CN108488299A - 一种惯质系数可调式重型车用惯容器 - Google Patents

一种惯质系数可调式重型车用惯容器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种惯质系数可调式重型车用惯容器，包括：包括上吊耳(1)、上活塞杆(2)、上液槽(3)、上电磁阀(4)、液压缸筒(5)、惯性力发生器(6)、下电磁阀(7)、下液槽(8)、下活塞杆(9)、限位块(10)、液罐(11)和下吊耳(12)；所述液压缸筒(5)内填充有流体，所述惯性力发生器(6)外壁上开有螺旋槽，螺旋槽夹角为θ，螺旋槽外径R与缸筒(5)的内径r相等，即r＝R，所述螺旋槽与所述液压缸筒(5)紧密贴合，设置螺旋槽夹角0<θ≦90°或90°<θ≦180°，通过改变螺旋槽夹角θ的值，使得螺旋槽的有效横截面积得到改变，从而达到调节惯质系数的目的，可有效缓冲阶跃振动，且响应及时可靠。

Description

一种惯质系数可调式重型车用惯容器
技术领域
本发明涉及减振和车辆悬架技术领域，特别是涉及一种惯质系数可调式重型车用惯容器。
背景技术
随着汽车制造技术不断地发展和完善，人们不但要求客车要拥有较高的乘坐舒适性，同时也希望主要用于运输的重型车也能有较好的减振性能。一方面，随着网络购物行业兴起而兴起的物流行业需要运输大量易碎物品，一方面国内主要在售重型车的主要减振装置仍然为钢板弹簧。钢板弹簧是一种最为简单的减振装置，虽其结构简单，工作可靠，成本低廉，维修方便，但钢板弹簧只能用于非独立悬架，重量重，刚度大，舒适性差，远远不能满足当前物流运输易碎品或精密品的要求。
2003年，剑桥大学学者SIMTH提出了惯容器的思想，并设计出齿轮齿条式惯容器与滚珠丝杠式惯容器，实现了机械元件与电子网络之间严格的对应。目前惯容器有齿轮齿条式惯容器、滚珠丝杠惯容器、液力发生式惯容器、杠杆质量惯容器、扭转惯容器、少齿差行星齿轮扭转惯容器及摆线钢球扭转惯容器等多种形式。惯容器的提出，是汽车减振器研究领域中里程碑式的飞跃。但是，这些惯容器都存在相当多的移动部件，造成机构加工复杂，成本较高，各部件之间的摩擦也较多，且参数较为固定。
在车辆行驶的途中，受到的外力是非线性无规律的，且车辆本身的载重是不断变化的，由此，对应的惯容器的最优惯质系数也是不同的。对传统的带有飞轮式惯容器而言，要改变惯质系数会大大增加机构的复杂程度，加大了加工装配的困难程度和成本。
如中国专利申请号为：201610300595.1一种液力忆惯容器装置及其应用，公开了一种惯质系数可变惯容器，该惯容器通过在活塞上设置螺旋槽，与上下横截面积不统一的缸筒配合使用，通过活塞位移的改变达到连续改变惯容器惯质系数的目的。然而，车辆振动信号大多数情况下都是阶跃信号，惯质系数的连续性变化会产生严重的时滞现象。且该惯容器虽惯质系数可调，但因其螺旋槽参数、活塞大小、活塞行程不可变，实质上提供的是一种在一定范围内惯质系数变化过程固结且不可控的惯容器。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种惯质系数可调式重型车用惯容器，通过改变内置螺旋管路的物理结构，实现惯容器惯质系数可调的目的。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种惯质系数可调式重型车用惯容器，包括：包括上吊耳(1)、上活塞杆(2)、上液槽(3)、上电磁阀(4)、液压缸筒(5)、惯性力发生器(6)、下电磁阀(7)、下液槽(8)、下活塞杆(9)、限位块(10)、液罐(11)和下吊耳(12)；所述液压缸筒(5)内填充有流体，所述液压缸筒(5)内设有惯性力发生器(6)，所述惯性力发生器(6)内部填充有不可压缩性液体；所述惯性力发生器(6)上端面固定连接所述上活塞杆(2)，所述惯性力发生器(6)下端面固定连接所述下活塞杆(9)，所述惯性力发生器(6)内部安装有所述上电磁阀(4)和所述下电磁阀(7)，所述上电磁阀(4)安装于所述惯性力发生器(6)上端面内侧，所述下电磁阀(7)安装于所述惯性力发生器(6)下端面内侧；所述上活塞杆(2)穿出所述液压缸筒(5)上端面，所述上活塞杆(2)上端面与所述上吊耳(1)固定连接，所述下活塞杆(9)与所述限位块(10)固定连接，所述下活塞杆(9)穿出所述液压缸筒(5)下端面；所述上活塞杆(2)内部开有所述上液槽(3)，所述下活塞杆(9)内部开有所述下液槽(8)；所述上液槽(3)一端与所述上电磁阀(4)连接，另一端与所述液罐(11)连接；所述下液槽(8)一端与所述下电磁阀(7)相连，另一端与液罐(11)连接；其特征在于，所述惯性力发生器(6)外壁上开有螺旋槽，螺旋槽夹角为θ，螺旋槽外径R与缸筒(5)的内径r相等，即r＝R，所述螺旋槽与所述液压缸筒(5)紧密贴合。
进一步地，设置螺旋槽夹角0<θ≦90°，当车辆在行驶过程中遇到障碍或凹坑时，车辆悬架被压缩或拉伸，车轮相对于惯容器向上或向下运动，所述控制器打开所述上电磁阀(4)和所述下电磁阀(7)，依次通过所述液罐(11)和所述上液槽(3)、所述下液槽(8)向所述惯性力发生器(6)内填充不可压缩性液体，所述惯性力发生器(6)向上下两侧拉伸，所述螺旋槽夹角θ增大，螺旋槽单个槽道的横截面积增大，从而惯质系数减小；当车辆越过障碍或凹坑后，车辆悬架趋向于回复到常规状态，控制器打开所述上电磁阀(4)和所述下电磁阀(7)，将所述惯性力发生器(6)内的部分不可压缩性液体通过所述上液槽(3)和所述下液槽(8)排入所述液罐(11)，相应的，所述螺旋槽夹角θ减小，螺旋槽单个槽道的横截面积减小，从而惯质系数增大。
进一步地，所述不可压缩性液体为液压油。
进一步地，所述流体为无毒无害绿色环保的低粘度油液或磁流变液。
进一步地，所述惯性力发生器(6)材质为硬橡胶。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过在惯性力发生器外壁上设置螺旋槽，使得惯性力发生器结构紧凑，无需外接飞轮等设备，元件数量较少，不易出现故障，是一种性能卓越的新型惯容器装置。
2.本发明通过改变惯性力发生器内部液体压力改变螺旋槽的夹角θ的值，使得螺旋槽的有效横截面积得到改变，从而达到调节惯质系数的目的，可有效缓冲阶跃振动，且响应及时可靠。可以根据实际的道路状况进行实时调节，从而极大的改善了车辆的乘坐舒适性以及操作稳定性。
3.惯性力发生器起到了活塞的作用，相比于传统钢制活塞，惯性力发生器采用橡胶材质，当活塞杆轴线偏离液压缸筒轴心线时，不会出现严重的撞缸现象，防止液压缸筒被刮伤，有效延长了惯性力发生器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明所述的一种惯质系数可调式重型车用惯容器结构示意图。
图2a为本发明所述的惯性力发生器在拉伸状态下的结构示意图。
图2b为本发明所述的惯性力发生器在压缩状态下的结构示意图。
图3为本发明所述的惯性力发生器A处的局部放大图。
图4为本发明所述的单个螺旋槽横截面积与螺旋槽夹角θ关系曲线图。
图中：
1-上吊耳；2-上活塞杆；3-上液槽；4-上电磁阀；5-液压缸筒；6-惯性力发生器；7-下电磁阀；8-下液槽；9-下活塞杆；10-限位块；11-液罐；12-下吊耳。
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。
如图1所示，一种惯质系数可调式重型车用惯容器包括上吊耳1；上活塞杆2；上液槽3；上电磁阀4；液压缸筒5；惯性力发生器6；下电磁阀7；下液槽8；下活塞杆9；限位块10；液罐11；下吊耳12。液压缸筒5内填充有液体，所述液体为无毒无害绿色环保的低粘度油液或磁流变液。液压缸筒5内设有惯性力发生器6，惯性力发生器6材质优选为硬橡胶，且惯性力发生器6内部填充有不可压缩性液体。惯性力发生器6上端面固定连接上活塞杆2，惯性力发生器6下端面固定连接下活塞杆9，上活塞杆2穿出液压缸筒5上端面，上活塞杆2上端面与上吊耳1固定连接，下活塞杆9与限位块10固定连接，下活塞杆9穿出液压缸筒5下端面。所述上活塞杆2内部开有上液槽3，下活塞杆9内部开有下液槽8。上液槽3一端与上电磁阀4连接，另一端与液罐11连接，所述下液槽8一端与下电磁阀7相连，另一端与液罐11连接。
所述惯性力发生器6内部安装有上电磁阀4和下电磁阀7，上电磁阀4安装于惯性力发生器6上端面内侧，下电磁阀7安装于惯性力发生器6下端面内侧。
如图2(a)和图2(b)所示，惯性力发生器6外壁上开有螺旋槽，螺旋槽夹角为θ，螺旋槽外径R与缸筒5的内径r相等，即r＝R，螺旋槽与缸筒5紧密贴合，为了方便液体流动上下端面上均开有导流槽。当液体流过导流槽时，液体顺时针或逆时针螺旋上升或下降，形成惯性力。如图3所示，螺旋槽与缸筒5之间形成的液体流动的横截面积即螺旋槽单个槽道的横截面积可近似为腰长一定的等腰三角形，记腰长为a，两腰之间的夹角即为螺旋槽夹角为θ，则螺旋槽单个槽道的横截面积A2∈(0,0.5a2]，当惯性力发生器6从完全压缩状态到完全拉伸状态，即从图2(b)到图2(a)，θ从0°到180°时，螺旋槽单个槽道的横截面积A2变化趋势如图4所示，当螺旋槽夹角为θ从0°变化到90°时，螺旋槽单个槽道的横截面积A2从0逐渐增大到0.5a2，当螺旋槽夹角为θ从90°变化到180°时，螺旋槽单个槽道的横截面积A2从0.5a2逐渐减小到0。因此，螺旋槽夹角θ在区间0°～90°或90°～180°中，处于单向上升或下降的趋势，使惯性力发生器6的螺旋槽单个槽道的横截面积A2随着θ的变化趋势而单向变化。
根据惯容器惯质系数公式(1)(属于本领域的公知常识，本发明暂不描述)，可知惯质系数b与ρ、l、A1成正比，与A2成反比，
其中，b为惯质系数(单位为kg，表示当前状态下液体产生的虚质量，使得悬架系统同时包含阻尼特性、惯性特性和刚度特性)，ρ为液体密度，l为螺旋槽长度，A1为缸筒横截面积，A2为螺旋槽单个槽道的横截面积。
根据公式(1)可知惯质系数b与螺旋槽单个槽道的横截面积A2成反比。
下面详细说明本发明的工作过程。
实施例一
惯容器两端分别与车身和车轮相连接，设置螺旋槽夹角θ∈(0°，90°]，当车辆在行驶过程中遇到障碍或凹坑时，车辆悬架被压缩或拉伸，车轮相对于惯容器向上或向下运动，此时，为了使车轮不产生过大的动载荷，且尽可能地减少车身在纵向发生位移，惯质系数b的值应当较小，使车轮相对于惯容器能够较快的运动，通过惯容器内的液体运动吸收车轮运动产生的动能，只尽可能少的使车身在纵向产生位移。为了实现减小惯质系数b的目的，控制器(图中未示出)打开上电磁阀4和下电磁阀7，依次通过液罐11和上液槽3、下液槽8向惯性力发生器6内填充不可压缩性液体(例如液压油等)，惯性力发生器6向上下两侧拉伸，螺旋槽夹角θ增大，当θ∈(0°，90°]时，螺旋槽单个槽道的横截面积A2增大，从而惯质系数b减小。
当车辆越过障碍或凹坑后，车辆悬架趋向于回复到常规状态，容器应具有较大的惯质系数b，以实现减缓或避免轮胎压回到地面产生冲击并保持车辆平稳的目的。控制器打开上电磁阀4和下电磁阀7，将惯性力发生器6内的部分不可压缩性液体通过上液槽3和下液槽8排入液罐11，相应的，螺旋槽夹角θ减小，当θ∈(0°，90°]时，螺旋槽单个槽道的横截面积A2减小，从而惯质系数b增大。
实施例二
惯容器两端分别与车身和车轮相连接，设置螺旋槽夹角θ∈(90°，180°]，当车辆在行驶过程中遇到障碍或凹坑时，车辆悬架被压缩或拉伸，车轮相对于惯容器向上或向下运动，此时，为了使车轮不产生过大的动载荷，且尽可能地减少车身在纵向发生位移，惯质系数b的值应当较小，使车轮相对于惯容器能够较快的运动，通过惯容器内的液体运动吸收车轮运动产生的动能，只尽可能少的使车身在纵向产生位移。为了实现减小惯质系数b的目的，控制器(图中未示出)打开上电磁阀4和下电磁阀7，将压惯性力发生器6内的部分不可压缩性液体通过上液槽3和下液槽8排入液罐11，相应的，螺旋槽夹角θ减小，当θ∈(90°，180°]时，螺旋槽单个槽道的横截面积A2增大，从而惯质系数b减小。
当车辆越过障碍或凹坑后，车辆悬架趋向于回复到常规状态，容器应具有较大的惯质系数b，以实现减缓或避免轮胎压回到地面产生冲击并保持车辆平稳的目的。控制器打开上电磁阀4和下电磁阀7，依次通过液罐11和上液槽3、下液槽8向惯性力发生器6内填充不可压缩性液体，惯性力发生器6向上下两侧拉伸，螺旋槽夹角θ增大，当θ∈(90°，180°]时，螺旋槽单个槽道的横截面积A2减小，从而惯质系数b增大。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种惯质系数可调式重型车用惯容器，包括：包括上吊耳(1)、上活塞杆(2)、上液槽(3)、上电磁阀(4)、液压缸筒(5)、惯性力发生器(6)、下电磁阀(7)、下液槽(8)、下活塞杆(9)、限位块(10)、液罐(11)和下吊耳(12)；所述液压缸筒(5)内填充有流体，所述液压缸筒(5)内设有惯性力发生器(6)，所述惯性力发生器(6)内部填充有不可压缩性液体；所述惯性力发生器(6)上端面固定连接所述上活塞杆(2)，所述惯性力发生器(6)下端面固定连接所述下活塞杆(9)，所述惯性力发生器(6)内部安装有所述上电磁阀(4)和所述下电磁阀(7)，所述上电磁阀(4)安装于所述惯性力发生器(6)上端面内侧，所述下电磁阀(7)安装于所述惯性力发生器(6)下端面内侧；所述上活塞杆(2)穿出所述液压缸筒(5)上端面，所述上活塞杆(2)上端面与所述上吊耳(1)固定连接，所述下活塞杆(9)与所述限位块(10)固定连接，所述下活塞杆(9)穿出所述液压缸筒(5)下端面；所述上活塞杆(2)内部开有所述上液槽(3)，所述下活塞杆(9)内部开有所述下液槽(8)；所述上液槽(3)一端与所述上电磁阀(4)连接，另一端与所述液罐(11)连接；所述下液槽(8)一端与所述下电磁阀(7)相连，另一端与液罐(11)连接；其特征在于，所述惯性力发生器(6)外壁上开有螺旋槽，螺旋槽夹角为θ，螺旋槽外径R与缸筒(5)的内径r相等，即r＝R，所述螺旋槽与所述液压缸筒(5)紧密贴合。
2.如权利要求1所述的一种惯质系数可调式重型车用惯容器，其特征在于，设置螺旋槽夹角0<θ≦90°，当车辆在行驶过程中遇到障碍或凹坑时，车辆悬架被压缩或拉伸，车轮相对于惯容器向上或向下运动，所述控制器打开所述上电磁阀(4)和所述下电磁阀(7)，依次通过所述液罐(11)和所述上液槽(3)、所述下液槽(8)向所述惯性力发生器(6)内填充不可压缩性液体，所述惯性力发生器(6)向上下两侧拉伸，所述螺旋槽夹角θ增大，螺旋槽单个槽道的横截面积增大，从而惯质系数减小；当车辆越过障碍或凹坑后，车辆悬架趋向于回复到常规状态，控制器打开所述上电磁阀(4)和所述下电磁阀(7)，将所述惯性力发生器(6)内的部分不可压缩性液体通过所述上液槽(3)和所述下液槽(8)排入所述液罐(11)，相应的，所述螺旋槽夹角θ减小，螺旋槽单个槽道的横截面积减小，从而惯质系数增大。
3.如权利要求1或2所述的一种惯质系数可调式重型车用惯容器，其特征在于，所述不可压缩性液体为液压油。
4.如权利要求1或2所述的一种惯质系数可调式重型车用惯容器，其特征在于，所述流体为无毒无害绿色环保的低粘度油液或磁流变液。
5.如权利要求1或2所述的一种惯质系数可调式重型车用惯容器，其特征在于，所述惯性力发生器(6)材质为硬橡胶。
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