CN109296693A - 一种液电式馈能减振器及其参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液电式馈能减振器及其参数确定方法，所述液电式馈能减振器包括：液压缸，所述液压缸包括：缸体、设置在所述缸体内的活塞以及与所述活塞连接的液压杆，所述缸体侧壁上设置有两个进油口、两个出油口以及安装座，所述安装座设置有沿所述缸体的轴向依次连接的马达和发电机；所述马达的第一端通过两个第一单向阀分别与两个所述进油口连接，所述马达的第二端通过两个第二单向阀分别与两个所述出油口连接。由于在液压杆推动活塞上升或下降时，经过马达的油的流向是相同的，也就是说，马达的转动方向不会改变，惯量损失较小，馈能效率和馈能功率较高。馈能器结构简单、集成度高、成本低、便于安装。

Description

一种液电式馈能减振器及其参数确定方法

技术领域

本发明涉及减振器领域，尤其涉及的是一种液电式馈能减振器及其参数确定方法。

背景技术

现有技术中，馈能减振器采用固态连接的方式将直线运动转化为转动，因此电机的转动方向会随着振动方向不断改变，系统惯量损失较大，会减少发电机寿命，降低馈能效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种液电式馈能减振器及其参数确定方法，旨在解决现有技术中馈能减振器馈能效率低的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种液电式馈能减振器，包括：液压缸，所述液压缸包括：缸体、设置在所述缸体内的活塞以及与所述活塞连接的液压杆，其特征在于，所述缸体侧壁上设置有两个进油口、两个出油口以及安装座，两个所述进油口分别位于所述缸体侧壁的顶部和底部，两个所述出油口分别位于所述缸体侧壁的顶部和底部，所述安装座设置有沿所述缸体的轴向依次连接的马达和发电机；所述马达的第一端通过两个第一单向阀分别与两个所述进油口连接，所述马达的第二端通过两个第二单向阀分别与两个所述出油口连接。

所述的液电式馈能减振器，其中，所述缸体的内径为25-75mm，所述活塞的行程为150-300mm，所述液压杆的直径为16-28mm。

所述的液电式馈能减振器，其中，所述第一单向阀、所述第二单向阀的内径为6.35-19.05mm。

所述的液电式馈能减振器，其中，其还包括储油室，所述储油室与所述马达的第一端连接。

所述的液电式馈能减振器，其中，其还包括蓄能器，所述蓄能器与所述马达的第二端连接；所述蓄能器为气囊式蓄能器，所述气囊式蓄能器的容积为0.4-1L。

所述的液电式馈能减振器，其中，所述马达为齿轮式液压马达，所述马达的排量为7.07-11.55ml/rec。

所述的液电式馈能减振器，其中，所述马达与所述发电机通过连轴器连接。

所述的液电式馈能减振器，其中，所述发电机为永磁直流发电机，所述永磁直流发电机的内阻为5.6-7.5Ω。

所述的液电式馈能减振器，其中，所述永磁直流发电机的负载电阻为可调节变阻器，且可调的阻值范围为10-100Ω。

一种基于上述所述的液电式馈能减振器的液电式馈能减振器参数确定方法，其中，包括如下步骤：

A、确定仿真测试的基本参数和激励；

B、进行仿真测试并输出结果；

C、将输出结果排序，并对关键指标进行比较；

D、根据正交实验原理，进行平均响应分析，并对参数进行优化；

E、输出优化结果。

有益效果：由于本发明在液压杆推动活塞上升或下降时，经过马达的油的流向是相同的，也就是说，马达的转动方向不会改变，惯量损失较小，馈能效率和馈能功率较高。馈能器稳定、结构简单、集成度高、成本低、便于安装。

附图说明

图1是本发明中液电式馈能减振器参数确定方法的较佳实施例的流程图。

图2是本发明中液电式馈能减振器的较佳实施例的第一结构示意图。

图3是本发明中液电式馈能减振器的较佳实施例的第二结构示意图。

图4是图3中A-A向剖视图。

图5是图3中B-B向剖视图。

图6是本发明中液电式馈能减振器的较佳实施例的功能原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2和图3所示，本发明提供了一种液电式馈能减振器，包括：液压缸10，所述液压缸10包括：缸体11、设置在所述缸体11内的活塞12以及与所述活塞12连接的液压杆13，所述缸体11侧壁上设置有两个进油口、两个出油口以及安装座，两个所述进油口分别位于所述缸体11侧壁的顶部和底部(两个进油口分别记为上进油口14’和下进油口15’)，两个所述出油口分别位于所述缸体11侧壁的顶部和底部(两个出油口分别记为上出油口16’和下出油口17’)，所述安装座设置有沿所述缸体11的轴向依次连接的马达20和发电机30；所述马达20的第一端通过两个第一单向阀分别与两个所述进油口连接，所述马达20的第二端通过两个第二单向阀分别与两个所述出油口连接。

如图6所示，可以理解的是，两个进油口分别位于所述活塞12的上方和下方，两个出油口分别位于所述活塞12的上方和下方。与上进油口14’连接的第一单向阀记为a单向阀14，与下进油口15’连接的第一单向阀记为b单向阀15，与上出油口16’连接的第二单向阀记为c单向阀16，与下出油口17’连接的第二单向阀记为d单向阀17。

当液压杆13推动活塞12上升时，a单向阀14和d单向阀17不导通，b单向阀15和c单向阀16导通，油从b单向阀15进入缸体11内，并位于活塞12下方，活塞12下方的油量增加；而位于活塞12上方的油通过c单向阀16流出，活塞12上方的油量减少。通过c单向阀16流出的油进入到马达20中，并带动马达20转动，在马达20转动时，发电机30进行发电。与之相反，当液压杆13推动活塞12下降时，b单向阀15和c单向阀16不导通，a单向阀14和d单向阀17导通，油从a单向阀14进入缸体11内，并位于活塞12上方，活塞12上方的油量增加；而位于活塞12下方的油通过d单向阀17流出，活塞12下方的油量减少。通过d单向阀17流出的油进入到马达20中，并带动马达20转动，在马达20转动时，发电机30进行发电。在液压杆13推动活塞12上升或下降时，经过马达20的油的流向是相同的，也就是说，马达20的转动方向不会改变，惯量损失较小，馈能效率较高。

此外，安装座设置在缸体11侧壁上，且马达20和发电机30沿缸体11的轴向设置，且靠近上进油口14’和上出油口16’位置，这样可以减小液电式馈能减振器的体积，提高其集成度，有效减少管路的使用，降低油液流动过程中的沿程损失，从而提高馈能功率且便于实现安装应用。

由上可见，本发明中的液电式馈能减振器，其在车辆悬架系统中应用。在车辆行驶时，由于路面颠簸、转向和刹车等因素对车辆的激励作用，车架与车身之间会产生相对振动能量，所述液电式馈能减振器可以替代传统减振器，将直线振动运动转变为单向流动的液压流，从而驱动液压马达20转动，带动发电机30发电，将振动机械能转化为电能回收利用。由于在液压杆13推动活塞12上升或下降时，经过马达20的油的流向是相同的，也就是说，马达20的转动方向不会改变，惯量损失较小，馈能效率较高。馈能器稳定、结构简单、成本低、便于安装。

更具体地，马达20的第一端通过第一管路与a单向阀14连接，a单向阀14通过第二管路与上进油口14’连接，上出油口16’通过第三管路与c单向阀16连接，c单向阀16通过第四管路与马达20的第二端连接；第五管路一端连接第一管路，另一端连接b单向阀15，b单向阀15通过第六管路与下进油口15’连接；下出油口17’通过第七管路与d单向阀17连接，第八管路一端连接第四管路，另一端连接d单向阀17。

在确保液电式馈能减振器安装性能的基础上，为了进一步优化其馈能效率和馈能功率，基于上述液电式馈能减振器进行仿真测试以确定其参数，如图1所示，具体方法如下：

步骤S100、确定仿真测试的基本参数和激励。

步骤S100具体包括以下步骤：

步骤S110、根据减震器的工作环境，确定仿真测试的激励输入大小。

例如，小轿车常在城市路面行驶，路面激励输入可以设置为A级路面或B级路面，越野车经的路面激励可设置为D级路面等。为了方便计算，采用的是正弦激励，实际上，路面激励是许多正弦激励叠加而成，实际样机生产时，可以通过输入实际路面激励，再通过仿真优化出最佳的元件参数。这样更加符合实际要求。

步骤S120、根据减振器所应用车型，确定悬架动力学响应情况。

悬架动力学响应由轮胎刚度、簧载质量、非簧载质量、悬架刚度、悬架阻尼确定，这将决定减振器的振幅大小。

步骤S130、根据减振器所应用的车型，确定液压缸10基本尺寸大小。

根据减振器应用的车型选择液压缸10基本参数大小，如北京吉普，缸体11的实际应用行程大概在300mm左右，小轿车的会小一点，重卡等大型车辆会大，该参数值由实际应用车型决定。

步骤S200、进行仿真测试并输出结果；

步骤S200具体包括以下步骤：

步骤S210、输出轴速。

步骤S220、输出系统压力。

步骤S230、输出馈能功率。

步骤S240、输出馈能效率。

步骤S300、将输出结果排序，并对关键指标进行比较；

步骤S300具体包括以下步骤：

步骤S310、比较轴速。

步骤S320、比较系统压力。

步骤S330、比较馈能功率。

步骤S340、比较馈能效率。

这里关键指标包括轴速、系统压力、馈能功率以及馈能效率。

步骤S400、根据正交实验原理，进行平均响应分析，并对参数进行优化。

具体地，采用的是综合均衡法进行均值响应分析，对参数进行优化。

步骤S500、输出优化结果。

通过优化可知，缸体11的内径和马达20的排量对液电式馈能减振器的馈能效率和馈能功率的影响最大，当缸体11的内径为25-75mm，且马达20的排量为7.07-11.55ml/rec时，液电式馈能减振器具有较高的馈能效率和馈能功率。优选地，缸体11的内径为50mm，马达20的排量为5.77cc。

在本发明的一个较佳实施例中，所述活塞12的行程为150-300mm，所述液压杆13的直径为16-28mm。所述第一单向阀、所述第二单向阀的内径为6.35-19.05mm。

在本发明的一个较佳实施例中，如图2-6所示，减振器还包括蓄能器40，所述蓄能器40与所述马达20的第二端连接，具体地，第十管路一端连接蓄能器40，另一端连接第四管路；所述蓄能器40为气囊式蓄能器40，所述气囊式蓄能器40的容积为0.4-1L。在这里油液先进入蓄能器40，蓄能器40的作用是将振荡的液流稳定下来，使流入到马达20的液流更为平稳，这将有利于马达20的工作，并且可提高马达20的工作寿命，减少元件疲劳损坏。

在进一步的实施例中，液压杆13的直径为20mm，第一单向阀、第二单向阀的内径为9.53mm，气囊式蓄能器40的容积为0.63L时，馈能效率和馈能功率最佳。

在本发明的一个较佳实施例中，如图2-6所示，减振器还包括储油室50，所述储油室50与所述马达20的第一端连接，具体地，第九管路一端连接储油室50，另一端连接第一管路。储油室50设置在缸体11的顶部。

在本发明的一个较佳实施例中，所述马达20为齿轮式液压马达20，所述马达20的排量为7.07-11.55ml/rec。

在本发明的一个较佳实施例中，所述马达20与所述发电机30通过联轴器21连接。联轴器21起到保护发电机30的作用，当然也可以，采用其他装置连接马达20和发电机30，或者将马达20和发电机30直接通过马达20的转轴连接。

在本发明的一个较佳实施例中，发电机30的阻值对馈能效率和馈能功率起到重要影响，发电机30阻值为11Ω、20Ω、30Ω、40Ω时，各发电机30阻值所对的馈能效率分别为37.22％、39.46％、38.5％、36.88％。可知，发电机30阻值为20Ω时，馈能效率最高。如图6所示，通常所述发电机30包括永磁直流发电机31，内阻33，负载电阻32以及线圈34。为了获得较佳的馈能效率和馈能功率，所述永磁直流发电机31的内阻33为5.6-7.5Ω。所述永磁直流发电机30的负载电阻32为可调节变阻器，且可调的阻值范围为10-100Ω。

蓄能器40、马达20与发电机30轴向顺序连接，各元件串联或并联运行，所有这些元件通过安装座被安装在液压缸一侧，安装方式简单，降低维修和制造成本。高度集中使该液电式馈能减振器的完全封装使用成为可能，降低了减振器的集成复杂性，使其能够包含在适合车轮的内部或附近位置，便于实车安装使用。

而且该集成方式可以有效减少液压管路的使用，降低油液流动过程中的沿程损失。油液流动时，按各元件响应顺序(即蓄能器40、马达20、发电机30)，各元件间的距离(即蓄能器40与马达20的距离、马达20通过联轴器21与发电机30的距离)做到了最小，可以有效改善响应时间，减少元件间的距离损失(液压损失，电气损失)。其中，联轴器21及马达20的转轴可以使用工程塑料制作以减少系统转动惯量损失。同时，马达20与发电机30最先固定在安装座上，因此相对位置固定，便于采用光电传感器的监测测量。

本发明还提供了一种基于上述所述的液电式馈能减振器的液电式馈能减振器参数确定方法的较佳实施例：

请参见图1，本发明实施例所述一种基于上述所述的液电式馈能减振器的液电式馈能减振器参数确定方法，包括以下步骤：

步骤S100、确定仿真测试的基本参数和激励，具体如上所述；

步骤S200、进行仿真测试并输出结果，具体如上所述；

步骤S300、将输出结果排序，并对关键指标进行比较，具体如上所述；

步骤S400、根据正交实验原理，进行平均响应分析，并对参数进行优化，具体如上所述；

步骤S500、输出优化结果，具体如上所述。

综上所述，本发明所提供的液电式馈能减振器及其参数确定方法，所述液电式馈能减振器包括：液压缸10以及储油室50，所述液压缸10包括：缸体11、设置在所述缸体11内的活塞12以及与所述活塞12连接的液压杆13，其中，所述缸体11侧壁上设置有两个进油口、两个出油口以及安装座，所述安装座设置有沿所述缸体11的轴向依次连接的发电机30、马达20以及蓄能器40；所述储油室50通过两个第一单向阀分别与两个所述进油口连接，所述储油室50与所述马达20连接；所述蓄能器40通过两个第二单向阀分别与两个所述出油口连接。由于在液压杆13推动活塞12上升或下降时，经过马达20的油的流向是相同的，也就是说，马达20的转动方向不会改变，惯量损失较小，馈能效率和馈能功率较高。馈能器稳定、结构简单、成本低、便于安装。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种液电式馈能减振器，包括：液压缸，所述液压缸包括：缸体、设置在所述缸体内的活塞以及与所述活塞连接的液压杆，其特征在于，所述缸体侧壁上设置有两个进油口、两个出油口以及安装座，两个所述进油口分别位于所述缸体侧壁的顶部和底部，两个所述出油口分别位于所述缸体侧壁的顶部和底部，所述安装座设置有沿所述缸体的轴向依次连接的马达和发电机；所述马达的第一端通过两个第一单向阀分别与两个所述进油口连接，所述马达的第二端通过两个第二单向阀分别与两个所述出油口连接。

2.根据权利要求1所述的液电式馈能减振器，其特征在于，所述缸体的内径为25-75mm，所述活塞的行程为150-300mm，所述液压杆的直径为16-28mm。

3.根据权利要求1所述的液电式馈能减振器，其特征在于，所述第一单向阀、所述第二单向阀的内径为6.35-19.05mm。

4.根据权利要求1所述的液电式馈能减振器，其特征在于，其还包括储油室，所述储油室与所述马达的第一端连接。

5.根据权利要求1所述的液电式馈能减振器，其特征在于，其还包括蓄能器，所述蓄能器与所述马达的第二端连接；所述蓄能器为气囊式蓄能器，所述气囊式蓄能器的容积为0.4-1L。

6.根据权利要求1所述的液电式馈能减振器，其特征在于，所述马达为齿轮式液压马达，所述马达的排量为7.07-11.55ml/rec。

7.根据权利要求1所述的液电式馈能减振器，其特征在于，所述马达与所述发电机通过连轴器连接。

8.根据权利要求1所述的液电式馈能减振器，其特征在于，所述发电机为永磁直流发电机，所述永磁直流发电机的内阻为5.6-7.5Ω。

9.根据权利要求8所述的液电式馈能减振器，其特征在于，所述永磁直流发电机的负载电阻为可调节变阻器，且可调的阻值范围为10-100Ω。

10.一种基于权利要求1所述的液电式馈能减振器的液电式馈能减振器参数确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、确定仿真测试的基本参数和激励；

B、进行仿真测试并输出结果；

C、将输出结果排序，并对关键指标进行比较；

D、根据正交实验原理，进行平均响应分析，并对参数进行优化；

E、输出优化结果。