CN110735879A - 具有电磁流变可切换位移元件的安装组件 - Google Patents

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Abstract

一种使用用于将传动系统附接到车辆的结构构件的安装组件的系统和方法。安装组件包括第一柔性构件、第二柔性构件、第一流体室、第二流体室、压力柔性膜、电磁流变开关以及磁流变流体。流体管道将第一流体室与第二流体室互连，以允许流体从第一流体室流到第二流体室。压力柔性膜密封第二流体室中的孔。激活电磁流变开关以在流体管道中产生电场，以改变磁流变流体的粘度，从而实现安装组件的第一刚度轮廓。禁用电磁流变开关以移除流体管道中的电场，以改变磁流变流体的粘度，从而实现安装组件的第二刚度轮廓。

Description

具有电磁流变可切换位移元件的安装组件
技术领域
本发明总体涉及用于将第一结构构件互连到第二结构构件的装置和方法，更具体地，涉及一种具有刚度轮廓的安装组件，用于减少其中一个结构构件中存在的振动被传递到另一个结构构件。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可以构成或不构成现有技术。
安装组件通常存在于机动车辆中。安装组件具有两个主要功能。首先，安装组件用于将车辆的部件(例如，传动系统)稳固到车身或车架上，其次，用于减少或消除传动系统中存在的力或振动的传递传播到车身或车架。
为了实现它们的主要功能，安装组件典型地具有支撑柔性构件或橡胶嵌件的结构框架或支架。柔性构件具有安装特征，该安装特征构造成附接到传动系统或其他结构部件。安装组件的结构框架构造成附接到车身或车架。柔性构件具有已知的弹簧刚度轮廓，该弹簧刚度轮廓基于柔性构件在安装组件的结构框架内的位移而变化。柔性构件的弹簧刚度轮廓是固定的，并且不可适配成改变车辆的操作条件。
虽然传统的安装组件实现了它们的预期目的，但是本领域需要一种用于安装组件的改进的设计。改进的设计应当提供一种安装组件，该安装组件在安装到车辆上后是可控的，使得可以基于变化的车辆操作条件选择多个刚度轮廓。
发明内容
根据若干方面，公开了一种用于将传动系统附接到车辆的结构构件的安装组件。安装组件包括：第一支撑构件，具有可附接到传动系统的附接端；第二支撑构件，具有可附接到车辆的结构构件的附接端；第一柔性构件；第二柔性构件；第二缓冲构件；第一流体室；第二流体室；流体管道；压力柔性膜；磁流变流体；以及电磁流变开关。第二支撑构件与第一支撑构件间隔开。第一柔性构件包括固定到第一支撑构件的第一附接端、固定到第二支撑构件的第二附接端以及与第一附接端相对的第一缓冲构件。第二柔性构件固定到第二支撑构件并且与第一缓冲部分间隔开。第二缓冲构件固定到第二支撑构件并且与第二柔性构件间隔开。第一流体室由第二柔性构件的表面、第二支撑构件的表面和第二缓冲构件的表面限定。第二流体室由第二支撑构件的多个表面限定。流体管道将第一流体室与第二流体室互连，以允许流体从第一流体室流到第二流体室。压力柔性膜附接到第二支撑结构并密封第二支撑构件的多个表面中的至少一个表面中的孔。磁流变流体设置在第一流体室、第二流体室和流体管道中。电磁流变开关靠近第一和第二流体室之间的流体管道的一部分，用于选择性地产生电场以改变磁流变流体的粘度。
在本发明的另一方面，第三流体室与第二流体室相邻设置，以覆盖压力柔性膜。
在本发明的另一方面，第三流体室具有通气口，用于排出置于第三流体室内的空气。
在本发明的另一方面，电磁流变开关还包括电线圈，用于在流体管道的所述部分中产生电场。
在本发明的另一方面，第二支撑构件在第二支撑构件的端部处具有孔。
在本发明的另一方面，第一柔性构件是细长构件，其跨越孔并且在第一端处附接到孔的内表面，在第二端处附接到孔的相对的内表面。
在本发明的另一方面，第二柔性构件和第二缓冲构件形成为整体式构件。
在本发明的另一方面，第一流体室是在整体式构件内形成的囊。
在本发明的另一方面，流体管道形成在第二支撑构件中并且将囊与第二流体室互连。
在本发明的另一方面，压力柔性膜是柔性膜，其在由第二室中的流体产生的压力下突出到第三室中以增加第二流体室的容积。
在本发明的另一方面，公开了一种用于使用安装组件将传动系统附接到车辆的结构构件的方法。该方法包括：提供第一支撑构件；提供第二支撑构件；提供第一柔性构件；提供第二柔性构件；提供第二缓冲构件；提供第一流体室；提供第二流体室；将第一流体室与第二流体室互连；密封第二支撑构件的多个表面中的至少一个表面中的孔；确定安装组件的期望刚度轮廓；激活电磁流变开关以在流体管道中产生电场，以改变磁流变流体的粘度，从而实现安装组件的第一刚度轮廓；以及禁用电磁流变开关以移除流体管道中的电场，以改变磁流变流体的粘度，从而实现安装组件的第二刚度轮廓。
在本发明的又一方面，确定安装组件的期望刚度水平还包括基于车辆的操作条件确定是否期望第一刚度轮廓。
在本发明的又一方面，确定安装组件的期望刚度水平还包括基于车辆的操作条件确定是否期望第二刚度轮廓。
在本发明的又一方面，密封第二支撑构件的多个表面中的至少一个表面中的孔还包括当期望第一刚度轮廓时防止压力柔性膜突出到第二流体室外。
在本发明的又一方面，用压力柔性膜密封第二支撑构件的多个表面中的至少一个表面中的孔还包括当期望第二刚度轮廓时允许压力柔性膜突出到第二流体室外。
在本发明的又一方面，激活电磁流变开关以在流体管道中产生电场，以改变磁流变流体的粘度还包括将流体的粘度改变为粘弹性固体以防止流体从第一流体室流到第二流体室。
在本发明的又一方面，禁用电磁流变开关以移除流体管道中的电场，以改变磁流变流体的粘度还包括将流体的粘度改变为允许流体从第一流体室流到第二流体室的粘度。
在本发明的又一方面，该方法还包括提供与第二流体室相邻的第三流体室，以覆盖压力柔性膜。
在本发明的又一方面，提供与第二流体室相邻的第三流体室还包括在第三流体室中提供通气口，用于排出置于第三流体室内的空气。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应该理解，描述和具体的示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据本发明的一个方面的安装组件的示意图；
图2a是根据本发明的方面的利用安装组件的扭矩支柱的透视图；
图2b是根据本发明的方面沿图2a中所示的线2b贯穿扭矩支柱的剖视图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或用途。
参考图1，示出了根据本发明的安装组件10的示意图。安装组件10构造成将第一结构12(例如，传动系统)附接到第二结构14(例如，车辆的结构构件)。安装组件10具有第一支撑构件16和第二支撑构件20，第一支撑构件16具有可附接到传动系统或第一结构12的附接端18，第二支撑构件20具有可附接到第二结构14或车辆的结构构件的附接端22。第二支撑构件20与第一支撑构件16间隔开。如根据本发明将变得清楚的，安装组件10构造成减少或消除在一个构件中产生的力或振动到另一个构件的传递。在一个示例中，第一支撑构件16是金属块或类似物，其构造成通过诸如螺栓和金属块中的螺纹孔的附接装置附接到第一结构或传动系统12。类似地，第二支撑结构20是金属壳体，其具有可附接到车辆结构(例如，车架或车梁)的附接端22。
安装组件10还包括第一柔性构件24、第二柔性构件26、第二缓冲构件28、第一流体室30、第二流体室32、将第一流体室与第二流体室互连的流体管道36、压力柔性膜38以及电磁流变(EMR)开关40，如下面进一步详细描述的。
第一柔性构件24具有固定到第一支撑构件16的第一附接端或表面42和固定到第二支撑构件20的第二附接端44。第一附接端或表面42可以通过包覆成型或嵌件成型固定或稳固到第一支撑构件16。同样地，第二附接端44可以通过包覆成型或嵌件成型或其他合适的方式固定或稳固到第二支撑构件20。第一柔性构件24由具有已知刚度值Ksm的橡胶或类似材料制成。另外，第一缓冲构件46附接到第一支撑构件16或与附接端18相对的金属块。缓冲构件46可以通过包覆成型或嵌件成型或其他合适的方式固定或稳固到第一支撑构件16或金属块。缓冲构件46由具有已知刚度值KS1的橡胶或类似材料制成。
第二柔性构件26固定到第二支撑构件20并且与第一缓冲构件间隔开距离g1。第二柔性构件26由具有已知刚度值KS2的橡胶或类似材料制成。第二柔性构件26可以通过包覆成型或嵌件成型或其他合适的方式固定或稳固到第二支撑构件20。
第二缓冲构件28固定到第二支撑构件20并且与第二柔性构件26间隔开距离g2。第二缓冲构件28由具有已知刚度值Ksn的橡胶或类似材料制成。第二缓冲构件28可以通过包覆成型或嵌件成型或其他合适的方式固定或稳固到第二支撑构件20。
第一流体室30设置在安装组件10中，用于在第二柔性构件26和第二缓冲构件28之间保持一定体积的流体，例如磁流变(MR)流体56。第二柔性构件26的表面48、第二支撑构件20的表面50和第二缓冲构件28的表面52限定第一流体室30。
第二流体室32设置在安装组件10中，用于从第一流体室30接收一定体积的流体。第二支撑构件20的多个表面54限定第二流体室32。流体管道36将第一流体室30与第二流体室32互连，以允许流体56从第一流体室30流到第二流体室32。开口或孔60设置在第二支撑构件20的端壁62中。
压力柔性膜38附接到第二支撑构件20并且设置在端壁62中的开口60上。压力柔性膜38密封第二支撑构件20的开口60，防止MR流体56流出第二流体室32。然而，压力柔性膜38是柔性膜，其在由第二室32中的MR流体56产生的压力下突出超过端壁62，从而有效地增加第二流体室32的容积并允许第一流体室30中的容积减小。压力柔性膜38由诸如橡胶等的无孔材料制成。
电磁流变(EMR)开关40设置在第一流体室30和第二流体室32之间。EMR开关40包括受控电线圈64，电线圈64在第一流体室30和第二流体室32之间的流体管道36的部分66周围产生磁通量。另外，安装组件10利用与线圈64电连通的控制系统70来控制流体管道36周围的磁场。当经受受控电线圈64产生的磁场时，MR流体56的表观粘度可变地增加到MR流体56变成粘弹性固体的点。当MR流体56被EMR开关40限制运动时，MR流体56变得不可压缩并且利用限制次级缓冲构件28的运动来锁定或限制次级橡胶元件26的运动，从而有效而显著地增加安装组件10的组合有效刚度。控制系统70基于车辆操作条件(例如，发动机速度、车辆速度、车身运动等)确定安装组件10的适当的整体刚度水平。
安装组件10能够实现两种不同的刚度轮廓。通过向EMR开关40发送控制信号来控制线圈64以减小或移除由线圈64产生的电场，允许MR流体从第一室30流到第二室32，从而实现第一刚度轮廓。第一刚度轮廓的第一线性刚度水平存在于安装组件10中，直到第一柔性构件24位移距离g1。当第一柔性构件24位移距离g1并且直到第二柔性构件26位移距离g2时，安装组件10中实现第一刚度轮廓的第二线性刚度水平。在第一柔性构件24位移距离g1并且第二柔性构件26位移距离g2后，第一刚度轮廓的刚度水平根据组合刚度Ksm、Ks1、Ks2和Ksn随第一柔性构件24和第二柔性构件26的附加位移而非线性地增加。由于允许第一流体室30中的流体流到第二流体室32，因此力不会被通过MR流体56从第二柔性构件26传递到次级缓冲构件28。
通过向EMR开关40发送控制信号来控制线圈64以增加由线圈64产生的电场，在安装组件10中实现第二刚度轮廓。由线圈64产生的电场使得流体管道36的部分66中的MR流体56的粘度增加并限制MR流体56从第一室30流到第二室32。第二刚度轮廓的第一线性刚度水平存在于安装组件10中，直到第一柔性构件24位移距离g1。在第一柔性构件24位移距离g1后，第二刚度轮廓的刚度水平根据Ksm、Ks1、Ks2和Ksn的组合刚度非线性地增加，因为当第一流体室30中的流体被阻止流到第二流体室32并且MR流体56是不可压缩的时，力被通过MR流体56从次级橡胶元件26传递到次级缓冲构件28。
现在参考图2a，示出了根据本发明的实施例的利用上述安装组件10的扭矩支柱80的透视图。支柱80构造成将车辆82的结构构件附接到传动系统84的结构构件。支柱80具有可附接到车辆82的结构构件的安装块86和具有可附接到传动系统84的结构构件的附接端90的支柱主体88。支柱主体88是细长的结构构件，其在支柱主体88的相对于附接端90的相对端94处具有孔92。如根据本发明将变得清楚的，支柱80构造成减少或消除车辆82中产生的力或振动被传递到传动系统84的结构构件。安装块86例如是金属块或构造成通过诸如螺栓和金属块中的螺纹孔的附接装置附接到车辆82的结构构件的类似物。类似地，支柱主体88是金属支架，其在附接端90处具有一对凸缘96，凸缘96具有孔99，其可以以传统的方式附接到传动系统84的结构构件。
支柱80具有主橡胶元件100，该主橡胶元件100是横跨孔92的细长构件，并且在第一端102处附接到孔92的内表面，在第二端104处附接到孔92的相对的内表面。安装块86通过包覆成型或嵌件成型固定或稳固到主橡胶元件100上。同样地，主橡胶元件100的第一和第二端102、104通过包覆成型或嵌件成型或其他合适的方式固定或稳固到支柱主体88。主橡胶元件100由具有已知刚度值Ksm的橡胶或类似材料制成。另外，第一缓冲构件106附接到安装块86。第一缓冲构件106可以通过包覆成型或嵌件成型或其他合适的方式固定或稳固到安装块86。第一缓冲构件106由具有已知刚度值KS1的橡胶或类似材料制成。支柱80还包括次级橡胶元件110，其也设置在孔92中并且在端部114处附接到孔92的内表面112。次级橡胶元件110由具有已知刚度值KS2的橡胶或类似材料制成。
另外，在支柱80中提供电磁流变(EMR)开关120。EMR开关120包括受控电线圈122，其产生磁场以选择性地改变支柱80的刚度水平。与线圈122电连通的控制系统124控制由线圈122产生的磁场。控制系统124基于车辆操作条件(例如，发动机速度、车辆速度、车身运动等)确定支柱80的适当的整体刚度水平。
现在参考图2b，示出了根据本发明的实施例的沿图2a中所示的线2b贯穿扭矩支柱80的剖视图。在次级橡胶元件110内集成有次级缓冲元件130。次级缓冲元件130由具有已知刚度值KSn的橡胶或类似材料制成。
如图2b中进一步所示，支柱80具有三个流体室132、134和142。第一流体室132是流体刚度调节室，并且设置在次级橡胶元件110中，用于保持一定体积的流体，例如，磁流变(MR)流体133。第一流体室132是形成在与次级缓冲元件130相邻的次级橡胶元件110中的囊或腔。
第二流体室134是流体膨胀室并且形成在支柱主体88中，用于从第一流体室132接收MR流体133的流。流体管道或通道136形成在支柱主体88中。流体管道或通道136将形成在支柱主体88中的一对端口138、140与第二流体室134互连。端口138、140与第一流体室132流体连通，以允许流体从第一流体室132流到第二流体室134。EMR开关120的电线圈围绕设置在第一和第二流体室132、134之间的流体管道136的部分141缠绕。
第三流体室142与第二流体室134相邻。第三流体室142具有设置在第二和第三流体室134、142之间的分隔壁146中的开口或孔144。在开口144的对面，通气口148穿过支柱主体88的外壁150设置。通气口148是向周围环境开放的开口或孔。压力柔性膜152设置在分隔壁146中的开口144上。压力柔性膜152密封第二流体室134和第三流体室142之间的开口144，防止流体从第二流体室134流到第三流体室142。压力柔性膜152是柔性膜，其在由第二室134中的MR流体133产生的压力下突出到第三室142中，从而有效地增加第二流体室134的容积并允许第一流体室132中的容积减小。随着柔性膜152突出到第三室142中，第三室142中的空气被迫使排出通气口148。压力柔性膜152由诸如橡胶等的无孔材料制成。
本发明还设想了一种用于将支柱80的整体刚度从第一刚度轮廓改变为第二刚度轮廓的方法。通过向电磁流变(EMR)开关120发送控制信号以禁用电线圈122并关闭磁场，实现第一刚度轮廓。当由电线圈122产生的电场不存在于流体管道136的部分141中时，MR流体133较不粘稠并且随着柔性构件152弯曲并突出到第三流体室136中而自由地从第一室流到第二室。第一刚度轮廓的第一线性刚度水平存在于支柱80中，直到主橡胶元件100位移距离g1。当主橡胶元件100位移距离g1并且直到次级橡胶元件110位移距离g2时，在支柱80中实现第一刚度轮廓的第二线性刚度水平。在主橡胶元件100位移距离g1并且次级橡胶元件110位移距离g2后，第一刚度轮廓的刚度水平根据组合刚度Ksm、Ks1、Ks2和Ksn随主橡胶元件100和次级橡胶元件110的附加位移而非线性地增加。
通过向电磁流变(EMR)开关120发送控制信号以激活电线圈122并产生磁场，在支柱80中实现第二刚度轮廓。当流体管道136的部分141中的MR流体133经受由电线圈122产生的磁场时，MR流体133的表观粘度可变地增加到MR流体133变为粘弹性固体的点。流体管道136的部分141中的MR流体133的粘弹性固态限制MR流体133的流从第一室132离开并进入第二室134。MR流体133是不可压缩的，并且利用限制次级缓冲构件28的运动来锁定或限制次级橡胶元件26的运动，从而有效而显著地增加安装组件10的组合有效刚度。基本上，第一室132中的流体体积保持固定，使得当主橡胶元件100位移距离g1并接触次级橡胶元件110时，不可压缩MR流体133将来自次级橡胶元件110的力通过MR流体133传递到次级缓冲元件130。
第二刚度轮廓的第一线性刚度水平存在于支柱80中，直到主橡胶元件100位移距离g1。在主橡胶元件100位移距离g1后，第二刚度轮廓的刚度水平根据Ksm、Ks1、Ks2和Ksn的组合刚度随主橡胶元件100和次级橡胶元件110的附加位移而非线性地增加。
有利地，本发明的系统和方法提供了具有多个刚度轮廓的安装组件。此外，可以基于车辆的变化的操作条件来选择期望的刚度轮廓。根据上述公开内容，与传统安装组件相比的许多其他益处将是显而易见的。
本发明的描述本质上仅是示例性的，并且不脱离本发明的主旨的变型旨在落入本发明的范围内。不应将这些变型视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于将传动系统附接到车辆的结构构件的安装组件，所述安装组件包括：
第一支撑构件，具有可附接到所述传动系统的附接端；
第二支撑构件，具有可附接到所述车辆的所述结构构件的附接端，其中所述第二支撑构件与所述第一支撑构件间隔开；
第一柔性构件，具有：
固定到所述第一支撑构件的第一附接端；
固定到所述第二支撑构件的第二附接端；以及
与所述第一附接端相对的第一缓冲构件；
第二柔性构件，固定到所述第二支撑构件，其中所述第二柔性构件与所述第一缓冲构件间隔开；
第二缓冲构件，固定到所述第二支撑构件并与所述第二柔性构件间隔开；
第一流体室，由所述第二柔性构件的表面、所述第二支撑构件的表面和所述第二缓冲构件的表面限定；以及
第二流体室，由所述第二支撑构件的多个表面限定，并且在所述第二支撑构件的所述多个表面中的至少一个表面中具有孔；
流体管道，将所述第一流体室与所述第二流体室互连，以允许流体从所述第一流体室流到所述第二流体室；
压力柔性膜，附接到所述第二支撑构件，其中压力柔性膜密封所述第二支撑构件的所述多个表面中的所述至少一个表面中的所述孔；以及
磁流变流体，设置在所述第一流体室、所述第二流体室和所述流体管道中；
电磁流变开关，靠近所述第一和第二流体室之间的所述流体管道的一部分，用于选择性地产生电场以改变所述磁流变流体的粘度。
2.根据权利要求1所述的安装组件，还包括与所述第二流体室相邻的第三流体室，以覆盖所述压力柔性膜。
3.根据权利要求2所述的安装组件，其中所述第三流体室具有通气口，用于排出置于所述第三流体室内的空气。
4.根据权利要求3所述的安装组件，其中所述电磁流变开关还包括电线圈，用于在所述流体管道的所述部分中产生电场。
5.根据权利要求1所述的安装组件，其中所述第二支撑构件在所述第二支撑构件的端部处具有孔。
6.根据权利要求5所述的安装组件，其中所述第一柔性构件是细长构件，其跨越所述孔并且在其第一端处附接到所述孔的内表面，在第二端处附接到所述孔的相对的内表面。
7.根据权利要求1所述的安装组件，其中所述第二柔性构件和所述第二缓冲构件形成为整体式构件。
8.根据权利要求7所述的安装组件，其中第一流体室是形成在所述整体式构件内的囊。
9.根据权利要求8所述的安装组件，其中所述流体管道形成在所述第二支撑构件中，并且将所述囊与所述第二流体室互连。
10.根据权利要求2所述的安装组件，其中所述压力柔性膜是柔性膜，其在由所述第二流体室中的所述流体产生的压力下突出到所述第三流体室中，以增加所述第二流体室的容积。
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