所述磁流变弹性体(10)设置在所述腔室内，并在腔室中设置线圈(15)，利用所述线圈(15)提供用于控制磁流变弹性体(10)的刚度的闭合磁场；活塞杆(5)的尾端与下盖(16)固定连接；

所述液压单元是由成套筒结构的工作缸筒(3)和外缸体(20)构成与活塞(4)相配合的活塞筒，活塞杆(5)的前端与活塞(4)固定连接，活塞筒内充满阻尼液，所述活塞(4)上设置的阻尼孔使活塞筒中位于活塞两侧的腔体相连通，活塞杆(5)的侧壁上液流孔经活塞杆(5)的中空腔使活塞筒中位于活塞两侧的腔体相连通，改变活塞杆(5)上液流孔的过流面积可改变减振器的输出阻尼力大小；

在所述磁流变阀控单元中，线圈套筒(14)与柱塞杆(8)处在同轴位置上，柱塞杆(8)在线圈套筒(14)的中腔筒内可轴向滑动，在所述线圈(5)和磁流变弹性体(10)的外部设置圆筒状隔磁套(11)，用于引导磁场从磁流变弹性体(10)中经过，所述上盖(12)、下盖(16)和线圈套筒(14)均以导磁材料为材质，线圈(15)产生的磁场经过上盖(12)、下盖(16)、磁流变弹性体(10)以及线圈套筒(14)形成闭合回路，改变磁场强度能够改变磁流变弹性体(10)的刚度，进而改变磁流变弹性体(10)的变形量。

2.根据权利要求1所述磁流变阀控阻尼无级可调式减振器，其特征是：所述线圈套筒(14)在朝向磁流变弹性体(10)所在的一端设置为环形端面，利用其环形端面使线圈(5)与磁流变弹性体(10)相隔离，分处在各自的独立空间内。

3.根据权利要求1所述的磁流变阀控阻尼无级可调式减振器，其特征是所述液压单元由下底座(1)对活塞筒进行底端封闭，下底座(1)内端面设置为凹面，并有与活塞筒相配合的浮动活塞(17)对所述凹面进行封闭，形成气密腔作为补偿气囊，用于补偿在活塞(4)左右移动时活塞杆(5)占用的体积。

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