CN111288030B - 一种汽车增程器的分布式减震支撑装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车增程器的分布式减震支撑装置，包括减震支撑装置和控制系统，所述减震支撑装置包括壳体和活塞装置，所述壳体内设有相互连通的油室和顶柱腔，所述活塞装置与所述油室同轴线配合，所述壳体上设有使所述活塞装置在所述油室内上下运动的扭动装置，所述顶柱腔内设有间隙配合的顶柱，所述活塞装置用于调整所述顶柱的位置；所述控制系统用于为所述减震支撑装置供油和卸油，并用于控制所述扭动装置升高所述顶柱。本发明降低了汽车开发成本并设计了减震装置的控制系统，且减震装置的通用性好，减震效果好。

Description

一种汽车增程器的分布式减震支撑装置及其控制方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车设备技术领域，具体涉及一种汽车增程器的分布式减震支撑装置及其控制方法。

背景技术

汽车在改善人类生活的同时，造成了交通能耗的大幅度提升以及城市雾霾的加重，串联式混合动力汽车作为纯电动汽车的平稳过度车型，以其效率高、续航里程长等优点愈发受到关注。増程器是串联式混合动力汽车的关键部件，主要包括发动机、发电机、驱动电机、油箱、发动机控制器和发电机控制器。

串联式电动车对于整车流水线制造工艺要求特别高。相比于纯电动，串联式最大的制造工艺难题在于其需要进行全新的平台开发，由于各部件需要与车架固连，传统的燃油车平台无法合理兼容增程器、驱动电机、电池等的布局，因此串联式混合动力汽车的研发成本很高，这也是阻碍其快速发展的因素之一。近年来不少串联式混合动力汽车采用三缸发动机，三缸发动机震动很大，且増程器的安装位置离车舱很近，运转时产生的震动直接影响后排乘客的乘坐体验，甚至影响整车的NVH，即便是专属平台研发的串联式混合动力汽车也无法规避增程器的震动问题。增程器的震动受多方面因素影响，包括发动机的转速、发电机的工作状态、发动机和发电机的连接设计、控制策略等，因此采取被动减震是较为简单的方法，其中最有效的方法就是使用减震装置减震，但现有的减震装置均为纯机械或液压装置，减震效果不佳，而且只能适用于某些特定车型。

综上所述，目前串联式混合动力汽车及其减震装置的研究存在以下不足：

1.串联式混动汽车研发成本高，传统的燃油车平台无法合理兼容各部件的布局，需要进行全新的平台开发；

2.减震装置为纯机械或液压装置，无控制系统，自我调节性能差；

3.减震装置的通用性差；

4.减震效果欠佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车增程器的分布式减震支撑装置及其控制方法，以解决上述不足。

本发明提供了如下的技术方案：

一种汽车增程器的分布式减震支撑装置，包括减震支撑装置和控制系统，所述减震支撑装置包括壳体和活塞装置，所述壳体内设有相互连通的油室和顶柱腔，所述活塞装置与所述油室同轴线配合，所述壳体上设有使所述活塞装置在所述油室内上下运动的扭动装置，所述顶柱腔内设有间隙配合的顶柱，所述活塞装置用于调整所述顶柱的位置；所述控制系统用于为所述减震支撑装置供油和卸油，并用于控制所述扭动装置升高所述顶柱。

优选的，所述油室包括左油室和右油室，所述左油室和右油室均为圆柱形且关于所述顶柱腔对称布置，分别与一个所述活塞装置同轴线配合，所述壳体底部设有螺栓孔和橡胶减震垫，所述橡胶减震垫与壳体底部固连。

优选的，所述壳体的俯视面为8字型，内部开有通道使左油室、右油室和顶柱腔连通，所述顶柱腔的直径是左油室和右油室直径的一半，且活塞装置对称布置，所述左油室与右油室的顶部和所述活塞的轴线方向均开有通气孔，油室一侧开有油孔，与所述控制系统的油管相连，顶柱上下端面各安装有一个压力传感器，与所述控制系统相连。

优选的，所述活塞装置包括锥齿轮一、锥齿轮二、皮带轮、齿形带、丝杠、丝杠螺母、密封圈、活塞、圆锥滚子轴承、密封油环、橡胶折边、弹簧组和弹簧底盘，所述扭动装置包括扭矩电机和电机支座，所述锥齿轮一与丝杠同轴线且与丝杠上端过盈配合，所述锥齿轮二与锥齿轮一啮合，安装在扭矩电机轴上，所述扭矩电机安装在电机支座上，所述电机支座安装在壳体上表面，所述皮带轮与丝杠同轴线且安装在锥齿轮一下方，所述齿形带与两个皮带轮配合，所述扭矩电机通过齿轮驱动丝杠转动，所述丝杠的上端和下端为光杆，下端与圆锥滚子轴承内圈过盈配合，所述丝杠与丝杠螺母通过螺纹连接，所述丝杠螺母通过螺钉与所述壳体固连，所述密封圈安装在丝杠和丝杠螺母之间，所述活塞顶部开有圆柱形活塞内孔，所述圆锥滚子轴承安装在活塞内孔底部且其外圈与活塞内孔过盈配合，所述活塞的外圆柱上开有两道环形槽并分别与密封油环配合，所述弹簧底盘的外圆柱上开有一道环形槽并与密封油环配合，所述橡胶折边的上表面与活塞底部固连，下表面与弹簧底盘的上表面固连，弹簧组安装在橡胶折边内部，弹簧组顶部与活塞底部固连，弹簧组底部与弹簧底盘的上表面固连。

优选的，所述弹簧组为内外嵌套、旋向相反的两根弹簧，所述顶柱的上端开有螺纹孔，下端开有两道环形槽，与密封油环配合。

优选的，所述控制系统包括相互连接的电源、MCU控制器、驱动电路、液压控制系统、反馈电路和操作电路，所述MCU控制器通过驱动电路控制所述液压控制系统和所述扭动装置，所述液压控制系统连接所述油箱，所述反馈电路包括依次连接的放大电路、滤波电路和接口电路，所述放大电路连接所述压力传感器并通过所述接口电路连接反馈到所述MCU控制器，所述操作电路包括依次连接的串口通信电路、上位机、按键电路和控制开关，所述串口通信电路连接所述MCU控制器。

优选的，所述液压控制系统包括依次设在主油路上的油箱、过滤器、液压泵、电动机、三通接口、单向阀、三位三通电磁换向阀和消声器，所述液压控制系统通过所述消声器连接所述减震支撑装置，所述三位三通电磁换向阀和消声器之间的支路上设有阻尼孔和蓄能器，所述阻尼孔和蓄能器为动压反馈装置，所述三通接口支路上设有溢流阀。

一种汽车增程器的分布式减震支撑装置的控制方法，包括以下步骤：

控制液压系统为减震支撑装置供油，当液压油达到使用寿命时控制减震支撑装置卸油；

控制扭矩电机旋转，升高顶柱，从而支撑增程器；

当减震支撑装置因长时间工作，液压油发生泄漏，使顶柱的支撑力减小时，控制系统根据压力传感器的信号驱动电机旋转，使顶柱的推力恢复到设定值。

本发明的有益效果是：本发明减震支撑装置，减小增程器的对车架形状的依赖，降低汽车平台开发成本；本发明设计了减震装置的控制系统，使减震装置自动充油、卸油、支撑增程器并自动修正支撑力；减震装置，根据支撑点的位置来布置减震装置和调节支撑高度，提高了减震装置的通用性；多种减震方式配合工作，提高了减震效果；在减震装置中采用了液压减震、弹簧减震和橡胶减震三重减震的方式；发动机的震动首先通过顶柱传给液压油，一部分震动通过油液和弹簧底盘传递到弹簧组，一部分震动通过油液和壳体传到橡胶减震垫，一部分震动经液压系统传到了阻尼孔和蓄能器组成的动压反馈装置和消声器，液压减震的防腐性好，受力更加合理，阻尼大且动态响应时间短。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明减震支撑装置的结构示意图；

图2是本发明减震支撑装置中壳体的结构示意图；

图3是本发明减震支撑装置的半剖视结构示意图；

图4是本发明减震支撑装置中活塞的结构示意图；

图5是本发明减震支撑装置与増程器配合时的装配结构图；

图6是本发明减震支撑装置的控制系统框图；

图7是本发明减震支撑装置的液压控制系统。

图中标记为：

1、壳体，2、活塞装置，3、顶柱腔，4、橡胶减震垫，5、左油室，6、右油室，7、锥齿轮一，8、锥齿轮二，9、皮带轮，10、齿形带，11、电机支座，12、扭矩电机，13、丝杠，14、丝杠螺母，15、密封圈，16、活塞，17、圆锥滚子轴承，18、密封油环，19、橡胶折边，20、弹簧组，21、弹簧底盘，22、活塞内孔，23、油孔，24、顶柱，25、压力传感器，26、通气孔，27、过滤器，28、液压泵，29、电动机，30、溢流阀，31、三通接口，32、单向阀，33、三位三通电磁换向阀，34、阻尼孔，35、蓄能器，36、消声器，37、油箱，38、螺栓孔，39、环形槽，40、螺纹孔，41、减震支撑装置，42、增程器。

具体实施方式

如图1-图7所示，一种汽车增程器的分布式减震支撑装置，包括壳体1、活塞装置2、顶柱24和橡胶减震垫4，所述壳体1包括左油室5、右油室6和顶柱腔3，所述左油室5和右油室6均为圆柱形且对称布置，分别与一个活塞装置2同轴线配合，所述顶柱腔3与顶柱24间隙配合，通过调节活塞装置2来调整顶柱24的位置，所述壳体1通过其底部的螺栓孔38与车架固连，所述橡胶减震垫4与壳体1底部固连，所述活塞装置2包括锥齿轮一7，锥齿轮二8，皮带轮9，齿形带10，电机支座11，扭矩电机12，丝杠13，丝杠螺母14，密封圈15，活塞16，圆锥滚子轴承17，密封油环18，橡胶折边19，弹簧组20和弹簧底盘21，所述锥齿轮一7与丝杠13同轴线且与丝杠13上端过盈配合，所述锥齿轮二8与锥齿轮一7啮合，安装在扭矩电机12轴上，所述扭矩电机12安装在电机支座11上，所述电机支座11安装在壳体1上表面，所述皮带轮9与丝杠13同轴线且安装在锥齿轮一7下方，所述齿形带10与两个皮带轮9配合，扭矩电机12可以通过齿轮驱动丝杠13转动，所述丝杠13的上端和下端为光杆，下端与圆锥滚子轴承17内圈过盈配合，所述丝杠13与丝杠螺母14通过螺纹连接，所述丝杠螺母14通过螺钉与壳体1固连，所述密封圈15安装在丝杠13和丝杠螺母14之间，防止油液渗漏，所述活塞16顶部开有圆柱形活塞内孔22，所述圆锥滚子轴承17安装在活塞内孔22底部且其外圈与活塞内孔22过盈配合，所述活塞16的外圆柱上开有两道环形槽39并分别与密封油环18配合，所述弹簧底盘21的外圆柱上开有一道环形槽39并与密封油环18配合，所述橡胶折边19的上表面与活塞16底部固连，下表面与弹簧底盘21的上表面固连，弹簧组20安装在橡胶折边19内部，弹簧组20顶部与活塞16底部固连，弹簧组20底部与弹簧底盘21的上表面固连。所述控制系统包括电源，MCU控制器，驱动电路，液压控制系统，扭矩电机12，压力传感器25，放大电路，滤波电路，接口电路，串口通信电路，上位机，按键电路和控制开关。

在本发明中，所述壳体1的俯视图为8字型，合理利用空间，内部开有通道使左油室5、右油室6和顶柱腔3连通，一侧开有油孔23，与液压系统的油管相连，通过该孔实现充油与卸油。所述顶柱腔3的直径是左油室5和右油室6直径的一半，且活塞装置2对称布置，可以通过同时移动两个活塞16使顶柱24移动更大的距离，减小了减震器垂直方向的尺寸。顶柱24上下端面各安装有一个压力传感器25。所述弹簧组20为内外嵌套、旋向相反的两根弹簧，有效缩短了单根弹簧的长度，使结构更紧凑，且防止弹簧共振。所述左油室5与右油室6的顶部和所述活塞16的轴线方向均开有通气孔26，目的是保证弹簧组20不受气压影响，顺利产生弹性形变。所述顶柱24的上端开有螺纹孔40，通过螺栓与发动机悬置点固连，下端开有两道环形槽39，与密封油环18配合，防止液压油因高压而从顶柱24与顶柱腔3之间的间隙泄露。所述橡胶减震垫4选用天然橡胶，开有若干矩形槽。天然橡胶弹性好，耐疲劳性好，生热低，蠕变小，与金属件黏合性能好，加工性能也好，对高频震动的吸收尤为突出。所述液压控制系统包括油箱37，过滤器27，液压泵28，电动机29，溢流阀30，三通接口31，单向阀32，三位三通电磁换向阀33，阻尼孔34，蓄能器35和消声器36。其中，阻尼孔34和蓄能器35组成动压反馈装置，其在稳态情况下不会对稳态性能产生影响，在动态过程中，随着负载压力的变化而产生附加的阻尼作用，而且负载压力变化得越大，其阻尼作用也越大，这样可以有效吸收增程器的震动。消声器36可以减小增程器震动引发的噪声。所述油箱37，过滤器27，液压泵28，电动机29，三通接口31，单向阀32，三位三通电磁换向阀33和消声器36在液压系统的主油路，溢流阀30，阻尼孔34和蓄能器35在液压系统的支路。

所有减震支撑装置共用一套控制系统，在控制系统的的控制下，减震支撑装置的工作方式为：

1.充油：打开控制开关给系统供电，MCU控制器通过驱动电路驱动所有电机，并令三位三通电磁换向阀33处于右位，电机带动液压泵28工作，油液依次经过油箱37，过滤器27，三通接口31，单向阀32，三位三通电磁换向阀33右位和消声器36进入各装置。装置内的油液逐渐接触到顶柱24下方的压力传感器25，并且压力不断增大，当压力达到预设压力时，表明油液已经充满装置内腔，此时压力信号经过信号放大，信号滤波，接口电路传给MCU控制器，MCU控制液压系统的电动机29停止工作，并将三位三通电磁换向阀33置于中位，充油结束。

2.升高顶柱24，支撑增程器：MCU控制器通过驱动电路驱动扭矩电机12，扭矩电机12带动圆锥齿轮二8转动，圆锥齿轮二8带动与其啮合的圆锥齿轮一7转动，圆锥齿轮一7带动丝杠13和皮带轮9转动，皮带将转动传递给另一侧的皮带轮9，带动另一侧的丝杠13转动，因为丝杠13与丝杠螺母14通过螺纹连接，丝杠螺母14与壳体1固连，壳体1和车架固连，所以丝杠13可以相对于壳体1上下移动，从而带动活塞16相对于壳体1上下移动，活塞16的上下移动通过弹簧组20传递给弹簧底盘21，从而将左油室5和右油室6的液压油挤压到顶柱腔3，推动顶柱24上升，当压力传感器25与增程器支撑点接触并且接触力达到预设值时，MCU控制扭矩电机12停止转动，顶柱24升高结束。

3.减震：増程器工作时，震动从顶柱24先传到液压油，一部分震动通过液压油传递给弹簧组20，通过弹簧组20的伸缩吸收一部分震动，一部分从液压油和壳体1传递给橡胶减震垫4，还有一部分震动经液压油传到液压系统，被阻尼孔34和蓄能器35组成的动压反馈装置吸收。在安装弹簧组20时，弹簧组20处于预压缩状态，减震支撑装置工作时，当液压油对弹簧底盘21的压力大于弹簧组20的预紧力时，弹簧组20压缩，橡胶折边19也随之压缩，当弹簧底盘21所受的油液压力小于弹簧组20的预紧力时，弹簧组20伸长，橡胶折边19也随之伸长，如此往复实现减震。

4.自动修正支撑力：因为减震支撑装置经过较长时间的工作后油液会泄漏，当顶柱24上方的压力传感器25测得支撑力小于预设值时，MCU控制器再次驱动扭矩电机12转动，活塞16下行，顶柱24上升，使支撑力恢复到设定值。

5.卸油：当液压油的使用时长达到其使用寿命时需要更换新的液压油，这时需要用千斤顶暂时替代减震支撑装置支撑增程器，装置卸油结束之后再次充油支撑增程器。卸油过程如下：MCU控制器控制三位三通电磁换向阀33处于左位，靠外力将顶柱24压回最低位，然后MCU控制器控制扭矩电机12转动，带动活塞16下移，将油液全部压回油箱37，然后扭矩电机12机反转，活塞16回到最高位。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种汽车增程器的分布式减震支撑装置，其特征在于，包括减震支撑装置和控制系统，所述减震支撑装置包括壳体和活塞装置，所述壳体内设有相互连通的油室和顶柱腔，所述活塞装置与所述油室同轴线配合，所述壳体上设有使所述活塞装置在所述油室内上下运动的扭动装置，所述顶柱腔内设有间隙配合的顶柱，所述活塞装置用于调整所述顶柱的位置；所述控制系统用于为所述减震支撑装置供油和卸油，并用于控制所述扭动装置升高所述顶柱；所述活塞装置包括锥齿轮一、锥齿轮二、皮带轮、齿形带、丝杠、丝杠螺母、密封圈、活塞、圆锥滚子轴承、密封油环、橡胶折边、弹簧组和弹簧底盘；

所述扭动装置包括扭矩电机和电机支座，所述锥齿轮一与丝杠同轴线且与丝杠上端过盈配合，所述锥齿轮二与锥齿轮一啮合，所述锥齿轮二安装在扭矩电机轴上，所述扭矩电机安装在电机支座上，所述电机支座安装在壳体上表面，所述皮带轮与丝杠同轴线且安装在锥齿轮一下方，所述齿形带与两个皮带轮配合，所述扭矩电机通过齿轮驱动丝杠转动，所述丝杠的上端和下端为光杆，下端与圆锥滚子轴承内圈过盈配合，所述丝杠与丝杠螺母通过螺纹连接，所述丝杠螺母通过螺钉与所述壳体固连，所述密封圈安装在丝杠和丝杠螺母之间，所述活塞顶部开有圆柱形活塞内孔，所述圆锥滚子轴承安装在活塞内孔底部且其外圈与活塞内孔过盈配合，所述活塞的外圆柱上开有两道环形槽并分别与密封油环配合，所述弹簧底盘的外圆柱上开有一道环形槽并与密封油环配合，所述橡胶折边的上表面与活塞底部固连，下表面与弹簧底盘的上表面固连，弹簧组安装在橡胶折边内部，弹簧组顶部与活塞底部固连，弹簧组底部与弹簧底盘的上表面固连。

2.根据权利要求1所述的一种汽车增程器的分布式减震支撑装置，其特征在于，所述油室包括左油室和右油室，所述左油室和右油室均为圆柱形且关于所述顶柱腔对称布置，所述左油室和右油室分别与一个所述活塞装置同轴线配合，所述壳体底部设有螺栓孔和橡胶减震垫，所述橡胶减震垫与壳体底部固连。

3.根据权利要求2所述的一种汽车增程器的分布式减震支撑装置，其特征在于，所述壳体的俯视面为8字型，内部开有通道使左油室、右油室和顶柱腔连通，所述顶柱腔的直径是左油室和右油室直径的一半，且活塞装置对称布置，所述左油室与右油室的顶部和所述活塞的轴线方向均开有通气孔，油室一侧开有油孔并与所述控制系统的油管相连，顶柱上下端面各安装有一个压力传感器，压力传感器与所述控制系统相连。

4.根据权利要求1所述的一种汽车增程器的分布式减震支撑装置，其特征在于，所述弹簧组为内外嵌套、旋向相反的两根弹簧，所述顶柱的上端开有螺纹孔，下端开有两道环形槽，与密封油环配合。

5.根据权利要求3所述的一种汽车增程器的分布式减震支撑装置，其特征在于，所述控制系统包括相互连接的电源、MCU控制器、驱动电路、液压控制系统、反馈电路和操作电路，所述MCU控制器通过驱动电路控制所述液压控制系统和所述扭动装置，所述液压控制系统连接油箱，所述反馈电路包括依次连接的放大电路、滤波电路和接口电路，所述放大电路连接所述压力传感器并通过所述接口电路连接反馈到所述MCU控制器，所述操作电路包括依次连接的串口通信电路、上位机、按键电路和控制开关，所述串口通信电路连接所述MCU控制器。

6.根据权利要求5所述的一种汽车增程器的分布式减震支撑装置，其特征在于，所述液压控制系统包括依次设在主油路上的油箱、过滤器、液压泵、电动机、三通接口、单向阀、三位三通电磁换向阀和消声器，所述液压控制系统通过所述消声器连接所述减震支撑装置，所述三位三通电磁换向阀和消声器之间的支路上设有阻尼孔和蓄能器，所述阻尼孔和蓄能器为动压反馈装置，所述三通接口支路上设有溢流阀。

Images