CN113124086B - 一种可用于能量回收的多腔式减振器及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于能量回收的多腔式减振器及工作方法，缸体系统包括第一浮动活塞、第二浮动活塞、工作缸筒、储油缸筒以及活塞，工作缸筒中设有隔板和活塞，储油缸筒的底壁和隔板之间安装有环状壁体，环状壁体中布置有磁极，工作缸筒和储油缸筒之间形成储油腔，储油腔中安装有第一浮动活塞和第二浮动活塞，活塞杆系统包括线圈以及活塞杆，工作缸筒外缠绕有线圈，涡轮系统包括线框以及涡轮，涡轮下末端固定有线框，阀体系统中流通阀和伸张阀安装于活塞上，压缩阀安装于隔板上。本发明利用减振器液流作用驱动涡轮旋转以及活塞杆受驾驶工况作用往复移动进行切割磁感线发电，进而实现能量回收；同时，采用多腔式减振器结构设计，提升散热效率。

Description

一种可用于能量回收的多腔式减振器及工作方法

技术领域：

本发明涉及一种可用于能量回收的多腔式减振器及工作方法，其属于汽车底盘悬架系统领域。

背景技术：

随着时代的发展，清洁、环保、可持续的能源得到越来越普遍的应用，尤其电动汽车对节能减排具有深刻的意义。在我国的新能源汽车的政策扶持下，电动汽车取得了长足发展，但汽车悬架系统多采用液力式减振器，在轮跳过程中产生的能量可观且完全耗散，因此缺乏一种有效的能量回收式减振器。

新能源汽车广泛的具有能量回收功能，但多用于制动系统等能量回收，如专利CN110040000A公开了一种根据不同制动状态采用不同制动能量回收策略的能量回收方法；专利CN105156284B公开了一种将电动公交车车内吊环拉手以及门前地板上的压力能转变为机械能，最终再由切割磁感线转化为电能的能量回收系统。

目前，市场上的汽车多采用液力式减振器，油液通过阀系产生的节流阻尼作用进行衰减振动产生热量耗散，不存在能量回收功能。专利CN205298381U公开了一种基于压电堆叠进行能量回收的减振器；CN211592155U通过转向切换装置将减振过程中的上下振动转换为单向运动，以进行能量回收的装置。这些关于汽车悬架的能量回收系统存在结构复杂，体积巨大，能量回收率低等缺点，不利于悬架系统的布置及轻量化。

因而，开发一种结构简单，阻尼效果良好，散热迅速的悬架能量回收系统，成为亟待解决的技术难题。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种可用于能量回收的多腔式减振器及工作方法，利用减振器液流作用驱动涡轮旋转以及活塞杆受驾驶工况作用往复移动进行切割磁感线发电，进而实现能量回收；同时，采用多腔式减振器结构设计，提升散热效率。

本发明采用如下技术方案：一种可用于能量回收的多腔式减振器，由缸体系统、活塞杆系统、涡轮系统以及阀体系统组成；

所述缸体系统包括第一浮动活塞、第二浮动活塞、工作缸筒、储油缸筒以及活塞，所述工作缸筒中的下末端设有与缸壁一体成型的隔板，所述隔板将工作缸筒围成一个密闭空间，所述密闭空间中安装有与工作缸筒滑动连接的活塞，密闭空间由活塞分隔为A 腔和B腔，所述储油缸筒的底壁和隔板之间安装有与隔板相垂直的环状壁体，环状壁体中布置有条状的N级和S级两个磁极，所述工作缸筒和储油缸筒之间形成储油腔，储油腔中安装有第一浮动活塞和第二浮动活塞，通过第一浮动活塞将储油腔分隔为C腔和E 腔，通过第二浮动活塞将储油腔分隔为E腔和F腔；

所述活塞杆系统包括线圈以及活塞杆，所述工作缸筒外缠绕有线圈，所述活塞杆为磁体材料；

所述涡轮系统包括线框以及涡轮，所述涡轮安装于工作缸筒中，且涡轮的上末端位于隔板的上方，涡轮的下末端位于隔板的下方，线框为长方形导线，固定在涡轮的下末端上。

所述阀体系统包括压缩阀、第一补偿阀、第二补偿阀、流通阀以及伸张阀，流通阀和伸张阀安装于活塞上，压缩阀安装于隔板上且与E腔相连通，第一补偿阀安装在第一浮动活塞上，第二补偿阀安装在工作缸筒壁上。

进一步地，所述缸体系统还包括下吊环、导向座、油封、上吊环以及防尘罩，所述工作缸筒安装于储油缸筒内，并通过导向座、油封压紧，所述活塞杆的上末端与防尘罩、上吊环焊接在一起，活塞杆的下末端穿过工作缸筒和储油缸筒的导向座、油封而伸入工作缸筒。

进一步地，所述储油缸筒下端焊接有下吊环。

进一步地，所述活塞杆的下末端与活塞固定连接于一起。

进一步地，所述第一浮动活塞和第二浮动活塞均为环状，与工作缸筒和储油缸筒滑动连接。

进一步地，所述防尘罩、工作缸筒、储油缸筒为三个同心钢筒。

进一步地，所述工作缸筒的隔板上安装有第二电滑环，储油缸筒的底部安装有第一电滑环。

进一步地，所述环状壁体与隔板和储油缸筒底部围绕形成一个内中空的圆柱形封闭腔体D。

本发明还采用如下技术方案：一种可用于能量回收的多腔式减振器的工作方法，步骤如下：

压缩行程时，车轮移近车身，减振器受压缩，活塞下移，B腔腔室容积减小，油压升高，油液流经流通阀进入A腔，A腔增加的容积小于B腔减小的容积，故还有一部分油液推开压缩阀，流到储油缸筒的C腔，同时，第一补偿阀、第二补偿阀未开启，第一浮动活塞、第二浮动活塞向上运动，F腔气体压缩，即C腔容积增大，E腔容积不变， F腔容积减小；

伸张行程时，车轮远离车身，减振器受拉伸，活塞上移，A腔油压升高，压缩阀、流通阀关闭，A腔油液推开伸张阀流入B腔，来自A腔的油液不足以补充B腔的所增加的容积，B腔产生一定的真空度，储油腔E腔油液推开第二补偿阀流入B腔进行补充，第一补偿阀开启，C腔油液流入E腔补偿E腔流入B的油液，C腔容积减小，E腔容积几乎不变，第一浮动活塞、第二浮动活塞向下运动，储油腔F腔容积增大；

当活塞杆相对线圈上下运动时，导线内磁场发生变化，产生感应电流；

当活塞杆上下运动时，B腔油液压力变化，且当流经阀体系统时，作用在涡轮上的力发生变化，进而驱动涡轮带动线框旋转，线框内磁场发生变化，产生感应电流。

本发明具有如下有益效果：

(1)、利用减振器油液流动作用驱动涡轮及线框旋转和活塞杆受路面激励或驾驶工况等上下往复运动，做切割磁感线运动，将机械液压能转化为电能进行能量回收。

(2)、利用电磁感应中阻碍物体运动的阻尼力对衰减振动效果进行增强，且速度越快，阻尼效果越好，可以进行减振阻尼效果动态调节。

(3)、采用多腔式减振器缸体及阀系设计，通过不同温度的油液在不同的腔体之间流动，达到冷却油液置换及增长冷却路径，提升散热效率的效果。

(4)、相比较于普通双作用筒式减振器，增加了部分阀系及腔室，方便底盘调校获得更佳的性能。

附图说明：

图1为本发明可用于能量回收的多腔式减振器的结构图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明可用于能量回收的多腔式减振器由活塞杆系统、涡轮系统、缸体系统以及阀体系统组成。

缸体系统包括下吊环1、第一浮动活塞7、第二浮动活塞12、导向座13、油封14、上吊环15、防尘罩17、工作缸筒18、储油缸筒19以及活塞20。

防尘罩17、工作缸筒18、储油缸筒19为三个同心钢筒，工作缸筒18安装于储油缸筒19内，并通过导向座13、油封14压紧。活塞杆16的上末端与防尘罩17、上吊环 15焊接在一起，活塞杆16的下末端穿过工作缸筒18和储油缸筒19的导向座13、油封 14而伸入工作缸筒18内。储油缸筒19下端焊接有下吊环1。

上吊环15用以连接车架或者车身，下吊环1用以连接制动器的转向节。在减振器动作时，工作缸筒18、储油缸筒19作为一个整体随轮胎而跳动。工作缸筒18中的下末端设有与缸壁一体成型的隔板23，隔板23将工作缸筒18围成一个密闭空间，该密闭空间中安装有与工作缸筒18滑动连接的活塞20，该密闭空间内部充满减振油液，由活塞 20分隔为A腔和B腔。活塞杆16的下末端与活塞20固定连接于一起。

储油缸筒19的底壁和隔板23之间安装有与隔板23相垂直的环状壁体24，环状壁体24围绕形成一个内中空的圆柱形封闭腔体D，环状壁体24中布置有条状的N级和S 级两个磁极4，用以产生磁场。

工作缸筒18和储油缸筒19之间形成储油腔，储油腔中安装有第一浮动活塞7和第二浮动活塞12，通过第一浮动活塞7将储油腔分隔为C腔和E腔，通过第二浮动活塞 12将储油腔分隔为E腔和F腔，其中A腔、B腔、C腔和E腔内充满减振油液，D腔封闭，无油液，F腔充有一定压力的气体。

活塞杆系统包括线圈11以及活塞杆16，活塞杆16为磁体材料，提供磁场，工作缸筒18外缠绕有线圈11，线圈11为导线。当活塞杆16相对线圈11上下运动时，导线内磁场发生变化，产生感应电流。

涡轮系统包括第一电滑环2、线框3、磁极4、涡轮21以及第二电滑环22，工作缸筒18的隔板23上安装有第二电滑环22，储油缸筒19的底部安装有第一电滑环2，防止在转动过程中绕线。涡轮21安装于工作缸筒18中，且涡轮21的上末端位于隔板23 的上方，涡轮21的下末端位于隔板23的下方，线框3为长方形导线，固定在涡轮21 的下末端上。当活塞杆16上下运动时，B腔油液压力变化，且当流经阀体系统时，作用在涡轮21上的力发生变化，进而驱动涡轮21带动线框3旋转，线框3内磁场发生变化，产生感应电流。

阀体系统包括压缩阀5、第一补偿阀6、第二补偿阀8、流通阀9以及伸张阀10，流通阀9和伸张阀10安装于活塞20上，压缩阀5安装于隔板23上且与储油腔E腔相连通，第一补偿阀6安装在第一浮动活塞7上，第二补偿阀8安装在工作缸筒18壁上。

本发明可用于能量回收的多腔式减振器的工作原理如下：

压缩行程时，即车轮滚上凸起或者滚出凹坑时，车轮移近车身，减振器受压缩，活塞20下移，B腔腔室容积减小，油压升高，油液流经流通阀9进入A腔。由于A腔被活塞杆16占去一部分空间，A腔增加的容积小于B腔减小的容积，故还有一部分油液推开压缩阀5，流到储油缸筒19的C腔。同时，第一补偿阀6、第二补偿阀8不开启，第一浮动活塞7、第二浮动活塞12向上运动，F腔气体压缩，即C腔容积增大，E腔容积不变，F腔容积减小。具体解释为：B腔油压增大，达到压缩阀5和流通阀9开启压力，B腔油液流入A腔和C腔，C腔油压压力增大，第一补偿阀6未开启，E腔油压增大，作用在第二浮动活塞12上的力增大，继而压缩F腔气体，即第一浮动活塞和第二浮动活塞12向上运动，E腔容积不变，F腔腔室容积减小。

伸张行程时，当车轮滚进凹坑或滚离凸起时，车轮远离车身，减振器受拉伸，活塞20上移，A腔油压升高，压缩阀5、流通阀9关闭。A腔油液推开伸张阀10流入B腔。同样，由于活塞杆16的存在，来自A腔的油液不足以补充B腔的所增加的容积，B腔产生一定的真空度，这时储油腔E腔油液便推开第二补偿阀8流入B腔进行补充，第一补偿阀6开启，C腔油液流入E腔补偿E腔流入B的油液，故C腔容积减小，E腔容积几乎不变，第一浮动活塞7、第二浮动活塞12向下运动，储油腔F腔容积增大。具体解释为：相当于B腔压力减小，E腔油压与B腔油压压力差达到第二补偿阀8开启压力，打开第二补偿阀8，因为压缩阀5关闭，即A腔油液流入B腔，E腔油液流入B 腔，C腔油液流入E腔，C腔容积减小，E腔容积几乎不变，第一浮动活塞(7)和第二浮动活塞(12)下移，F腔气体膨胀，F腔容积增大，活塞杆(16)相对线圈(11) 上下运动时，导线内磁场发生变化，产生感应电流，当活塞杆(16)上下运动时，B腔油液压力变化，且当流经阀体系统时，作用在涡轮(21)上的力发生变化，进而驱动涡轮带动线框旋转，线框内磁场发生变化，产生感应电流。

本发明通过不同温度的油液在不同的腔体之间流动，达到冷却油液置换及增长冷却路径，提升散热效率。同时利用减振器油液流动作用驱动涡轮及线框旋转和活塞杆受路面激励或驾驶工况等上下往复运动，做切割磁感线运动，将机械液压能转化为电能进行能量回收

感应电流经能量回收装置实现整流、滤波、稳压，最终将波形平直、电压稳定的直流电输入储存于备用蓄电池。备用蓄电池用来给整车低压电系统提供电源及用于外接其他低压负载，即当在满电状态下时，进行对外放电；当电量低于一定值时，进行能量回收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可用于能量回收的多腔式减振器，其特征在于：由缸体系统、活塞杆系统、涡轮系统以及阀体系统组成；

所述缸体系统包括第一浮动活塞（7）、第二浮动活塞（12）、工作缸筒（18）、储油缸筒（19）以及活塞（20），所述工作缸筒（18）中的下末端设有与缸壁一体成型的隔板（23），所述隔板（23）将工作缸筒（18）围成一个密闭空间，所述密闭空间中安装有与工作缸筒（18）滑动连接的活塞（20），密闭空间由活塞（20）分隔为A腔和B腔，所述储油缸筒（19）的底壁和隔板（23）之间安装有与隔板（23）相垂直的环状壁体（24），环状壁体（24）中布置有条状的N级和S级两个磁极（4），所述工作缸筒（18）和储油缸筒（19）之间形成储油腔，储油腔中安装有第一浮动活塞（7）和第二浮动活塞（12），通过第一浮动活塞（7）将储油腔分隔为C腔和E腔，通过第二浮动活塞（12）将储油腔分隔为E腔和F腔；

所述活塞杆系统包括线圈（11）以及活塞杆（16），所述工作缸筒（18）外缠绕有线圈（11），所述活塞杆为磁体材料；

所述涡轮系统包括线框（3）以及涡轮（21），所述涡轮（21）安装于工作缸筒（18）中，且涡轮（21）的上末端位于隔板（23）的上方，涡轮（21）的下末端位于隔板（23）的下方，线框（3）为长方形导线，固定在涡轮（21）的下末端上；

所述阀体系统包括压缩阀（5）、第一补偿阀（6）、第二补偿阀（8）、流通阀（9）以及伸张阀（10），流通阀（9）和伸张阀（10）安装于活塞（20）上，压缩阀（5）安装于隔板（23）上且与E腔相连通，第一补偿阀（6）安装在第一浮动活塞（7）上，第二补偿阀（8）安装在工作缸筒（18）壁上。

2.如权利要求1所述的可用于能量回收的多腔式减振器，其特征在于：所述缸体系统还包括下吊环（1）、导向座（13）、油封（14）、上吊环（15）以及防尘罩（17），所述工作缸筒（18）安装于储油缸筒（19）内，并通过导向座（13）、油封（14）压紧，所述活塞杆（16）的上末端与防尘罩（17）、上吊环（15）焊接在一起，活塞杆（16）的下末端穿过工作缸筒（18）和储油缸筒（19）的导向座（13）、油封（14）而伸入工作缸筒（18）。

3.如权利要求2所述的可用于能量回收的多腔式减振器，其特征在于：所述储油缸筒（19）下端焊接有下吊环（1）。

4.如权利要求3所述的可用于能量回收的多腔式减振器，其特征在于：所述活塞杆（16）的下末端与活塞（20）固定连接于一起。

5.如权利要求4所述的可用于能量回收的多腔式减振器，其特征在于：所述第一浮动活塞（7）和第二浮动活塞（12）均为环状，与工作缸筒（18）和储油缸筒（19）滑动连接。

6.如权利要求5所述的可用于能量回收的多腔式减振器，其特征在于：所述防尘罩（17）、工作缸筒（18）、储油缸筒（19）为三个同心钢筒。

7.如权利要求6所述的可用于能量回收的多腔式减振器，其特征在于：所述工作缸筒（18）的隔板（23）上安装有第二电滑环（22），储油缸筒（19）的底部安装有第一电滑环（2）。

8.如权利要求7所述的可用于能量回收的多腔式减振器，其特征在于：所述环状壁体（24）与隔板（23）和储油缸筒（19）底部围绕形成一个内中空的圆柱形封闭腔体D。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的可用于能量回收的多腔式减振器的工作方法，其特征在于：步骤如下：

压缩行程时，车轮移近车身，减振器受压缩，活塞（20）下移，B腔腔室容积减小，油压升高，油液流经流通阀（9）进入A腔，A腔增加的容积小于B腔减小的容积，故还有一部分油液推开压缩阀（5），流到储油缸筒（19）的C腔，同时，第一补偿阀（6）、第二补偿阀（8）未开启，第一浮动活塞（7）、第二浮动活塞（12）向上运动，F腔气体压缩，即C腔容积增大，E腔容积不变，F腔容积减小；

伸张行程时，车轮远离车身，减振器受拉伸，活塞（20）上移，A腔油压升高，压缩阀（5）、流通阀（9）关闭，A腔油液推开伸张阀（10）流入B腔，来自A腔的油液不足以补充B腔的所增加的容积，B腔产生一定的真空度，储油腔E腔油液推开第二补偿阀 （8）流入B腔进行补充，第一补偿阀（6）开启， C腔油液流入E腔补偿E腔流入B的油液，C腔容积减小，E腔容积几乎不变，第一浮动活塞（7）、第二浮动活塞（12）向下运动，储油腔F腔容积增大；

当活塞杆（16）相对线圈（11）上下运动时，导线内磁场发生变化，产生感应电流；

当活塞杆（16）上下运动时，B腔油液压力变化，且当流经阀体系统时，作用在涡轮（21）上的力发生变化，进而驱动涡轮（21）带动线框（3）旋转，线框（3）内磁场发生变化，产生感应电流。

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