CN109915533A - 基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，由悬置壳体组和惯性通道板组构成，悬置壳体组包括橡胶主簧、橡胶底膜、波纹管弹簧、环形密封圈和磁流变液体，惯性通道组包括惯性通道板、电磁线圈、隔磁条和线圈密封圈。位于悬置壳体、线圈密封圈和惯性通道板间的波纹管弹簧和惯性通道板组成的动力减振器可衰减作用于惯性通道板上的振动能量，惯性通道板上对称设有四个独立的惯性通道，四个独立的电磁线圈内电流的大小和有无可被独立控制，进而由控制每个线圈内电流的大小来动态的控制每个惯性通道内阻尼的大小，实现悬置能吸收的振动能量从低频覆盖到高频，降低来自发动机等零部件的振动能量对车辆的影响，提高汽车的乘坐舒适性。
Description
技术领域
本发明属于汽车车用发动机悬置技术领域，具体涉及一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置。
背景技术
随着消费者对汽车乘坐主观感受的愈加重视，良好的NVH性能逐渐成为汽车的核心竞争力之一。然而，随着发动机的功率增大以及动力系统的轻量化使得动力总成的振动激励不断加剧，这对汽车隔振悬置系统的性能提出了更高的要求。目前，常见的悬置系统包括橡胶悬置、液压悬置、半主动控制悬置以及主动悬置。与传统的被动悬置方式相比，半主动控制悬置可以很好的衰减发动机的噪声向车厢内的传递，通过半主动控制可以实现悬置在最高和最低频率时的最佳阻尼特性，降低发动机振动和噪声。
磁流变液体是一种铁磁性细微颗粒，是由能使磁性颗粒均匀分散的溶剂水、矿物油、硅油等及表面活性剂组成的稳定悬浮液体，在磁场的作用下具有高饱和磁化强度。磁流变液体是一种新型的液体，其屈服应力随着外加磁场的变化而变化。基于磁流变液的这种特殊力学性质，它们能用于外加磁场控制的器件，如磁流变离合器、阻尼器、减振器、发动机悬置等。基于磁流变液体设计的半主动控制液压悬置是磁流变液体的一个重要的应用方向，通过控制外加的磁场的强度和有无可以实现悬置内部惯性通道阻尼力的改变，进而达到吸收大多数频段范围内振动能量。但是，磁流变液的缺点在于剪切屈服应力不足、扭转力不够，这些缺点一直制约着磁流变液体的应用。
中国专利CN 103148158 A公开了一种基于挤压模式的发动机磁流变液压悬置，其通过磁力极板与挤压极板形成挤压阻尼通道，但是挤压模式形成的阻尼力较小，故其可调节阻尼范围较低。中国专利CN 104074919 A公开了一种基于周径向流动模式的发动机磁流变液压悬置，其采用周向阻尼通道和径向阻尼通道结合的模式，虽然在有限空间内增加了阻尼通道的长度，但其存在结构复杂，安装流程复杂等缺点。美国专利US2017/0152911 A1公开了一种双通道发动机悬置，但其密封条件较高，结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中只能在较窄的频段范围内改变悬置系统的阻尼特性的不足，提供一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置。整个悬置系统结构简单，具有多条可独立产生阻尼的惯性通道；波纹管弹簧和惯性通道板组成的动力减振器可以吸收和衰减作用于惯性通道板上的振动能量，整个悬置系统可以吸收的振动频段较宽，可以动态地减少车辆在多种工况下的振动与噪声，不需要精密的设计和加工的部件就可以得到理想的隔振效果。同时由于每个惯性通道都是独立设置且拥有独立的惯性通道入口、惯性通道出口和电磁线圈，故可以通过改变每个电磁线圈内电流的大小改变单独改变每个惯性通道可以产生的阻尼力。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下：
一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其由悬置壳体组和惯性通道组两部分组成。其中悬置壳体组由连接杆1、橡胶主簧2、悬置上壳体3、波纹管弹簧4、导线槽8、定位销9、悬置下壳体10、橡胶底膜11、通气孔12、螺母18、垫圈19和螺栓20构成。惯性通道组由环形密封圈5、线圈密封圈6、电磁线圈7、磁流变液体13、隔磁条14、惯性通道入口15、惯性通道出口16、惯性通道板17、惯性通道21、通道板上凸圆环22、通道板下凸圆环23，线圈槽24、十字槽25和导线通道26构成。
所述橡胶主簧2、悬置上壳体3和惯性通道板17配合形成密闭的上液室，悬置下壳体10和橡胶底膜11配合形成密闭的下液室，所述磁流变液体13设置在上液室和下液室的内部空腔中。
所述惯性通道板17最外侧圆周向轴向两侧凸起适当厚度和长度形成的通道板上凸圆环22和通道板下凸圆环23分别卡入悬置上壳体3和悬置下壳体10配合面上预留的U型槽中，两个波纹管弹簧4分别垂向地放置于通道板上凸圆环22与悬置上壳体3、通道板下凸圆环23与悬置下壳体10之间，并在U型槽内部放置环形密封环5防止液体的泄漏。四个电磁线圈7放置于对应的惯性通道板17上的线圈槽24中，线圈密封圈6实现对电磁线圈7的密封，防止上液室中的磁流变液体13接触电磁线圈7，隔磁条14放置于惯性通道板17上预留的十字槽25中。定位销9通过悬置下壳体10上预留的定位销孔将橡胶底膜11的圆周固定在悬置下壳体10的截面处法兰上，悬置下壳体10底部预留有通气孔12，悬置上壳体3和悬置下壳体10通过螺母18、螺栓20连接，并设置垫圈19防止松动。
所述连接杆1的下部卡入橡胶主簧2内部预留的空腔中，且在结合面处硫化处理。所述橡胶主簧2与悬置上壳体3经过硫化处理连接，悬置上壳体3上预留有U型槽。悬置下壳体10上预留有U型槽，且悬置下壳体10中还预留有导线槽8，惯性通道板17上的通道板上凸圆环22与通道板下凸圆环23别卡入上述U型槽中。U型槽中设置波纹管弹簧4，惯性通道板17、悬置上壳体3、悬置下壳体10、波纹管弹簧4之间设置有环形密封圈5。具体为：所述悬置上壳体3、环形密封圈5和通道板上凸圆环22配合后的空间以及悬置下壳体10、环形密封圈5和通道板下凸圆环23配合后的空间内部分别竖直设置一个波纹管弹簧4，波纹管弹簧4的上、下端分别与悬置壳体和惯性通道板17接触。
所述悬置下壳体10截面处法兰上预留若干个定位销孔，定位销9通过定位销孔将橡胶底膜11的圆周部分固定在悬置下壳体10上，悬置下壳体10底部预留有三个通气孔12。悬置下壳体10中还预留有供电磁线圈7中的导线伸出悬置壳体的导线槽8。
所述的惯性通道板17上的通道板上凸圆环22和通道板下凸圆环23与悬置壳体上的U型槽配合，且在配合处分别竖直设置波纹管弹簧4。两个波纹管弹簧4的两侧分别与悬置上壳体3与通道板上凸圆环22以及悬置下壳体10、通道板下凸圆环23的对应面接触，当上液室中的磁流变液体13通过惯性通道向下液室流动时，波纹管弹簧4与惯性通道板17组成一个动力吸振器，从而有效衰减固定频率的发动机振动。
所述的惯性通道板17上对称分布有四个线圈槽24，每个线圈槽24中分别放置一个电磁线圈7，且装配好后再分别设置环形密封环5防止悬置壳体内部的磁流变液体13与电磁线圈7接触。四个线圈槽24内部的惯性通道板上设置有独立的惯性通道21，其中四个惯性通道入口15集中位于惯性通道板17圆心附近，四个惯性通道出口16分别位于对应的线圈槽24的圆心处。上述惯性通道入口15、惯性通道出口16、线圈槽24在惯性通道板17上均处于两两对称的位置。惯性通道板17上沿两互相垂直的直径方向挖去一部分形成对称的十字槽25，其内部放置隔磁条14，十字槽25内部侧壁上还开设导线通道26，电磁线圈7的导线通过导线通道26和悬置下壳体10预留的导线槽8伸出悬置壳体。
所述悬置上壳体3和悬置下壳体10截面处法兰上设置有螺纹孔，悬置上壳体3与悬置下壳体10通过螺母18和螺栓20连接，并设置垫圈19防止松动。
本发明提供的基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置中可以通过控制四个电磁线圈7中的电流的大小和有无来独立、动态调节悬置中四个惯性通道21中阻尼的大小，波纹管弹簧4与惯性通道板17组成一个动力吸振器，从而有效衰减固定频率的发动机振动。由于电流的变化是一个连续的过程，从而使悬置能够吸收的振动频率覆盖从低频到高频的任意频段。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过良好的尺寸设计可以使惯性通道板在不损失惯性通道长度的情况下设计为四个独立的惯性通道，四个惯性通道外侧分别设置的电磁线圈内电流的大小可以独立被控制，进而独立控制每个阻尼通道内阻尼的大小；当远离电磁线圈时，磁场强度会急剧减小，故独立的电磁线圈和阻尼通道可以克服传统单个电磁线圈产生的磁场不能覆盖整个惯性通道(此处特指惯性通道圆心处磁场较小)的缺点，从而提升了惯性通道能够提供的最大阻尼力；磁流变液体在悬置内流动的状态大多数处于紊流状态。由于惯性通道的对称性设计，故可以交叉改变电磁线圈内部电流的大小，从而一定程度上减轻由于磁流变液体在悬置内部处于紊流态时给悬置带来的晃动，悬置上壳体和悬置下壳体配合处的U型槽内的波纹管弹簧4与惯性通道板17组成一个动力吸振器，从而有效衰减固定频率的发动机振动。
总之，多惯性通道半主动控制液压悬置可以通过单独控制每个电磁线圈内电流的大小实现悬置从低频振动到高频振动的全部吸收。有利于提高驾驶舒适性，具有结构简单，方便使用的特点。
附图说明
图1为本发明基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置整体剖视图；
图2为本发明基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置惯性通道板俯视图；
图3为本发明基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置惯性通道板仰视图；
图4为本发明基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置惯性通道板旋转剖视图；
图5为本发明基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置惯性通道板三维轴测图。
图中，1.连接杆 2.橡胶主簧 3.悬置上壳体 4.波纹管弹簧 5.环形密封圈6.线圈密封圈 7.电磁线圈 8.导线槽 9.定位销 10.悬置下壳体 11.橡胶底膜 12.通气孔 13.磁流变液体 14.隔磁条 15.惯性通道入口 16.惯性通道出口 17.惯性通道板 18.螺母 19.垫圈19 20.螺栓 21.惯性通道 22.通道板上凸圆环 23.通道板下凸圆环 24.线圈槽 25.十字槽 26.导线通道。
具体实施方式
本发明设计思路是：利用位于悬置上壳体3、悬置下壳体10之间预留U型槽中设置的波纹管弹簧4和惯性通道板17组成的动力减振器产生的阻尼力吸收来自发动机振动，同时改变电磁线圈7中电流的大小可动态的调节惯性通道21内阻尼力的大小，从而达到吸收大频率范围内振动的目的。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，由悬置壳体组和惯性通道板组构成。
所述悬置壳体组由连接杆1、橡胶主簧2、悬置上壳体3、波纹管弹簧4、导线槽8、定位销9、悬置下壳体10、橡胶底膜11、通气孔12、螺母18、垫圈19和螺栓20构成。所述惯性通道组由环形密封圈5、线圈密封圈6、电磁线圈7、磁流变液体13、隔磁条14、惯性通道入口15、惯性通道出口16、惯性通道板17、惯性通道21、通道板上凸圆环22、通道板下凸圆环23，线圈槽24、十字槽25和导线通道26构成。
其中，悬置壳体组中，连接杆1的下部卡入橡胶主簧2内部预留的空腔中，且在结合面处硫化处理。所述橡胶主簧2与悬置上壳体3经过硫化处理连接，悬置上壳体3的截面上预留有U型槽。悬置下壳体10的截面上预留有U型槽，且悬置下壳体10中还预留有导线槽8，其与惯性通道板17中导线通道26相连通，使电磁线圈7中的导线可由悬置内部伸出到悬置外部，惯性通道板17圆周部分的通道板上凸圆环22与通道板下凸圆环23分别卡入上述U型槽中。U型槽内竖直方向上设置有波纹管弹簧4，惯性通道板17、悬置上壳体3、悬置下壳体10、波纹管弹簧4之间设置有环形密封圈5。
U型槽内侧壁较短，同时由于波纹管弹簧4可以被压缩，使得惯性通道板17在竖直方向上能有一定的位移。当惯性通道板17受到来自上液室磁流变液体13的压力时，波纹管弹簧4和惯性通道板17组成的动力减振器能够有效衰减固定频率的发动机振动。需要说明的是，惯性通道板17的向上或向下的位移不会超过环形密封圈5的高度，防止悬置内部的磁流变液体13进入波纹管弹簧4和U型槽中。悬置下壳体10上预留若干个定位销孔，定位销9通过定位销孔将橡胶底膜11的圆周部分固定在悬置下壳体10上，悬置下壳体10上预留有三个通气孔12。悬置上壳体3和悬置下壳体10截面法兰上设置有螺纹孔，悬置上壳体3和悬置下壳体10通过螺母18、螺栓20连接，并设置垫圈19防止松动。
所述上液室由橡胶主簧2、悬置上壳体3和惯性通道板17配合形成，悬置下壳体10和橡胶底膜11配合形成密闭的下液室，惯性通道板17位于上液室和下液室之间；
如图2，图3，图4和图5所示，分别为惯性通道板的俯视图、仰视图、旋转剖视图、三维轴测图。其中惯性通道板17的最外侧圆周向轴向两侧凸出一部分的长度和厚度的圆环形成通道板上凸圆环22、通道板下凸圆环23，通道板上凸圆环22与通道板上凸圆环23卡入与其对应的悬置上壳体3、悬置下壳体10截面圆周处预留的U型槽中，且在对应的连接处分别设置有环形密封圈5实现密封。惯性通道板17上设置有四个对称分布的线圈槽24，电磁线圈7嵌入线圈槽24中，并在外侧设置线圈密封圈6实现电磁线圈7与磁流变液体24的隔离。四个独立的惯性通道入口15、惯性通道出口16和惯性通道21均位于线圈槽24围成的圆柱体内。
电磁线圈7通电后，惯性通道21内部形成较强的磁场。惯性通道板17沿两相互垂直的直径方向挖去一部分形成十字槽25，其内部放置隔磁条14，十字槽25的侧壁上设置有导线通道26，其能够与悬置下壳体10中预留的导线槽8相通，从而使电磁线圈7中的导线由悬置内部伸出到悬置外部。
具体工作流程：当橡胶主簧2受到压缩时，上液室的磁流变液体13受到挤压，此时惯性通道板17受到向下的冲击和振动能量，位于悬置上壳体3和悬置下壳体10配合处的U型槽中的波纹管弹簧4和惯性通道板17组成的动力减振器能够有效衰减固定频率的发动机振动。上液室的磁流变液体13分别通过四个惯性通道入口15进入惯性通道21再由惯性通道出口16进入下液室，若此时悬置需要较大的阻尼时，则增大嵌入线圈槽24中的电磁线圈7中的电流，电磁线圈7通电后，惯性通道21内部产生磁场，磁流变液体13在磁场的作用下由类液体状态转化为类固体状态，达到增大悬置阻尼力的需求；若此时悬置需要较小的阻尼或不需要阻尼时，则断开或减小嵌入线圈槽24中的电磁线圈7中的电流，此时电磁线圈7内部不产生磁场或产生磁场的磁性较弱，磁流变液体13在无磁场或较弱磁场的作用下类液体状态，此时惯性通道21内阻尼较小。四个独立的惯性通道21和电磁线圈7可以克服传统单个电磁线圈产生的磁场不能覆盖整个惯性通道(此处特指惯性通道圆心处磁场较小)的缺点，从而提升了惯性通道能够提供的最大阻尼力。
同时，由于进入惯性通道21内的磁流变液体13的流速和受力可能不同，故不同的惯性通道21需要不同的阻尼，此时可以分别控制每个电磁线圈7内电流大小，来控制每个独立惯性通道21内的阻尼，进而使磁流变液体13对惯性通道板17水平方向作用力的合力降低到最小，提升磁流变液体13在惯性通道17内部流动的节流损失和回程损失，最终达到降低来自发动机等零部件的振动能量的目的。
以上所述为本发明的较佳实施例而已,但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改,都落入本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：由悬置壳体组和惯性通道板组构成；
所述悬置壳体组主要由橡胶主簧(2)、分别与橡胶主簧(2)固定的连接杆(1)和悬置上壳体(3)、两个波纹管弹簧(4)、与悬置上壳体(3)配合的悬置下壳体(10)以及与悬置下壳体(10)固定的橡胶底膜(11)构成；所述悬置下壳体(10)内设置有导线槽(8)；
所述惯性通道板组包括惯性通道板(17)，惯性通道板(17)的最外侧圆周向轴向两侧凸起形成通道板上凸圆环(22)和通道板下凸圆环(23)，通道板上凸圆环(22)和通道板下凸圆环(23)分别卡入悬置上壳体(3)和悬置下壳体(10)截面处法兰预留的U型槽中，并于悬置上下壳体配合处竖直设置环形密封圈(5)和波纹管弹簧(4)；
所述惯性通道板(17)中部开有十字槽(25)，将惯性通道板(17)分割成四个独立的区域，每个区域内各设有一个惯性通道(21)，惯性通道(21)外侧分别设有线圈槽(24)，其内嵌入电磁线圈(7)，每个惯性通道(21)还设有供磁流变液体(13)通过的惯性通道入口(15)和惯性通道出口(16)；所述导线槽(8)与十字槽(25)内侧壁的导线通道(26)相连通，使电磁线圈(7)的导线能够伸出到悬置壳体外部；
所述橡胶主簧(2)、悬置上壳体(3)和惯性通道板(17)配合形成上液室，悬置下壳体(10)和橡胶底膜(11)配合形成下液室；所述磁流变液体(13)设置在所述的上液室和下液室的内部空腔中。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：所述连接杆(1)的下部卡入橡胶主簧(2)内部预留的空腔中，且在结合面处硫化处理；所述橡胶主簧(2)与悬置上壳体(3)硫化相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：所述悬置上壳体(3)与悬置下壳体(10)通过螺栓(20)与螺母(18)连接，并设置垫圈(19)防止松动。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：所述悬置下壳体(10)上预留有若干个定位销孔，定位销(9)通过悬置下壳体(10)上预留的定位销孔将橡胶底膜(11)的圆周固定在悬置下壳体(10)的截面法兰处。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：所述悬置下壳体(10)上设有三个通气孔(12)。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：所述悬置上壳体(3)、环形密封圈(5)和通道板上凸圆环(22)配合后的空间以及悬置下壳体(10)、环形密封圈(5)和通道板下凸圆环(23)配合后的空间内分别竖直设置一个波纹管弹簧(4)，上、下两个波纹管弹簧(4)的两侧分别与悬置上壳体(3)与通道板上凸圆环(22)以及悬置下壳体(10)、通道板下凸圆环(23)的对应面接触。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：所述电磁线圈(7)的外侧设有用于隔离磁流变液体(13)的线圈密封圈(6)。
8.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：所述十字槽(25)中设有隔磁条(14)，且在十字槽(25)与隔磁条(14)的接触面涂抹密封油脂。
9.根据权利要求1所述的一种磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：所述磁流变液体(13)能够由上液室经过惯性通道入口(15)流经惯性通道(21)，再由惯性通道出口(16)流入下液室。
10.如权利要求1所述的一种磁流变液体的多惯性通道半主动控制液压悬置，其特征在于：所述惯性通道板(17)上设置有四个独立的电磁线圈(7)和四个独立且对称分布的惯性通道(21)。
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