CN110001342B - 传递扭矩可控的磁流变平衡悬架及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传递扭矩可控的磁流变平衡悬架及其控制方法，其机构由扭杆弹簧、连接机构、摆臂与往复旋转式磁流变阻尼器组成；摆臂为两片钢板焊接而成，以便于一端连接后悬架，另一端通过连接机构与扭杆弹簧连接；往复旋转式磁流变阻尼器，包括充满磁流变液的对称扇形腔体、设置有叶片的转子总成和定子总成；连接机构连接摆臂与扭杆弹簧，使扭杆弹簧的扭转运动与摆臂的转动相互转换。本发明通过连接车辆前后悬架能将平衡悬架传递的扭矩控制在一定范围之内，使平衡悬架不仅可以增加附地性能与载重能力，同时可以提高车辆的平顺性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种平衡悬架，具体涉及一种传递扭矩可控的磁流变平衡悬架及其控制方法。
背景技术
在车辆的行驶过程中，由于路面不平等原因，会引起轮胎跳动以及车轮悬空等现象，此时轴荷变动非常大，很容易致使单轴负荷过大，而造成零部件受损，进而降低车辆的载重能力以及附地性能，转向轮若遇到这种情况将使车辆操纵能力降低，驱动轮若遇到这种情况将不能产生足够的驱动力，为了改善车辆的附地性能与载重能力，很多重型车辆都使用了平衡悬架，采用平衡悬架可以有效防止上述情况的发生。平衡悬架可以使车轴之间的载荷合理分配，增强车辆的附地性能与载重能力。
目前现有的平衡悬架虽然能够克服上述缺陷，但是平衡悬架传递的扭矩是无法控制的，故存在着一定的弊端。平衡悬架传递扭矩过小则会导致平衡悬架作用不明显，使平衡悬架的作用得不到充分发挥，会造成车辆的预期的效果无法实现，平衡悬架传递扭矩过大则容易使悬架跳动加剧、容易在悬架处产生冲击。平衡悬架在一端悬架受到来自地面较大冲击时，悬架的冲击会导致平衡悬架将很大的扭矩传递至另一端悬架，该侧悬架受到瞬时的大扭矩作用，很容易产生冲击，并将冲击传递至车身，不仅如此，由于平衡悬架的联动作用，将会导致车辆加速与制动时的俯仰角增大，从而降低了车辆的平顺性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种传递扭矩可控的平衡悬架及其控制方法，以期能将平衡悬架传递的扭矩控制在一定范围之内，使平衡悬架不仅可以增加附地性能与载重能力，同时可以提高车辆的平顺性能。
本发明可以本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明一种传递扭矩可控的磁流变平衡悬架的特点包括：摆臂、往复旋转式磁流变阻尼器、扭杆弹簧和连接机构；
所述摆臂的后端与车辆后悬架的减震机构连接，所述摆臂的前端通过转换机构与所述扭杆弹簧的一端连接；所述扭杆弹簧的另一端与车辆前悬架连接；
所述往复旋转式磁流变阻尼器，包括：定子总成与转子总成；
所述定子总成通过连接键与摆臂连接，所述定子总成外表面的两端对称设置有螺纹；
所述转子总成包括：转子本体以及从转子本体一端延伸出来的轴；
所述转子本体位于定子总成的腔体内，且述腔体内充满有磁流变液；在所述转子本体中设置有电磁线圈；且所述转子本体的直径大于轴的直径；
所述转子总成的一端通过延伸出来的轴固定于车架上，所述转子总成的另一端嵌入所述定子总成中；所述转子总成上对称设置有叶片，所述叶片分别与缸盖和缸体的内壁形成有磁流变液通道；
所述磁流变平衡悬架是在所述减震机构受到地面激励后产生振动，并带动后悬架振动，进而带动所述摆臂的转动，同时，所述摆臂通过转换机构带动所述前悬架的扭杆弹簧扭转，使得前悬架振动；反之，在前悬架受到地面激励后带动所述扭杆弹簧的扭转运动，并通过所述转换机构引起摆臂转动，从而带动后悬架的振动；
在前悬架和后悬架振动传递的过程中，所述摆臂与定子总成一起往复旋转，并通过定子总成的转动使磁流变液流动。
本发明所述的磁流变平衡悬架的控制方法，其特点是通过控制所述电磁线圈的电流改变所述磁流变阻尼器的阻尼，从而控制所述摆臂的角速度，使得所述扭杆弹簧的扭矩在所控制的范围内，并按如下步骤进行：
步骤1、实时获取车辆纵向加速度α，并判断|α|＞α0是否成立，若成立，则表示车辆处于启动或制动模式，并增大所述电磁线圈的电流至预设值I0后，重复执行步骤1；否则，表示车辆处于行驶模式，并执行步骤2；其中，α0是所设定的模式判定阈值；
步骤2、实时获取所述摆臂的当前角速度ω，并判断比例系数
是否成立，若成立，则表示当前角速度ω过大，并增大所述电磁线圈的电流；否则，执行步骤3；
步骤3、判断比例系数
是否成立，若成立，则表示当前角速度ω过小，并减小所述电磁线圈的电流；否则，表示当前角速度ω为期望值，保持所述电磁线圈的电流不变；其中，φ0和φ1分别为比例系数的下限与上限；
步骤4、重复执行步骤2。
与已有现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明提供的传递扭矩可控的磁流变平衡悬架及其控制方法，本结构用于连接车辆前后悬架，使前后悬架振动互联，可使摆臂一端悬架冲击分散至摆臂另一端，避免了单个悬架所受冲击过大，利用一定的控制方法能够将平衡悬架传递的扭矩控制在一定范围内，防止由于传递扭矩过大而引起的车辆悬架跳动加剧，本发明同时能抑制车辆加速与制动时产生的俯仰角，改善了车辆的平顺性能及附地性能，使平衡悬架的功能得到强化。
2、本发明在转轴部位连接了一旋转式磁流变阻尼器，在结构上增加了一个阻尼元件，利用阻尼器消耗一部分振动能量，加快了振动能量的衰减，减少了由平衡悬架一端传递至另一端的振动能量，抑制了悬架的冲击，有利于提高车辆的平顺性能。
3、本发明采用反馈控制，角速度传感器采集摆臂角速度信号，再由判定程序将数据与预先设定的角速度信号进行对比，不断地进行修正，直至扭杆弹簧的扭矩达到期望值，使平衡悬架达到预期的工作状态。
4、本发明在定子处设有螺纹，可根据实际情况灵活的调节平衡悬架的安装位置。
5、本发明将定子与摆臂连接而转轴与车架连接，可以使磁流变阻尼器处于较高的水平位置，减少了来自地面的杂质及污水对阻尼器的影响，提高了旋转式磁流变阻尼器的使用寿命。
6、本发明利用了磁流变液这种智能材料，对平衡悬架传递的扭矩进行控制，摆臂转动时，通过控制器改变转子中的线圈电流以改变阻尼器的阻尼，从而实现了摆臂角速度的控制，进而实现了传递扭矩的控制，将平衡悬架传递的扭矩控制在期望的范围内，以求平衡悬架达到最佳的效果。
附图说明
图1为本发明1/2车模型简图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明摆臂钢板的正视图；
图5a为本发明磁流变阻尼器结构示意图；
图5b为本发明磁流变阻尼器横断面结构示意图；
图6为本发明控制方法的流程图；
图中标号：1摆臂、2往复旋转式磁流变阻尼器、3焊板、4螺纹孔、5螺纹孔、6螺纹、7往复旋转式磁流变阻尼器轴、8后悬架减震机构、9车架、10前悬架阻尼器、11扭杆弹簧、12缸盖、13上导向环、14缸体、15下导向环、16叶片、17电磁线圈、18连接机构。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，一种传递扭矩可控的磁流变平衡悬架，包括：摆臂1、往复旋转式磁流变阻尼器2、扭杆弹簧11和连接机构18；
如图2所示，为了提高摆臂1的强度以及方便摆臂1与其他结构件连接，摆臂1由两个如图4所示的钢板通过焊板3焊接而成，根据设计的平衡悬架的轴向尺寸选择合适尺寸的焊板3，摆臂1的后端4与车辆后悬架的减震机构8连接，摆臂1的前端5通过转换机构18与扭杆弹簧11的一端连接；扭杆弹簧11的另一端与车辆前悬架连接；
往复旋转式磁流变阻尼器2，包括：定子总成14与转子总成7；
如图3所示，定子总成14通过连接键与摆臂1连接，定子总成14外表面的两端对称设置有螺纹6，可根据实际情况灵活对平衡悬架进行轴向定位；
转子总成7包括：转子本体以及从转子本体一端延伸出来的轴；
如图5a所示，转子本体位于定子总成14的腔体内，且腔体内充满有磁流变液；在转子本体中设置有电磁线圈17；且转子本体的直径大于轴的直径；
转子总成7的一端通过延伸出来的轴固定于车架9上，转子总成7的另一端嵌入定子总成14中；转子总成7上对称设置有叶片16，叶片16分别与缸盖12和缸体14的内壁形成有磁流变液通道；往复旋转式磁流变阻尼器2同时可以衰减部分振动能量，减少一端悬架传递至另一端悬架的振动能量。
磁流变平衡悬架是在减震机构8受到地面激励后产生振动，并带动后悬架振动，进而带动摆臂1的转动，同时，摆臂1通过转换机构18带动前悬架的扭杆弹簧11扭转，使得前悬架振动；反之，在前悬架受到地面激励后带动扭杆弹簧11的扭转运动，并通过转换机构18引起摆臂1转动，从而带动后悬架的振动；通过前后悬架共同衰减振动能量来达到改善平顺性能的目的。
如图5b所示，在前悬架和后悬架振动传递的过程中，摆臂1与定子总成14一起往复旋转，并通过定子总成14的转动使磁流变液流动，同时通过改变电磁线圈17中的电流改变通过磁流变液通道的磁流变液的流变特性，从而实现对往复旋转式磁流变阻尼器2的阻尼进行控制。
本发明磁流变平衡悬架结构可增强车辆附地性能，如图1所示，若后端车轮受路面不平影响有离地的趋势，将导致后悬架所受地面反作用力减小，则前端悬架由于受地面反作用力增加而向上运动，带动扭杆弹簧11扭转，同时带动摆臂1转动并对后悬架减震机构8施加使后悬架向下运动的力矩，使后轮附着在地面上而不至于离地；反之，若前端车轮受路面不平影响有离地的趋势，将导致前悬架所受地面反作用力减小，则后悬架由于受地面反作用力增加而向上运动，引起后悬架减震机构8运动并带动摆臂1转动，同时带动扭杆弹簧11扭转施加使前悬架向下运动的扭矩，使前轮附着在地面上而不至于离地。
本实施例中，一种磁流变平衡悬架的控制方法，是通过控制电磁线圈17的电流改变磁流变阻尼器2的阻尼，从而控制摆臂1的角速度，使得扭杆弹簧11的扭矩在所控制的范围内，同时抑制车辆制动与加速时产生的俯仰角，程序框图如图6所示，并按如下步骤进行：
步骤1、实时获取车辆纵向加速度α，并判断|α|＞α0是否成立，若成立，则表示车辆处于启动或制动模式，并增大电磁线圈17的电流至预设值I0后，重复执行步骤1；否则，表示车辆处于行驶模式，并执行步骤2；其中，α0是所设定的模式判定阈值；
步骤2、实时获取摆臂1的当前角速度ω，并判断比例系数
是否成立，若成立，则表示当前角速度ω过大，并增大电磁线圈17的电流；否则，执行步骤3；
步骤3、判断比例系数
是否成立，若成立，则表示当前角速度ω过小，并减小电磁线圈17的电流；否则，表示当前角速度ω为期望值，保持电磁线圈17的电流不变；其中，φ0和φ1分别为比例系数的下限与上限；
步骤4、重复执行步骤2。
启动或制动模式通过将电流设置在某一较大的数值来抑制前后悬架的振动传递，从而抑制启动或制动时车身俯仰角，行驶模式通过不断地反馈控制将摆臂1的角速度在所控制的范围内，从而达到对扭杆弹簧11的扭矩进行控制的目的，充分发挥平衡悬架的作用并防止传递扭矩过大引起冲击，通过上述控制方法改善车辆的平顺性能。
Claims (2)
1.一种传递扭矩可控的磁流变平衡悬架，其特征包括：摆臂(1)、往复旋转式磁流变阻尼器(2)、扭杆弹簧(11)和连接机构(18)；
所述摆臂(1)的后端(4)与车辆后悬架的减震机构(8)连接，所述摆臂(1)的前端(5)通过转换机构(18)与所述扭杆弹簧(11)的一端连接；所述扭杆弹簧(11)的另一端与车辆前悬架连接；
所述往复旋转式磁流变阻尼器(2)，包括：定子总成(14)与转子总成(7)；
所述定子总成(14)通过连接键与摆臂(1)连接，所述定子总成(14)外表面的两端对称设置有螺纹(6)；
所述转子总成(7)包括：转子本体以及从转子本体一端延伸出来的轴；
所述转子本体位于定子总成(14)的腔体内，且所述腔体内充满有磁流变液；在所述转子本体中设置有电磁线圈(17)；且所述转子本体的直径大于轴的直径；
所述转子总成(7)的一端通过延伸出来的轴固定于车架(9)上，所述转子总成(7)的另一端嵌入所述定子总成(14)中；所述转子总成(7)上对称设置有叶片(16)，所述叶片(16)分别与缸盖(12)和缸体(14)的内壁形成有磁流变液通道；
所述磁流变平衡悬架是在所述减震机构(8)受到地面激励后产生振动，并带动后悬架振动，进而带动所述摆臂(1)的转动，同时，所述摆臂(1)通过转换机构(18)带动所述前悬架的扭杆弹簧(11)扭转，使得前悬架振动；反之，在前悬架受到地面激励后带动所述扭杆弹簧(11)的扭转运动，并通过所述转换机构(18)引起摆臂(1)转动，从而带动后悬架的振动；
在前悬架和后悬架振动传递的过程中，所述摆臂(1)与定子总成(14)一起往复旋转，并通过定子总成(14)的转动使磁流变液流动。
2.如权利要求1所述的磁流变平衡悬架的控制方法，其特征是通过控制所述电磁线圈(17)的电流改变所述磁流变阻尼器(2)的阻尼，从而控制所述摆臂(1)的角速度，使得所述扭杆弹簧(11)的扭矩在所控制的范围内，并按如下步骤进行：
步骤1、实时获取车辆纵向加速度α，并判断∣α∣>α 0是否成立，若成立，则表示车辆处于启动或制动模式，并增大所述电磁线圈(17)的电流至预设值I 0后，重复执行步骤1；否则，表示车辆处于行驶模式，并执行步骤2；其中，α 0是所设定的模式判定阈值；
步骤2、实时获取所述摆臂(1)的当前角速度ω，并判断比例系数(ω/ω0)>ϕ 1是否成立，若成立，则表示当前角速度ω过大，并增大所述电磁线圈(17)的电流；否则，执行步骤3；
步骤3、判断比例系数(ω/ω0)＜ϕ 0是否成立，若成立，则表示当前角速度ω过小，并减小所述电磁线圈(17)的电流；否则，表示当前角速度ω为期望值，保持所述电磁线圈(17)的电流不变；其中，ϕ 0和ϕ 1分别为比例系数的下限与上限；ω0为预先设定的角速度；
步骤4、重复执行步骤2。
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