CN110039994B - 一种充气式液电馈能悬架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充气式液电馈能悬架，包括：第一弹簧；及馈能阻尼器，包括阻尼机构、第一弹性薄膜、油气室、第二弹性薄膜和馈能回路，阻尼机构和第一弹簧并连在车架与车桥上，第一弹性薄膜设于阻尼机构的无杆腔内，将无杆腔分隔为上半区和下半区，第二弹性薄膜设于油气室内，第二弹性薄膜将油气室的空腔分隔为油液腔和气体腔；其中，有杆腔和无杆腔的上半区以及油液腔内均设有油液，无杆腔和气体腔内均设有惰性气体，油液腔与有杆腔连通，气体腔与无杆腔的下半区连通，馈能回路与油液腔连通形成回路；本发明能够改善传统液电馈能悬架在馈能效率、悬架阻尼和车轮接地性方面的缺陷，进一步减少悬架异响，并防止悬架液压回路中出现气穴现象。

Description

一种充气式液电馈能悬架

技术领域

本发明涉及车辆能量回收领域，尤其涉及一种充气式液电馈能悬架。

背景技术

汽车作为最便捷的个人交通工具，已经在世界范围内得到普及，产销量每年都在上升。但是它在给人们带来便捷的同时，也产生一系列的问题，能源问题就是其中的一个主要问题。截止2017年底，全球汽车保有量达到了十亿量，如此庞大汽车数量的背后是数不清的化石能源的消耗。近年来，随着能源紧张日益加剧，低耗能、可再生能汽车也逐渐走进大众的视野，各个国家和地区都十分重视汽车节能核心技术的研发，如何抢占汽车节能技术的高地也成为了新世纪汽车工业的首要任务。

悬架是车身与车桥之间力传递装置的总称，其作为减缓车身振动的主要装置，对于改善汽车平顺性有着重要作用。传统悬架系统将振动能量由机械能转换为内能耗散在大气之中，以此来衰减车身振动。如果能够将这些耗散在大气中的振动能量加以回收利用，就能提高汽车的燃料使用率，从而达到节约能源的目的。

液电馈能悬架正是基于这种思想被研发出来，设计一条馈能回路与筒式工作缸相连，利用活塞往复运动带动油液流动使液压马达的单向旋转，带动发电机运转。但传统液电馈能悬架完全由油液组成，油液的密度较大，流动速率较慢，车辆在受到大幅度振动时馈能回路无法阻尼器无法实时提供足够大的阻尼力，影响车辆平顺性。另外，传统液电馈能悬架在高频振动工况下液压回路会有一定概率出现气穴现象，从而降低轮胎接地性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明设计一种充气式液电馈能悬架，能够改善传统液电馈能悬架在馈能效率、悬架阻尼力方面的缺陷，进一步减少悬架异响，并防止悬架液压回路中出现气穴现象，提高轮胎接地性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种充气式液电馈能悬架，应用于汽车上，设置于汽车的车架与车桥之间，包括：

第一弹簧；及

馈能阻尼器，包括阻尼机构、第一弹性薄膜、油气室、第二弹性薄膜和馈能回路，所述阻尼机构和所述第一弹簧并连在车架与车桥上，所述阻尼机构包括活塞杆和工作缸筒，所述第一弹性薄膜设于所述工作缸筒内，所述第二弹性薄膜设于所述油气室内；

其中，所述活塞与所述工作缸筒的内壁之间存在间隙，所述工作缸筒的有杆腔内设有油液，所述第一弹性薄膜位于所述工作缸筒的无杆腔内，所述第一弹性薄膜将所述无杆腔分为上半区和下半区，所述无杆腔的上半区内设有油液，并与所述有杆腔内的油液相通，所述无杆腔的下半区内设有惰性气体，所述第二弹性薄膜将所述油气室的空腔分隔为油液腔和气体腔，所述油液腔内设有油液，所述气体腔内设有惰性气体，所述油液腔与所述有杆腔连通，所述气体腔与所述无杆腔的下半区连通，所述馈能回路与所述油液腔连通形成回路。

优选地，所述馈能回路包括高压蓄能器、液压马达、低压蓄能器、直流发电机和蓄电池，所述高压蓄能器的一端与所述油液腔连通，另一端与所述液压马达的一端连通，所述液压马达的另一端与所述低压蓄能器的一端连通，所述低压蓄能器的另一端与所述油液腔连通，所述直流发电机与所述液压马达连接，所述蓄电池与所述直流发电机连接。

优选地，所述馈能回路还包括第一单向阀，所述第一单向阀设置于所述低压蓄能器与所述油液腔之间的管路上，使得油液由所述低压蓄能器向所述油液腔单向流动。

优选地，所述液压缸的活塞杆末端与车架连接，所述缸筒底端与车桥连接。

优选地，所述第一弹性薄膜和所述第二弹性薄膜均由橡胶制成。

优选地，所述有杆腔与所述油液腔之间的管路上设有第二单向阀和第三单向阀，所述第二单向阀与所述第三单向阀并联连接，且所述第二单向阀与所述第三单向阀的方向相反。

优选地，所述无杆腔的下半区与所述油液腔之间的管路上设有第四单向阀和第五单向阀，所述第四单向阀与所述第五单向阀并联连接，且所述第四单向阀与所述第五单向阀方向相反。

本发明的有益效果：

1)本发明将液压缸、油气室和馈能回路连接，车辆受到路面激励后导致活塞杆在工作缸筒内上下运动，造成有杆腔和无杆腔的下半区之间存在压力差，油液和惰性气体在缸筒和油气室之间活动导致油气室内压力变化，从而使高压蓄能器与低压蓄能器之间形成压力差，进而带动液压马达转动，使与液压马达同轴的发电机发电，由于气体活跃的特点，能识别悬架的微小振动，比传统液电馈能悬架反应速度更快、馈能效率更高，能够针对多种路况适时提供足够多的阻尼力，车辆平顺性更好。

2)本发明利用气体密度小和对压力的变化更敏感的特性，有效提高阻尼器响应速率，使悬架系统能精确快速的产生足够多的阻尼力，提高轮胎的接地性，

3)本发明在馈能回路的低压蓄能器与油气室的油液腔之间设置第一单向阀，当油气室压力过小时，油液腔内的压力会低于馈能回路内的压力，此时第一单向阀打开，迅速将低压蓄能器中的油液补充到油液腔内，保持油气室内压力平衡，从而保持阻尼机构的压力平衡，避免阻尼机构内压力过小而导致气穴现象，增加悬架使用寿命。

4)本发明涉及结构均为液压和气压机构，使用寿命长、易养护。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种充气式液电馈能悬架的结构示意图。

图2为根据本发明实施例的馈能阻尼器的结构示意图。

图3为根据本发明实施例的一种充气式液电馈能悬架处于压缩行程馈能原理图。

图4 为根据本发明实施例的一种充气式液电馈能悬架处于伸张行程馈能原理图。

附图标记：

1-车架；2-弹簧；3-馈能阻尼器；4-车桥；5-弹簧；6-车轮；7-油液；8-活塞；9-工作缸筒；10-惰性气体；11-第一弹性薄膜；12-第二单向阀；13-第三单向阀；14-第四单向阀；15- 第五单向阀；16-油气室；17-第二弹性薄膜；18-第一单向阀；19-高压蓄能器；20-液压马达； 21-直流发电机；22-蓄电池；23-低压蓄能器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种充气式液电馈能悬架。

请参阅图1至图4，根据本发明实施例的一种充气式液电馈能悬架，设置于汽车的车架1 与车桥4之间，车桥4的底部通过第二弹簧与车轮6连接，一种充气式液电馈能悬架包括第一弹簧2和馈能阻尼器3。

具体地，第一弹簧2的两端分别与车架1和车桥4连接。馈能阻尼器3包括阻尼机构、第一弹性薄膜11、油气室16、第二弹性薄膜17和馈能回路，阻尼机构包括工作缸筒9和位于工作缸筒9内的活塞8，阻尼机构的活塞杆末端与车架1连接，工作缸筒9的底端与车桥4 连接，使得阻尼机构与第一弹簧2并联。无杆腔

工作作缸筒9的有杆腔内设有油液，第一弹性薄膜11位于无杆腔内将无杆腔分隔为相互独立的上半区和下半区，无杆腔的上半区内设有油液，由于活塞8与工作缸筒9的内壁之间存在间隙，使得工作缸筒9内的有杆腔与无杆腔的上半区是连通的，无杆腔的下半区内设有惰性气体。

第二弹性薄膜17将所述油气室16内的空腔分隔为油液腔和气体腔，油液腔内设有油液，气体腔内设有惰性气体，油液腔与有杆腔通过管路连通，气体腔与无杆腔的下半区通过管路连通。第一弹性薄膜11和第二弹性薄膜17均由橡胶制成，能够很好的起到分隔和弹性作用。

馈能回路与油液腔连通形成回路，根据本发明的一个实施例，馈能回路包括高压蓄能器 19、液压马达20、低压蓄能器23、直流发电机21和蓄电池22，高压蓄能器19的一端与油液腔连通，另一端与液压马达20的一端连通，液压马达20的另一端与低压蓄能器23的一端连通，低压蓄能器23的另一端与油液腔连通，直流发电机21与液压马达20连接，蓄电池22与直流发电机21连接。

本发明将阻尼机构、油气室16和馈能回路连接，车辆受到路面激励后导致活塞杆在工作缸筒9内上下运动，造成有杆腔和无杆腔的下半区之间存在压力差，油液和惰性气体在工作缸筒9和油气室16之间活动导致油气室16内压力变化，从而使高压蓄能器19与低压蓄能器 23之间形成压力差，进而带动液压马达20转动，使与液压马达20同轴的发电机21发电，由于气体活跃的特点，能识别悬架的微小振动，比传统液电馈能悬架反应速度更快、馈能效率更高，能够针对多种路况适时提供足够多的阻尼力，车辆平顺性更好。

作为优选，根据本发明的一个实施例，有杆腔与油液腔之间的管路上设有第二单向阀12 和第三单向阀13，第二单向阀12与第三单向阀13并联连接，且第二单向阀12与第三单向阀13的方向相反。无杆腔的下半区与油液腔之间的管路上设有第四单向阀14和第五单向阀 15，第四单向阀14与第五单向阀15并联连接，且第四单向阀14与第五单向阀15方向相反。设置第二单向阀12、第三单向阀13、第四单向阀14和第五单向阀15使悬架不论处于压缩行程还是伸张行程时，均驱使液压马达20单向运转，提高马达运行寿命，减少油液不必要的能量消耗，提高馈能效率。

作为优选，根据本发明的一个实施例，馈能回路还包括第一单向阀18，第一单向阀18 设置于低压蓄能器23与油液腔之间的管路上，使得油液由低压蓄能器23向油液腔单向流动。设置单向阀18可以有效弥补传统液电馈能悬架设置系统压力较低时，伸张行程中液压系统的压力有时会出现过小的情况。当油气室16压力过小时，油气室16的油液腔内的压力会低于馈能回路内的压力，此时第一单向阀18就可以打开，迅速将低压蓄能器23中的油液补充到油气室16的油液腔内，保持油气室16内压力平衡，从而保证液压缸内压力平衡，从而避免液压缸压力过小而导致气穴现象，增加悬架使用寿命。

本发明实施例的一种充气式液电馈能悬架的工作原理：

如图3所示，当悬架处于压缩行程时，活塞8下移，有杆腔内容积增大，无杆腔的下半区容积减小，导致无杆腔的下半区内气体压力上升，无杆腔的下半区和油气室16之间形成压力差，使第四单向阀14开启。此时，无杆腔的下半区内的高压惰性气体会通过第四单向阀 14进入油气室16，增大油气室16内惰性气体的压力，使高压气体挤压油液腔内的油液，从而增大油液压力。油气室16中的高压与有杆腔内的低压形成压力差，压力差打开第三单向阀 13，油液腔内一部分油液腔中的高压油液通过第三单向阀13回流至有杆腔内，维持工作缸筒 9内的压力平衡，给悬架提供阻尼力。油液腔内的另一部分高压油液进入馈能回路，油液首先进入高压蓄能器19稳定流量压力，并使高压蓄能器19内压力升高。当馈能回路中高压蓄能器19、低压蓄能器23之间的油液压力差能克服液压马达20上马达轴转动的的阻力矩时，高压蓄能器19和低压蓄能器23之间流动的油液会带动液压马达20旋转，与液压马达共轴的发电机21进入发电状态。

如图4所示，当悬架处于伸张行程时，活塞8上移，有杆腔内容积减小，无杆腔的下半区内容积增大。有杆腔的油液压力增大，有杆腔与油液腔之间会形成压力差，使第二单向阀 12打开。有杆腔内的高压油液在压力差的作用下流入油液腔，油液腔内的压力随之上升，一部分高压油液会挤压气体腔内的惰性气体，使气体的压力上升，高压气体顶开单第五向阀15 内的顶珠后进入无杆腔的下半区，无杆腔的下半区腔内气体容积变大，工作缸筒9压力得以平衡，悬架得到一定阻尼力。另外，高压油气室也会与馈能回路之间形成压力差，一部分油液会在压力差的作用下进入馈能回路。油液在高压蓄能器19内储存能量，当高压蓄能器19 和低压蓄能器23之间达到一定压力差时，流动的油液就会带动液压马达20旋转，以此来使发电机21发电。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种充气式液电馈能悬架，应用于汽车上，设置于汽车的车架(1)与车桥(4)之间，其特征在于，包括：

第一弹簧(2)；及

馈能阻尼器(3)，包括阻尼机构、第一弹性薄膜(11)、油气室(16)、第二弹性薄膜(17)和馈能回路，所述阻尼机构和所述第一弹簧(2)并连在车架(1)与车桥(4)上，所述阻尼机构包括工作缸筒(9)和活塞(8)，所述第一弹性薄膜(11)设于所述工作缸筒(9)内，所述第二弹性薄膜(17)设于所述油气室(16)内；

其中，所述活塞(8)与所述工作缸筒(9)的内壁之间存在间隙，所述工作缸筒(9)的有杆腔内设有油液，所述第一弹性薄膜(11)位于所述工作缸筒(9)的无杆腔内，所述第一弹性薄膜(11)将所述无杆腔分隔为上半区和下半区，所述无杆腔的上半区内设有油液并与所述有杆腔内的油液相通，所述无杆腔的下半区内设有惰性气体，所述第二弹性薄膜(17)将所述油气室(16)的空腔分隔为油液腔和气体腔，所述油液腔内设有油液，所述气体腔内设有惰性气体，所述油液腔与所述有杆腔连通，所述气体腔与所述无杆腔的下半区连通，所述馈能回路与所述油液腔连通形成回路。

2.根据权利要求1所述的充气式液电馈能悬架，其特征在于，所述馈能回路包括高压蓄能器(19)、液压马达(20)、低压蓄能器(23)、直流发电机(21)和蓄电池(22)，所述高压蓄能器(19)的一端与所述油液腔连通，另一端与所述液压马达(20)的一端连通，所述液压马达(20)的另一端与所述低压蓄能器(23)的一端连通，所述低压蓄能器(23)的另一端与所述油液腔连通，所述直流发电机(21)与所述液压马达(20)连接，所述蓄电池(22)与所述直流发电机(21)连接。

3.根据权利要求2所述的充气式液电馈能悬架，其特征在于，所述馈能回路还包括第一单向阀(18)，所述第一单向阀(18)设置于所述低压蓄能器(23)与所述油液腔之间的管路上，使得油液由所述低压蓄能器(23)向所述油液腔单向流动。

4.根据权利要求3所述的充气式液电馈能悬架，其特征在于，所述液压缸的活塞杆末端与车架(1)连接，所述缸筒(9)的底端与车桥(4)连接。

5.根据权利要求1所述的充气式液电馈能悬架，其特征在于，所述第一弹性薄膜(11)和所述第二弹性薄膜(17)均由橡胶制成。

6.根据权利要求1所述的充气式液电馈能悬架，其特征在于，所述有杆腔与所述油液腔之间的管路上设有第二单向阀(12)和第三单向阀(13)，所述第二单向阀(12)与所述第三单向阀(13)并联连接，且所述第二单向阀(12)与所述第三单向阀(13)的方向相反。

7.根据权利要求1所述的充气式液电馈能悬架，其特征在于，所述无杆腔的下半区与所述油液腔之间的管路上设有第四单向阀(14)和第五单向阀(15)，所述第四单向阀(14)与所述第五单向阀(15)并联连接，且所述第四单向阀(14)与所述第五单向阀(15)方向相反。

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