CN115143226A

CN115143226A - 阻尼悬置和车辆

Info

Publication number: CN115143226A
Application number: CN202110342059.9A
Authority: CN
Inventors: 苟强; 廖银生; 张宏洲
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2022-10-04

Abstract

本发明公开了一种阻尼悬置和车辆，阻尼悬置包括：第一支架、第二支架、发电组件和控制器，第一支架用于连接车身，第二支架用于连接动力总成，第二支架相对第一支架可上下运动，发电组件包括：定子和转子，定子设置于第一支架，转子与第二支架传动配合，在第二支架直线运动时，第二支架带动转子相对定子转动，以通过定子输出电流，控制器与发电组件电连接，控制器被构造成在第二支架直线运动时控制定子的输出电流，以提供给第二支架阻尼力。通过在阻尼悬置上设置控制器，使得控制器在控制阻尼悬置的输出电流的同时，可以控制给第二支架的阻尼力，即提升阻尼悬置的振动衰减能力。

Description

阻尼悬置和车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种阻尼悬置和车辆。

背景技术

悬置作为汽车动力总成的减振元件，在要求其满足承受整个动力总成的质量外，还要求悬置在低频高振幅工作时具有大刚度大阻尼特性，在高频低振幅时具有小刚度小阻尼特性。

相关技术中，为了满足相应的阻尼特性要求，一些橡胶悬置会采用不同刚度的两个螺旋弹簧，还会利用永久磁铁与悬置支架的往复相对运动进行发电，作为动力总成振动的能量回收。但是，橡胶悬置的阻尼特性可变，且可变范围大，振动衰减效果差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种阻尼悬置，通过在阻尼悬置上设置控制器，可以控制给第二支架的阻尼力，即提升阻尼悬置的振动衰减能力。

本发明还提出了一种车辆。

根据本发明第一方面实施例的阻尼悬置，包括：第一支架、第二支架、发电组件和控制器，所述第一支架用于连接车身，所述第二支架用于连接动力总成，所述第二支架相对所述第一支架可上下运动，所述发电组件包括：定子和转子，所述定子设置于所述第一支架，所述转子与所述第二支架传动配合，在所述第二支架直线运动时，所述第二支架带动所述转子相对所述定子转动，以使所述发电组件能够输出电流，所述控制器与所述发电组件电连接，所述控制器被构造成在所述第二支架直线运动时控制所述发电组件的输出电流，以提供给所述第二支架阻尼力。

根据本发明实施例的阻尼悬置，通过在阻尼悬置上设置控制器，使得控制器在控制阻尼悬置的输出电流的同时，可以控制给第二支架的阻尼力，即提升阻尼悬置的振动衰减能力。

根据本发明的一些实施例，所述阻尼悬置还包括：换向组件，所述换向组件设置于所述第二支架和所述转子之间，以使所述第二支架的运动方向能够转变为所述转子相对于所述定子的运动。

根据本发明的一些实施例，所述控制器控制所述发电组件的发电功率Pn和阻尼比ξ满足以下关系式：

其中，

为振动产生广义速度，M为所述阻尼悬置的质量矩阵，K为所述阻尼悬置的刚度矩阵，i为所述换向组件的减速比。

在一些实施例中，所述阻尼比ξ小于等于1，且在阻尼比小于等于1的范围内，所述阻尼比越大，所述发电组件提供给所述第二支架的阻尼力越大。

根据本发明的一些实施例，所述换向组件包括：齿条、第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述齿条设置于所述第二支架，所述第一齿轮与所述齿条啮合传动，所述第一齿轮与所述第二齿轮同轴设置，所述第三齿轮设置于所述转子，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合传动，所述第二齿轮的转动轴线与所述第三齿轮的转动轴线垂直。

根据本发明的一些实施例，所述齿条和所述第一齿轮之间的第一减速比为ig，所述第二齿轮和所述第三齿轮之间的第二减速比为iz，其中，

i＝ig*iz。

根据本发明的一些实施例，所述第二齿轮与所述第三齿轮均为锥齿轮。

根据本发明的一些实施例，所述阻尼悬置还包括：振动采集器，所述振动采集器采集所述阻尼悬置的振动幅度，所述振动采集器与所述控制器电连接。

根据本发明的一些实施例，所述阻尼悬置还包括：弹性件，所述弹性件设置于所述第一支架和所述第二支架。

根据本发明的一些实施例，所述弹性件为橡胶块，所述橡胶块设置于所述第一支架内且围绕所述第二支架。

根据本发明第二方面实施例的车辆，包括：动力总成、车身和上述实施例的阻尼悬置，所述第一支架与所述车身固定连接，所述第二支架与所述动力总成固定连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的阻尼悬置的剖面图；

图2是根据本发明实施例的换向组件的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的第二齿轮与第三齿轮啮合的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的阻尼悬置在使用时时间和加速度的关系图。

附图标记：

100、阻尼悬置；

10、第一支架；20、第二支架；30、弹性件；

40、发电组件；41、定子；42、转子；

50、换向组件；51、第一齿轮；52、第二齿轮；53、第三齿轮；54、齿条。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的阻尼悬置100，本发明还提出了一种具有上述阻尼悬置100的车辆。

如图1-图3所示，阻尼悬置100包括：第一支架10、第二支架20和发电组件40，其中，第一支架10用于连接车身，第二支架20用于连接动力总成，并且第二支架20相对第一支架10可以上下运动，也就是说，车身和动力总成之间通过阻尼悬置100来实现减振效果。

并且，发电组件40包括：定子41和转子42，定子41设置于第一支架10，转子42与第二支架20传动配合，在第二支架20直线运动时，第二支架20带动转子42相对定子41转动，以使发电组件40能够输出电流。也就是说，在车辆行驶过程中，第二支架20受到来自动力总成自身工作带来的垂向激励和路面的相对垂向激励，此时第二支架20带动转子42进行转动，使得转子42和定子41相对转动，阻尼悬置100产生电流并通过导线输出。

其中，定子41包括定子磁极，转子42包括转子绕组。转子42可以设置于定子41的外周，这样可以方便转子42和第二支架20之间的传动，也方便转子42和定子41之间的配合。

此外，阻尼悬置100还包括：控制器，其中控制器与发电组件40电连接，控制器被构造成在第二支架20直线运动时控制发电组件40的输出电流，以提供给第二支架20阻尼力。也就是说，在第二支架20的带动下，转子42相对定子41转动，从而可以产生电，电可以在控制器的控制下存储在蓄电池内，然后再给相应的用电元件供电。而且，控制器还可以通过控制发电组件40的输出电流，从而可以控制发电组件40的发电功率，这样可以控制转子42的转速，可以控制第二支架20的运动速度，进而可以通过控制定子41的输出电流的方式给第二支架20提供阻尼力，即阻尼悬置100可以等效为悬置大阻尼吸收振动，并产生阻尼力。并且，由于车辆运动过程中，振幅和激励频率可变，因此阻尼悬置100可以实时变效率发电，即等效于变更阻尼效果，也就是主动变阻尼特性。

由此，通过在阻尼悬置100上设置控制器，使得控制器在控制阻尼悬置100的输出电流的同时，可以控制给第二支架20的阻尼力，即提升阻尼悬置100的振动衰减能力。

根据本发明的一个具体实施例，如图1-图3所示，阻尼悬置100还包括：换向组件50，换向组件50设置于第二支架20和转子42之间，以使第二支架20的运动方向能够转变为转子42相对于定子41的运动。即，通过换向组件50的控制，使得第二支架20的上下移动，转换为转子42的转动，如此设置，使得转子42可以相对定子41进行转动，以使发电组件40能够发电。而且，不管第二支架20是向下移动，还是向上移动，转子42均会相对定子41进行转动，并且转动方向不同，虽然转子42旋转方向不同，但转子42切割磁感线发电时均将产生抑制阻力，对振动控制效果一致。

下面根据公式具体描述阻尼悬置100的工作原理：

首先根据动力总成定位和限位需要，当动力总成搭载后，在车辆行驶过程中，第二支架20受到来自动力总成自身工作带来的垂向激励和路面的相对垂向激励。

如上式为一般振动微分方程，其中M为阻尼悬置100的质量矩阵，C为阻尼悬置100的阻尼矩阵，K为阻尼悬置100的刚度矩阵，F为阻尼悬置100的外界激振力，X为阻尼悬置100的广义振动。通常机械振动系统刚度调整较为容易，但是系统阻尼较难提升。将上述振动方程移项可以发现，在激振力、质量矩阵和刚度矩阵都无法调整的情况下，增大阻尼将取得巨大效果。

控制器变更发电组件40的发电功率，等效于变更阻尼效果，

为系统所需阻尼力。结合下式：

得到，控制器控制发电功率Pn和阻尼比ξ满足以下关系式：

其中，

为振动产生广义速度，M为系统质量矩阵，K为系统刚度矩阵，i为换向组件50的减速比。

本发明的实施例中，阻尼比ξ小于等于1，且在阻尼比小于等于1的范围内，阻尼比ξ越大，发电组件40提供给第二支架20的阻尼力越大，即，阻尼效果越好。

如图4所示，采用了三组实施数据和一组对比数据，三组实施数据分别选用的阻尼比ξ为0.3、0.8和1，对比实施数据为无控制状态下的数据，即控制器不参与其中控制发电组件40的发电功率。横坐标为时间t(s)，纵坐标为加速度a(m/s²)。

经过试验测试，采用控制器控制的阻尼悬置100可以提供变阻尼特性，可以提升振动衰减能力，而且阻尼比ξ越接近1，振动加速度越平稳，阻尼效果越好。

具体地，如图2和图3所示，换向组件50包括：第一齿轮51和齿条54，齿条54设置于第二支架20朝向换向组件50的一侧，第一齿轮51与齿条54啮合传动，以将第二支架20的移动转换为换向组件50的转动。也就是说，在第二支架20朝向换向组件50的一侧形成有齿条54，第二支架20在相对第一支架10上下移动时，齿条54同样会上下移动。进一步地，齿条54与第一齿轮51啮合传动，从而可以将齿条54的上下移动转化为第一齿轮51的转动，如此，方便转子42与定子41之间进行切割磁感线发电，即发电组件40的发电效率高。

进一步地，如图2和图3所示，换向组件50包括：第二齿轮52和第三齿轮53，第三齿轮53设置于转子42，第三齿轮53与第二齿轮52啮合传动，第二齿轮52的转动轴线与第三齿轮53的转动轴线垂直。也就是说，第二齿轮52所在的平面与第三齿轮53所在的平面垂直设置。其中，定子41固定在第一支架10的底部，转子42与第三齿轮53设置在一起，当需要转子42相对定子41进行旋转，即第三齿轮53所在的平面与第一支架10的底面平行。此外，齿条54与第一齿轮51啮合传动，齿条54上下移动，即第一齿轮51所在的平面与齿条54所在的直线平行设置，又因为齿条54与第一支架10的底面垂直设置，即第二齿轮52的转动轴线与第三齿轮53的转动轴线垂直。

其中，第一齿轮51与所述第二齿轮52同轴设置，也就是说，齿条54带动第一齿轮51进行旋转时，第二齿轮52可以与第一齿轮51一同转动，从而可以将齿条54的上下移动转化为第二齿轮52的转动。

此外，齿条54和第一齿轮51之间的第一减速比为ig，第二齿轮52和第三齿轮53之间的第二减速比为iz，其中，i＝ig*iz。也就是说，发电组件40的发电功率Pn和阻尼比ξ满足以下关系式：

如图2和图3所示第二齿轮52与第三齿轮53均为锥齿轮。其中，因为第一齿轮51和第二齿轮52所在的平面与第三齿轮53所在的平面垂直设置，如此，第二齿轮52与第三齿轮53均为锥齿轮，使得第二齿轮52与第三齿轮53啮合传动的同时，可以改变传动方向，使得第三齿轮53带动转子42绕着定子41进行旋转。

具体地，初次启动后，控制器控制阻尼悬置100的发电功率0(且初始无振动)，而后振动产生广义速度

此时发电功率对应阻尼力将影响下一次的振动，若由于外界激励的影响

呈现放大趋势，P_n+1将根据程序设定和振动同步放大。其中，阻尼比ξ为事先设定系统，为自适应阻尼控制效果。此种方式可以使得阻尼悬置100控制相对简单，程序相对简单。

此外，阻尼悬置100还包括：振动采集器，振动采集器采集阻尼悬置100的振动幅度，振动采集器与控制器电连接。即，振动采集器可以采集阻尼悬置100的振动幅度，再将信号传输到控制器，控制器根据阻尼悬置100的振动幅度来调节发电组件40的发电功率，这样可以给第二支架20提供等效的阻尼力。此种方式可以有利于控制器进行主动控制，等效的阻尼力更加精准，控制器的控制程序可以为预先编制程序。

如图1所示，阻尼悬置100还包括：弹性件30，弹性件30设置于第一支架10和第二支架20之间。在汽车行驶过程中，第一支架10受到来自动力总成自身工作带来的垂向激励和路面的相对垂向激励，此时第一支架10带着弹性件30在垂直方向上运动，弹性件30会发生弹性变形，进一步地，在第一支架10停止在向下运动时，弹性件30会提供给第一支架10复原力，即使得第一支架10恢复原位。

可选地，参照图1所示，弹性件30可以为橡胶块，橡胶块设置于第一支架10内，并且围绕第二支架20。其中，橡胶块为具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后也能恢复原状，即橡胶块的弹性效果强。并且，橡胶块设置在第二支架20和第一支架10之间，并且橡胶块围绕第二支架20设置，使得第二支架20在相对第一支架10进行运动时，弹性件30可以承受较大的外力，避免超出弹性件30的极限范围。

具体地，阻尼悬置100的工作原理如下：在车辆行驶过程中，第二支架20受到来自动力总成自身工作带来的垂向激励和路面的相对垂向激励，振动采集器可以采集阻尼悬置100的振动幅度，再将信号传输到控制器，控制器根据阻尼悬置100的振动幅度来调节发电组件40的电流，即通过控制器来控制发电组件40的发电效率。其中，发电组件40的发电效率与磁场切割磁力线的面积、磁场强度、转速和绕组的匝数等有关，当磁场切割磁力线的面积、磁场强度和绕组的匝数恒定不变时，发电组件40的发电效率与转子42的转速有关，即控制器可以控制转子42的转速通过控制转子42的转速进而控制第一支架10向下移动的速度，进而对整个系统产生阻尼力，这样车辆在经过颠簸路段时可以平稳行驶。

根据本发明第二方面实施例的车辆，包括：动力总成、车身和上述实施例的阻尼悬置100，第一支架10与车身固定连接，第二支架20与动力总成固定连接。如此设置，将阻尼悬置100设置在车身与动力总成之间，使得阻尼悬置100可以吸收车身与动力总成之间的振动并进行发电。此外，阻尼悬置100可用于各种悬置系统，不限于动力总成悬置系统，例如副车架悬置、排气悬置、悬架减振衬套、传动轴安装衬套等。

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”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种阻尼悬置，其特征在于，包括：

第一支架，所述第一支架用于连接车身；

第二支架，所述第二支架用于连接动力总成，所述第二支架相对所述第一支架可上下运动；

发电组件，所述发电组件包括：定子和转子，所述定子设置于所述第一支架，所述转子与所述第二支架传动配合，在所述第二支架直线运动时，所述第二支架带动所述转子相对所述定子转动，以使所述发电组件能够输出电流；

控制器，所述控制器与所述发电组件电连接，所述控制器被构造成在所述第二支架直线运动时控制所述发电组件的输出电流，以提供给所述第二支架阻尼力。

2.根据权利要求1所述的阻尼悬置，其特征在于，还包括：换向组件，所述换向组件设置于所述第二支架和所述转子之间，以使所述第二支架的运动方向能够转变为所述转子相对于所述定子的运动。

3.根据权利要求2所述的阻尼悬置，其特征在于，所述控制器控制所述发电组件的发电功率Pn和阻尼比ξ满足以下关系式：

其中，

4.根据权利要求3所述的阻尼悬置，其特征在于，所述阻尼比ξ小于等于1，且在阻尼比小于等于1的范围内，所述阻尼比越大，所述发电组件提供给所述第二支架的阻尼力越大。

5.根据权利要求3所述的阻尼悬置，其特征在于，所述换向组件包括：齿条、第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述齿条设置于所述第二支架，所述第一齿轮与所述齿条啮合传动，所述第一齿轮与所述第二齿轮同轴设置，所述第三齿轮设置于所述转子，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合传动，所述第二齿轮的转动轴线与所述第三齿轮的转动轴线垂直。

6.根据权利要求5所述的阻尼悬置，其特征在于，所述齿条和所述第一齿轮之间的第一减速比为ig，所述第二齿轮和所述第三齿轮之间的第二减速比为iz，其中，

i＝ig*iz。

7.根据权利要求5所述的阻尼悬置，其特征在于，所述第二齿轮与所述第三齿轮均为锥齿轮。

8.根据权利要求1所述的阻尼悬置，其特征在于，还包括：振动采集器，所述振动采集器采集所述阻尼悬置的振动幅度，所述振动采集器与所述控制器电连接。

9.根据权利要求1所述的阻尼悬置，其特征在于，还包括：弹性件，所述弹性件设置于所述第一支架和所述第二支架。

10.根据权利要求9所述的阻尼悬置，其特征在于，所述弹性件为橡胶块，所述橡胶块设置于所述第一支架内且围绕所述第二支架。

11.一种车辆，其特征在于，包括：

动力总成；

车身；

权利要求1-10中任一项所述的阻尼悬置，所述第一支架与所述车身固定连接，所述第二支架与所述动力总成固定连接。