CN113910901A - 一种基于2-dof并联机构的汽车馈能型智能悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于2‑DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，所述汽车馈能型智能悬架包括悬架弹簧、连杆、上运动平台、轮胎、簧上模块、簧下模块、支撑箱体以及能量再生装置，所述能量再生装置包括第一楔带轮、第二楔带轮、下旋转平台、楔形带、传动轴、发电装置；第一楔带轮固定在下旋转平台的两侧，向下通过传动轴连接到发电装置。该智能悬架结构简单，支撑刚度增强，减少振动并能高效率回收能量，其提高传统馈能装置的能量转化效率，并且改善汽车行驶平顺性。

Description

一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架
技术领域
本发明属于汽车馈能型智能悬架领域，特别涉及一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架。
背景技术
随着传统能源的日渐消耗以及自然环境的不断恶化，能源与环境问题已成为人们关注的焦点。而车辆行业作为国民支柱产业，对环境与能源有着不可估量的影响。当前车辆技术正朝着电动化、智能化方向发展，节能减排已成为车辆技术发展的重要主题。因此作为汽车振动控制关键部件的悬架系统，迎来了重大的技术革新，传统的悬架只能被动地进行减振，无法满足车辆高性能和高能效的需求，更无法贴合节能减排的主题。
馈能型悬架是指利用馈能减振器替代传统减振器并同时回收能量的一种新的悬架系统，不但可以衰减车身的振动，还可以将悬架振动能量转化为电能，是汽车节能减排的有效手段。2018年，宝马实现了3系以上高档轿车的馈能悬架商用化，然而对于油耗大户卡车而言，仍欠缺实用的馈能悬架产品。国内外研究在算法方面已经做的足够完善，但是忽略了运动转化环节，效率、成本、可靠性等工程性能严重限制了馈能悬架的技术实现。
发明内容
本发明主要目的是解决传统型馈能悬架存在的问题，提出一种结构简单，支撑刚度增强，减少振动并高效率回收能量的馈能型智能悬架。其可提高传统馈能装置的能量转化效率，并且改善汽车行驶平顺性。
为了达到上述目的，本发明采用如下方案：
一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，所述汽车馈能型智能悬架包括悬架弹簧、连杆、上运动平台、轮胎、簧上模块、簧下模块、支撑箱体以及能量再生装置，所述能量再生装置包括第一楔带轮、第二楔带轮、下旋转平台、楔形带、传动轴、发电装置；第一楔带轮固定在下旋转平台的两侧，向下通过传动轴连接到发电装置。
在本申请的一些实施例中，所述发电装置包括转子和绕阻线圈，所述支撑箱体中设置储能电源、变速箱、直流电机，储能电源一端连接到直流电机，一端连接到转子，变速箱通过输出轴与第二楔带轮相连接。
在本申请的一些实施例中，所述连杆优选为6个。
在本申请的一些实施例中，所述绕阻线圈优选为4个。
在本申请的一些实施例中，所述转子为永磁体转子。
在本申请的一些实施例中，所述簧上模块包括车身、车架、动力系统、传动装置、乘员及附属部件等。
在本申请的一些实施例中，所述簧下模块包括车轮、弹簧、减振器等。
在本申请的一些实施例中，由于路面的凹凸不平或复杂的路况引起车辆悬架的振动，振动过程中导致上运动平台和下旋转平台之间距离发生变动，链接在上下平台的连杆发生扭转带动下旋转平台，而下旋转平台带动与传动轴连接的永磁体转子往复转动，永磁体转子周围均布绕阻线圈，而往复转动的永磁体转子磁感线变动，不断被绕阻线圈切割，进而产生了感应电动势和感应电流，同时整流器整流，输出可用电压给储能电源。
在本申请的一些实施例中，储能电源能够输出电流供直流电机旋转，直流电机通过减速器减速增矩，再通过第二楔带轮将作动力输入到下旋转平台，通过平台反向旋转，输出力给连杆，将旋转运动转化为上下运动，提供阻尼力给悬架，降低车辆悬架系统的振动。
在本申请的一些实施例中，使用基于遗传算法优化的权系数LQR控制器使直流电机主动输出控制力；所述直流电机主动输出控制力，通过减速器减速增矩，再通过楔带轮将作动力输入到下旋转平台，通过平台反向旋转，输出力给多连杆，进而控制上下平台之间的高度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.结构简单易实现，利用并联多连杆机构实现将上下振动转化为下平台的往复旋转运动，并且将往复振动转化为发电机的电能进行储存。在确保汽车平稳转向与行驶的前提下，持续地进行能量的收集。
2.下旋转平台通过传动轴传给永磁体转子，达到在旋转过程中，线圈切割磁感应线，产生电流，实现能量回收的目的，符合节能减排的政策方针。
3.在路面振动较大时，通过车身加速度传感器的读取，ECU逻辑判断及处理，再通过基于遗传算法优化的权系数LQR控制器对电机进行控制，输出主动控制力，实现悬架的智能化控制，以此提高车辆的乘坐舒适性和驾驶安全性。
4.外围采用六个连杆与上下两平面相连，具有良好的稳定性和结构强度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构原理图。
1-簧上模块 2-悬架弹簧 3-第一楔带轮 4-传动轴 5-转子 6-绕阻线圈 7-簧下模块 8-轮胎 9-直流电机 10-储能电源 11-变速箱 12-支撑箱体 13-第二楔带轮 14-下旋转平台 15-楔形带 16-连杆 17-上运动平台。
图2是本发明的智能悬架的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
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。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1和图2所示，一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，包括悬架弹簧(2)、连杆(16)、上运动平台(17)、轮胎(8)、簧上模块(1)、簧下模块(7)、支撑箱体(12)、能量再生装置。所述能量再生装置包括第一楔带轮(3)、第二楔带轮(13)、下旋转平台(14)、楔形带(15)、传动轴(4)、发电装置。第一楔带轮(3)固定在下旋转平台的两侧，向下通过传动轴(4)连接到发电装置。所述发电装置包括转子(5)和绕阻线圈(6)，并由三个杆对其起到支撑作用。所述支撑箱体(12)中包括储能电源(10)、变速箱(11)、直流电机(9)。储能电源(10)一端连接到直流电机(9)，一端连接到转子(5)，变速箱(11)通过输出轴与楔带轮(13)相连接。
由于路面的凹凸不平或复杂的路况引起车辆悬架的振动，振动过程中导致上运动平台和下旋转平台之间距离发生变动，链接在上下平台的连杆(16)发生扭转带动下旋转平台，而下旋转平台(14)带动与传动轴(4)连接的永磁体转子往复转动。永磁体转子周围均布4个绕阻线圈(6)，而往复转动的永磁体转子磁感线变动，不断被4个绕阻线圈(6)切割，进而产生了感应电动势和感应电流，同时整流器整流，输出可用电压给储能电源(10)，储能电源(10)还可输出电流供直流电机(9)旋转，直流电机(9)通过减速器减速增矩，再通过楔带轮(13)将作动力输入到下旋转平台(14)，通过平台反向旋转，输出力给连杆(16)，将往复作动力转化为上下控制力，来减小车身振动，提高乘坐舒适性和驾驶安全性。
在另一实施例中，悬架弹簧为螺旋弹簧，连杆为6个，车辆悬架在车辆行驶过程中会进行上下振动，螺旋弹簧受到垂直方向的振动开始压缩，进而外围六个连杆发生扭转带动万向节旋转，万向节连杆带动下旋转平台旋转，同时下旋转平台上的永磁体转子，周围均布定子绕组线圈，利用旋转平台的旋转运动带动转子旋转使得定子线圈切割磁感线，产生感应电流和感应电动势，同时整流器整流，输出可用电压给储能电源。同时储能电源还可作为动力源提供电机旋转，电机旋转再传递动力给下旋转平台，通过平台反向旋转，输出力给多连杆，进而控制上下平台之间的高度，即将旋转运动转化为上下运动，提供阻尼力给悬架，这样就降低了车辆悬架系统的振动，提供了更加良好的减振效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：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；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，所述汽车馈能型智能悬架包括悬架弹簧、多个连杆、上运动平台、轮胎、簧上模块、簧下模块、支撑箱体以及能量再生装置，所述能量再生装置包括第一楔带轮、第二楔带轮、下旋转平台、楔形带、传动轴、发电装置；第一楔带轮固定在下旋转平台的两侧，向下通过传动轴连接到发电装置；
所述发电装置包括转子和绕阻线圈，所述支撑箱体中设置储能电源、变速箱、直流电机，储能电源一端连接到直流电机，一端连接到转子，变速箱通过输出轴与第二楔带轮相连接；所述转子为永磁体转子；
使用基于遗传算法优化的权系数LQR控制器使直流电机主动输出控制力。
2.根据权利要求1所述的一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，所述连杆为6个。
3.根据权利要求1所述的一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，所述绕阻线圈为4个。
4.根据权利要求1所述的一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，所述簧上模块包括车身、车架、动力系统、传动装置、乘员及附属部件。
5.根据权利要求1所述的一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，所述簧下模块包括车轮、弹簧、减振器。
6.根据权利要求1所述的一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，由于路面的凹凸不平或复杂的路况引起车辆悬架的振动，振动过程中导致上运动平台和下旋转平台之间距离发生变动，链接在上下平台的连杆发生扭转带动下旋转平台，而下旋转平台带动与传动轴连接的永磁体转子往复转动，永磁体转子周围均布绕阻线圈，而往复转动的永磁体转子磁感线变动，不断被绕阻线圈切割，进而产生了感应电动势和感应电流，同时整流器整流，输出可用电压给储能电源。
7.根据权利要求5所述的一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，储能电源能够输出电流供直流电机旋转，直流电机通过减速器减速增矩，再通过第二楔带轮将作动力输入到下旋转平台，通过平台反向旋转，输出力给连杆，将旋转运动转化为上下运动，提供阻尼力给悬架，降低车辆悬架系统的振动。
8.根据权利要求6所述的一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，所述直流电机主动输出控制力，通过减速器减速增矩，再通过楔带轮将作动力输入到下旋转平台，通过平台反向旋转，输出力给多连杆，进而控制上下平台之间的高度。
9.根据权利要求7所述的一种基于2-DOF并联机构的汽车馈能型智能悬架，其特征在于，利用并联多连杆机构实现将上下振动转化为下平台的往复旋转运动，并且将往复振动转化为发电机的电能进行储存，在确保汽车平稳转向与行驶的前提下，持续地进行能量的收集。
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