CN110017349B - 一种车用刚度可控磁流变减振器及刚度调控方法 - Google Patents

一种车用刚度可控磁流变减振器及刚度调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车用刚度可控磁流变减振器及刚度调控方法，在外筒内部设有内筒，内筒的外侧壁与外筒内侧之间设有2层浮动活塞，浮动活塞将外筒和内筒之间，自下往上分隔出三个腔室分别为液压油室、浮动气室和调节室，调节室内的弹簧套装在内筒外部，且弹簧上端接触挡板，挡板通过防尘罩连接外筒的上沿；液压油室底部连接液压控制装置；内筒内部设有1层浮动活塞，将内筒内部自下往上分割成补偿气室和磁流变液体腔；内筒顶部的密封端盖对内筒进行密封；磁流变液体腔内还设有活塞总成，活塞总成包括活塞体，活塞体缠绕励磁线圈和线圈保护层，本发明根据行驶条件自适应调节刚度和阻尼，从而提高行驶平顺性和操作稳定性。

Description

一种车用刚度可控磁流变减振器及刚度调控方法
技术领域
本发明属于汽车悬架领域，尤其涉及一种车用刚度可控磁流变减振器及刚度调控方法。
背景技术
目前，国内汽车广泛使用的仍然是传统的被动悬架减振器，这种被动悬架的减振器的阻尼和弹簧刚度是不变的，不能根据汽车行驶状况实时调节刚度和阻尼大小，所以不能起到非常好的减振效果。磁流变减振器作为一种典型的阻尼可调式半主动悬挂系统，具有阻尼调节范围大、响应速度快、能耗较低等特点，并且磁流变半主动悬架的阻尼大小控制方法简便，只要通过控制通过励磁线圈的电流大小，就可以控制磁流变减振器的阻尼值。与减振性能相对较差的被动悬挂系统相比，磁流变半主动悬挂系统能够有效地解决了被动悬挂系统存在的平顺性与稳定性之间的矛盾，因此成为此领域的研究热点。
但是，与主动悬架相比，磁流变半主动悬架的弹簧刚度不可变，故安装磁流变减振器的汽车的行驶平顺性和操作稳定性不如主动悬架。同时在汽车的操纵稳定性与行驶平顺性之间往往会出现一些相互矛盾的现象,这些矛盾的存在往往会很大程度上限制悬架性能的提高，磁流变减振器明显不能妥善处理这些矛盾。所以,发明一种悬架其两个参数可以在汽车行驶的时候实时并且独立地调节,保证汽车能始终得到最优的悬架性能，具有重要的学术和应用价值。此外磁流变半主动悬架没有主动悬架调节车身高度的功能。
发明内容
本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种车用刚度可控磁流变减振器及刚度调控方法，该减振器利用气体刚度与其气压有关的特点调控刚度，使汽车根据行驶条件自适应调节刚度和阻尼，从而提高行驶平顺性和操作稳定性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种车用刚度可控磁流变减振器，包括外筒，在外筒内部设有内筒，所述内筒的外侧壁与外筒内侧之间设有2层浮动活塞，所述浮动活塞将外筒和内筒之间，分隔出三个腔室，自下往上，分别为液压油室、浮动气室和调节室，所述调节室内设有弹簧，所述弹簧套装在内筒外部，且弹簧上端接触挡板，所述挡板通过防尘罩连接外筒的上沿；所述液压油室底部连接液压控制装置；
所述内筒内部设有1层浮动活塞，所述浮动活塞将内筒内部自下往上分割成补偿气室和磁流变液体腔；所述内筒顶部设有密封端盖，对内筒进行密封；
所述磁流变液体腔内还设有活塞总成，所述活塞总成包括活塞体，所述活塞体凹槽内缠绕励磁线圈，所述绕励磁线圈外设有线圈保护层，所述塞体与活塞杆连接，所述活塞杆的杆部从密封端盖和挡板的通孔伸出。
进一步，所述弹簧通过弹簧托盘与浮动活塞之间连接；且弹簧托盘与该浮动活塞焊接为一体；
进一步，所述励磁线圈的引线从活塞杆内部穿出；
进一步，所述密封端盖内圈设有密封件，以防止磁流变液体腔内磁流变液体的泄露；
进一步，所述液压控制装置所述液压控制装置包括液控单向阀，所述液控单向阀通过油路管道分别连接磁流变减振器的工作腔和三位四通换向阀，三位四通换向阀还分别连接液压泵、溢流阀和油箱；
进一步，所述工作腔为液压油室；
一种车用刚度可控磁流变减振器的刚度调节方法，车载传感器将汽车行驶状态传递给ECU，ECU处理信息计算出适应实时工况的最佳刚度，将最佳刚度与现有刚度进行比较，若最佳刚度等于现有刚度，刚度调控装置不工作；
若现有刚度小于最佳刚度，则将油箱内的液压油通过油路管道和液压油输送通道进入工作腔，工作腔内液压油增多，第三浮动活塞向上移动，减少浮动气室的体积，使惰性气体的压强增大，调大悬架刚度；
若现有刚度大于最佳刚度，则将工作腔内的液压油通过油路管道和液压油输送通道排回油箱，工作腔内液压油减少，第三浮动活塞向下移动，增加浮动气室的体积，使惰性气体的压强减小，调小悬架刚度。
本发明的有益效果：
本发明与现有的磁流变减振器相比，本发明增加了刚度调控部分，在结构改动不大、阻尼可变的基础上实现了刚度可控，两者调控相互独立，可以根据汽车行驶状态将参数调控到最优阻尼和刚度大小，提高汽车性能。此外用螺旋弹簧与气体弹簧串联，保证足够的刚度和减振器有合适尺寸。
本发明在控制上，本发明控制给液压泵提供动力的电动机与电磁换向阀电流的通断，即可控制所述浮动气室的体积，从而改变了气室内的压强，达到了调节刚度的目的。
本发明能解决磁流变半主动悬架不能改变车身高度问题。
附图说明
图1是减振器结构示意图；
图2是液压油输送油道结构示意图；
图3是液压控制装置结构示意图；
图4是刚度调控流程图；
图中，1、引线，2、挡板，3、弹簧，4、活塞杆，5、磁流变液体，6、防尘罩，7、外筒，8、弹簧托盘，9、第一浮动活塞，10、活塞体，11、浮动气室，12、第二浮动活塞，13、内筒，14、第三浮动活塞，15、液压油室，16、密封端盖，17、密封件，18、螺栓，19、励磁线圈，20、线圈保护层，21、第一导向环，22、第一密封圈，23、补偿气室，24、第二导向环，25、第二密封圈，26、第三密封圈，27、第三导向环，28、液压油输送通道，29、液压泵，30、溢流阀，31、三位四通换向阀，32、液控单向阀，33、油箱，34、工作腔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、2所示，本发明所公开的一种车用刚度可控磁流变减振器，包括外筒7和设在外筒7内部的内筒13，外筒7与内筒13铸成一体，底部通过液压油输送通道28连接。在内筒13的外侧壁与外筒7内侧之间设有2层浮动活塞，自下往上，分别是第三浮动活塞14和第一浮动活塞9，第三浮动活塞14上配有第三密封圈26和第三导向环27，第一浮动活塞9上配有第一导向环21和第一密封圈22，用于实现与外筒7内侧的密封。第三浮动活塞14与外筒7内地部所形成的腔体为液压油室15，且在外筒7底部设有通孔，用于连接液压控制装置；第三浮动活塞14和第一浮动活塞9之间为浮动气室11，用于密封惰性气体；第一浮动活塞9上部焊接有弹簧托盘8，弹簧托盘8上安装有弹簧3，弹簧3套装在内筒13外部，且弹簧3上端接触挡板2，所述挡板2通过防尘罩6连接外筒7的上沿，防尘套6阻止灰尘等杂质进入缸筒内，影响活塞的正常工作以及氮气和磁流变液体5的纯度。
在内筒13内部设有第二浮动活塞12，第二浮动活塞12上设有第二导向环24和第二密封圈25，内筒13内底侧与第二浮动活塞12之间为补偿气室23，第二浮动活塞12通过第二导向环24、第二密封圈25将惰性气体密封于内筒13底端与第二浮动活塞12之间。第二浮动活塞12的上部与密封端盖16之间为磁流变液体腔5，密封端盖16内圈设有密封件17，以防止磁流变液体腔5内磁流变液体5的泄露。
在磁流变液体腔5内设有活塞总成，所述活塞总成包括活塞体10，活塞体10凹槽内缠绕励磁线圈19，绕励磁线圈19外设有线圈保护层20，塞体10与活塞杆4连接，活塞杆4的杆部从密封端盖16和挡板2的通孔伸出，活塞杆4的杆部与挡板2螺纹连接，励磁线圈19的引线1从活塞杆4内部穿出。
如图3，液压控制装置采用的是液控单向阀锁紧回路，液控单向阀锁紧回路是通过油路管道将磁流变减振器的工作腔34与液控单向阀32和三位四通换向阀31依次连接，三位四通换向阀31还分别连接液压泵29、溢流阀30和油箱33；液压控制装置可使第三浮动活塞14在任意位置停止并锁紧，液控单向阀锁紧回路的液控单向阀32的密封性能好，所以即使在很大外力的作用下，工作腔34也能长时间锁紧。磁流变减振器的工作腔34是液压油室15。
为了更清楚地解释本发明所保护的技术方案，以下结合本发明的工作过程作进一步解释：
如4所示，车载传感器监测汽车行驶状态，将信息传递给ECU，ECU处理信息计算出适应实时工况的最佳刚度，并且将最佳刚度与现有刚度进行比较，做出判后给执行机构。若最佳刚度等于现有刚度，刚度调控装置不工作，不给电动机供电，三位四通换向阀31的电磁铁1YA和2YA均断电使三位四通电磁换向阀31处于中位，因为三位四通电磁换向阀31的中位为H型机能，所以液控单向阀32关闭，工作腔34锁紧。
若汽车现有刚度小于最佳刚度，汽车需要刚度大的弹簧，则需要通过液压控制装置调大刚度，此时三位四通电磁换向阀31的电磁铁1YA通电，使电磁换向阀31位于左位，液压泵29的液压油经液控单向阀32，通过油路管道和液压油输送通道28进入工作腔34，工作腔34内液压油增多，第三浮动活塞14向上移动，减少浮动气室11的体积，使氮气的压强增大，达到调大悬架刚度的目的。
若汽车现有刚度偏大于最佳刚度，汽车需要刚度小的弹簧，则需要通过液压控制装置调小刚度，此时三位四通电磁换向阀31的电磁铁2YA通电，使电磁换向阀31位于右位，液压泵29的液压油经液控单向阀32的控制通道，液控单向阀32导通后工作腔34内的液压油通过油路管道和液压油输送通道28排回油箱33作腔34内液压油减少，第三浮动活塞14向下移动，浮动气室11的体积增加，使氮气的压强减小，达到调小悬架刚度的目的。
车身高度调节的工作过程如下：
若要提高车身高度，则需要液压控制装置中电磁换向阀31位于左位，液压泵29给液压油室15缓慢输送液压油，从而会给第三浮动活塞14一个稳定的向上的力，使第三浮动活塞14缓慢上升；由于汽车无外部垂直激励，汽车悬架处于平衡状态，理论上第三浮动活塞14受到的力不会破坏悬架的平衡状态，力会通过浮动气室11、第一浮动活塞9、弹簧托盘8、弹簧3、挡板2、活塞杆4传递给车身，从而在弹簧几乎无变化的情况下使车身升高，在达到理想身高后液压泵29停止工作，车身停止升高。
若要降低车身高度，则需要液压控制装置中电磁换向阀31位于右位，液压泵29给液压油室15缓慢排放液压油，使第三浮动活塞14缓慢下降，从而降低车身高度。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车用刚度可控磁流变减振器，其特征在于，包括外筒(7)，在外筒(7)内部设有内筒(13)，所述内筒(13)的外侧壁与外筒(7)内侧之间设有2层浮动活塞，分别是第一浮动活塞(9)和第三浮动活塞(14)，所述第一浮动活塞(9)和第三浮动活塞(14)将外筒(7)和内筒(13)之间，分隔出三个腔室，自下往上，分别为液压油室(15)、浮动气室(11)和调节室，所述调节室内设有弹簧(3)，所述弹簧(3)套装在内筒(13)外部，且弹簧(3)上端接触挡板(2)，所述挡板(2)通过防尘罩(6)连接外筒(7)的上沿；所述液压油室(15)底部连接液压控制装置；
所述内筒(13)内部设有1层浮动活塞，即第二浮动活塞(12)；所述第二浮动活塞(12)将内筒(13)内部自下往上分割成补偿气室(23)和磁流变液体腔(5)；所述内筒(13)顶部设有密封端盖(16)；
所述磁流变液体腔内还设有活塞总成，所述活塞总成包括活塞体(10)，所述活塞体(10)凹槽内缠绕励磁线圈(19)，所述绕励磁线圈(19)外设有线圈保护层(20)，所述活塞体(10)与活塞杆(4)连接，所述活塞杆(4)的杆部从密封端盖(16)和挡板(2)的通孔伸出。
2.根据权利要求1所述的一种车用刚度可控磁流变减振器，其特征在于，所述弹簧(3)通过弹簧托盘(8)与第一浮动活塞(9)之间连接；且弹簧托盘(8)与第一浮动活塞(9)焊接为一体。
3.根据权利要求1所述的一种车用刚度可控磁流变减振器，其特征在于，所述励磁线圈(19)的引线(1)从活塞杆(4)内部穿出。
4.根据权利要求1所述的一种车用刚度可控磁流变减振器，其特征在于，所述密封端盖(16)内圈设有密封件(17)，以防止磁流变液体腔(5)内磁流变液体泄露。
5.根据权利要求1所述的一种车用刚度可控磁流变减振器，其特征在于，所述液压控制装置包括液控单向阀(32)，所述液控单向阀(32)通过油路管道分别连接磁流变减振器的工作腔(34)和三位四通换向阀(31)，三位四通换向阀(31)还分别连接液压泵(29)、溢流阀(30)和油箱(33)。
6.根据权利要求5所述的一种车用刚度可控磁流变减振器，其特征在于，所述工作腔(34)为液压油室(15)。
7.一种根据权利要求1-6中任意一项权利要求所述的车用刚度可控磁流变减振器的刚度调节方法，其特征在于，车载传感器将汽车行驶状态传递给ECU，ECU处理信息计算出适应实时工况的最佳刚度，将最佳刚度与现有刚度进行比较，
若最佳刚度等于现有刚度，刚度调控装置不工作；
若现有刚度小于最佳刚度，则将油箱(33)内的液压油进入工作腔(34)，工作腔(34)内液压油增多，第三浮动活塞(14)向上移动，减少浮动气室(11)的体积，使惰性气体的压强增大，调大悬架刚度；
若现有刚度大于最佳刚度，则将工作腔(34)内的液压油排回油箱(33)，工作腔(34)内液压油减少，第三浮动活塞(14)向下移动，增加浮动气室(11)的体积，使惰性气体的压强减小，调小悬架刚度。
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