CN116572668A - 用于车轮组件衬套的惯性集成阻尼系统 - Google Patents

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蒋政
李易元
M·达恩斯
S·A·尼尔德
T·L·希尔
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Abstract

一种用于轮内电动机的车轮组件衬套，其中该衬套包括定位在该衬套的弹性套筒内的液压室和围绕内衬套构件在第一流体通道端部与第二流体通道端部之间螺旋地延伸的螺旋流体通道，该第一流体通道端部和该第二流体通道端部被布置成与液压室流体连通。外主体围绕弹性套筒环状地延伸，这允许内衬套构件与外主体之间的相对运动。流体通道被构造成产生惯性。当与车轮组件衬套的其他阻尼和刚度效应组合时，该惯性提供了力与速度之间的相位和幅值偏移，这最终减小了轮内电动机中的磁隙变形。

Description

用于车轮组件衬套的惯性集成阻尼系统
技术领域
本公开整体涉及用于车辆中的衬套。更具体地，本公开涉及结合到在车辆车轮组件和轮内电动机中使用的衬套中的惯性集成阻尼系统。
背景技术
本章节提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
轮内电动机作为用于插电式混合动力车辆(PHEV)和电动车辆(EV)的初级推进解决方案和次级推进解决方案两者正得到普及。轮内电动机安装在车辆的车轮内并因此允许更好的扭矩引导能力并提供封装优点，因为它们不占用车身内的额外空间并允许消除传统的驱动轴。
设计轮内电动机时的重要因素是磁隙变形。磁隙变形是电动机的转子和定子之间的相对位移。高磁隙变形加剧车辆中经历的高频振动，并且也可能对轮内电动机的寿命和可靠性具有不利影响。因此，必须限制这种磁隙变形。当磁隙变形较大时，设计公差要求转子和定子之间的较大间隙，这也降低了轮内电动机的效率。换句话说，当转子和定子之间的间隙较小时，轮内电动机是最高效的，但是磁隙变形对该间隙的尺寸设置了设计限制，因此需要使用更大、效率更低的电动机。除了效率降低之外，另一个缺点是更大、效率更低的轮内电动机增加了车辆的簧下质量，因为电动机位于车轮内部。这也会降低乘坐舒适性和轮胎抓地性。因此，需要限制磁隙变形可能对装备有轮内电动机的车辆造成的负面影响的解决方案。
发明内容
本章节提供了本公开的总体发明内容，并且不是其全面范围或其全部特征的全面公开。具体地，对设计的物理实施方案的描述并非旨在将本公开仅限于本文示出和描述的特定示例的具体布置和设计特征。
根据本公开的一个方面，提供了一种车轮组件，该车轮组件包括轮毂、可旋转地安装在轮毂上的车轮、轮内电动机以及至少一个车轮组件衬套。轮内电动机包括安装在轮毂上的定子和联接到车轮的转子。这样，转子和车轮相对于定子和轮毂一起旋转。车轮组件衬套包括内衬套构件、外主体和弹性套筒。车轮组件衬套的外主体围绕内衬套构件同心地布置并与内衬套构件径向地间隔开，并且弹性套筒径向地定位在内衬套构件与外主体之间。
车轮组件衬套还包括定位在弹性套筒内的液压室和在第一流体通道端部与第二流体通道端部之间延伸的流体通道，该第一流体通道端部和该第二流体通道端部被布置成与液压室流体连通。弹性套筒由弹性材料制成，使得该弹性套筒被构造成允许内衬套构件和外主体之间的相对运动。流体通道被构造成在输入力与反作用力之间产生相位延迟，该输入力引起内衬套构件与外主体之间的相对运动，该反作用力由通过流体通道的流体流动引起的液压室中的压力脉冲产生。输入力和反作用力之间的该相位延迟背后的原理被称为惯性。
根据本公开的另一个方面，提供了一种车轮组件衬套，该车轮组件衬套包括内衬套构件、外主体和弹性套筒。车轮组件衬套的内衬套构件沿纵向轴线轴向地延伸。车轮组件衬套的弹性套筒围绕内衬套环状地延伸并且由弹性材料制成。车轮组件衬套的外主体围绕内衬套构件同心地布置并与内衬套构件径向地间隔开。车轮组件衬套的外主体围绕弹性套筒环状地延伸，使得弹性套筒径向地定位在内衬套构件和外主体之间。
液压室定位在弹性套筒内。液压室在弹性套筒内环状地延伸并且在第一液压室端部和第二液压室端部之间轴向地延伸。螺旋流体通道在第一流体通道端部和第二流体通道端部之间围绕内衬套构件螺旋地延伸。车轮组件衬套还包括在弹性套筒内的分隔体，该分隔体在纵向定位在第一液压室端部和第二液压室端部之间的位置处延伸到液压室中。分隔体将液压室分成第一液压室段和第二液压室段。螺旋流体通道的第一流体通道端部被布置成与第一液压室段流体连通，并且螺旋流体通道的第二流体通道端部被布置成与第二液压室段流体连通。另外，流体通路设置在弹性套筒和/或分隔体中，该流体通路允许流体围绕或通过分隔体流动，使得流体可在第一液压室段和第二液压室段之间经过。
对于典型的轮内电动机，转子固定到车辆的车轮，并且定子固定到轮毂质量。此类布置不允许独立地调节磁隙变形。为了减小磁隙变形的不良影响并改进轮内电动机的效率，使用本文所述的车轮组件衬套将转子和定子与车轮和轮毂隔离。这有效地减小了轮内电动机中的磁隙变形，而不会降低乘坐舒适性(通常称为车身垂直加速度)和轮胎抓地性(通常称为轮胎动态载荷)。
有利地，由本文所述的车轮组件衬套中的流体通道产生的相位延迟/惯性产生与第一流体通道端部和第二流体通道端部之间的流体的相对加速度成比例的反作用力。因此，使用电容器中的力-电流关系作为类比，本文所述的车轮组件衬套的这些部件充当电容器的机械等效物。由车轮组件衬套中的流体通道(共同地形成车轮组件衬套内的流体填充惯性轨道)产生的相位延迟/惯性与车轮组件衬套的其他阻尼和刚度效应组合，将提供力与弹性套筒和外主体之间的相对运动之间的相位和幅值偏移。此类效果显著地增强了本文所述的车轮组件衬套的振动抑制功能。
附图说明
本文描述的附图仅用于所选实施方案而不是所有可能的具体实施的说明目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是根据本公开构造的示例性车轮组件的透视截面图；
图2是图1中所示的示例性车轮组件的前剖视图；
图3是根据本公开构造的示例性车轮组件衬套的透视截面图；
图4是图3中所示的示例性车轮组件衬套的侧剖视图；
图5是图1中所示的示例性车轮组件的示意图；
图6是定位在图5中所示的示例性车轮组件的轮毂与定子之间的示例性车轮组件衬套的网络表示；
图7是定位在图5中所示的示例性车轮组件的车轮与转子之间的另一示例性车轮组件衬套的网络表示；并且
图8是示出图1和图2中所示并且在图5中建模的示例性车轮组件的频率响应的曲线图，以示出示例性车轮组件衬套的改进的振动抑制性能。
具体实施方式
现在，将参考附图对示例性实施方案进行更全面的说明。在可能的情况下，在整个附图中使用相同的参考标号来指代相同或相似的部件。
现在，将参考附图对示例性实施方案进行更全面的说明。提供示例性实施方案，使得本公开将变得透彻，并且将向本领域的技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，诸如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域的技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可具体体现为许多不同的形式，并且不应理解为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，未详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。
本文使用的术语仅用于描述特定示例实施方案的目的，并且不旨在进行限制。如本文所用，除非上下文明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”也可以旨在包括复数形式。术语“包含”、“构成”、“包括”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。除非有明确的执行顺序，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须以所讨论或说明的特定顺序执行。还应理解，可以采用附加或替代步骤。
当元件或层被称为“位于...上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层时，该元件或层可能直接位于另一个元件或层上、接合到、连接到或联接到另一个元件或层，或者可能存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接位于...上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可能存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词语应以类似的方式解释(例如，“位于...之间”与“直接位于...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或多个所列项目的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文可用于描述各种元件、部件、区域、层和/或节段，但是这些元件、部件、区域、层和/或节段不应受这些术语的限制。这些术语可能仅用于将一个元件、部件、区域、层或节段与另一个区域、层或节段区分开。除非上下文明确指示，否则本文使用的术语诸如“第一”、“第二”和其它数字术语并不意味着序列或顺序。因此，在不脱离示例性实施方案的教导内容的情况下，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或节段可以称为第二元件、部件、区域、层或节段。
在本文中可以使用空间相关术语，诸如“内”、“外”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，以便于描述一个元件或特征部与另一元件或特征部的关系，如图所示。除了图中所示的取向外，空间相关术语还可旨在涵盖装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的装置被翻转，那么被描述为在其他元件或特征部“下方”或“下面”的元件就会被取向为在其他元件或特征部“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方的取向。装置能够以其它方式取向(旋转90度或以其它取向)，并且本文使用的空间相关描述符相应地进行了解释。
图1和图2示出了用于车辆(未示出)的示例性车轮组件20。车轮组件20包括轮毂22、可旋转地安装在轮毂22上的车轮24以及轮内电动机26。轮毂22包括毂部分28和轴部分30。轮毂22的轴部分30具有比轮毂22的毂部分28更小的直径并且定位在毂部分28的外侧，这意味着轮毂22的轴部分30比毂部分28离车辆的中心线更远。轮毂22的轴部分30从毂部分28延伸到外侧端部32，并且车轮轴承34定位在轮毂22的轴部分30的外侧端部32上。车轮24包括附接部分36，该附接部分包括中心孔38和围绕中心孔38周向间隔开的多个螺栓孔40。车轮24还包括轮辐42，该轮辐从附接部分36径向向外延伸到支撑轮胎46的外轮辋44。车轮24安装在车轮轴承34上，其中轮毂22的轴部分30的外侧端部32和车轮轴承34被接纳在车轮24的中心孔38中。以这种方式，车轮24被支撑在轮毂22的轴部分30上并且可以围绕旋转轴线48相对于该轴部分旋转。
轮内电动机26包括定子50和转子52，该定子安装在轮毂22上，该转子通过多个车轮螺栓54联接到车轮24，该车轮螺栓延伸穿过车轮24中的螺栓孔40并且拧入到转子52的基部58中的螺纹孔56中。在所示示例中，车轮24包括四个螺栓孔40，这些螺栓孔接纳四个车轮螺栓54。然而，应当理解，车轮螺栓54和螺栓孔40的数量可以随车辆而变化。另选地，车轮24可被构造成中心锁定构造，其中单个/中心车轮螺栓或紧固件将车轮24附接到转子52的基部58。不管构造如何，转子52和车轮24相对于定子50和轮毂22一起旋转。定子50包括内侧部分60和外侧部分62。定子50的内侧部分60围绕轮毂22的毂部分28环状地延伸并且支撑在该毂部分上，同时定子50的外侧部分62围绕轮毂22的轴部分30环状地延伸并且支撑在该轴部分上。定子50的外侧部分62包括围绕轮毂22的轴部分30环状地延伸的圆柱形基座64、从圆柱形基座64径向向外延伸到外周环68的盘部分66。转子52的基部58包括容纳转子轴承组件72的中心腔70。转子轴承组件72在定子50的圆柱形基座64和转子52的基部58之间环状地延伸。转子52包括横向主体74，该横向主体从转子52的基部58径向向外延伸到周向壳体76，该周向壳体围绕定子50的外周环68延伸并且包围该外周环。这样，在转子52的周向壳体76与定子50的外周环68之间形成磁隙78。
任选地，车轮组件20还包括制动盘80和制动钳82。在所示示例中，制动钳82固定到定子50的内侧部分60，并且制动盘80固定到转子52并从周向壳体76径向向内延伸，使得制动盘80和转子52相对于制动钳82一起旋转。然而，应当理解，另选构造是可能的。例如，制动钳82可以另选地安装到轮毂22的毂部分28。
图1和图2中所示的车轮组件20还包括多个车轮组件衬套84a、84b、84c。具体地，车轮组件20包括第一车轮组件衬套84a，该第一车轮组件衬套定位在轮毂22的毂部分28与定子50的内侧部分60之间。车轮组件20还包括第二车轮组件衬套84b，该第二车轮组件衬套定位在轮毂22的轴部分30与定子50的外侧部分62的圆柱形基座64之间。因此，第一车轮组件衬套84a和第二车轮组件衬套84b在纵向间隔开的位置处径向地定位在轮毂22和定子50之间。最后，车轮组件20包括一个或多个第三车轮组件衬套84c，该一个或多个第三车轮组件衬套定位在车轮螺栓54和车轮24之间的螺栓孔40中。虽然在所示示例中示出了总共四个第三车轮组件衬套84c，每个车轮螺栓54一个第三车轮组件衬套，但是应当理解，车轮组件20可以包括不同数量的第三车轮组件衬套84c。例如，单个第三车轮组件衬套84c可用于中心锁定车轮构造。
另外参考图3和图4，车轮组件衬套84a至84c中的每个车轮组件衬套包括内衬套构件86、外主体88和弹性套筒90，该外主体围绕内衬套构件86同心地布置并与该内衬套构件径向地间隔开，该弹性套筒径向地定位在内衬套构件86与外主体88之间。内衬套构件86沿纵向轴线92轴向地延伸，该纵向轴线与车轮24的旋转轴线48共对准或平行。弹性套筒90围绕内衬套构件86环状地延伸，并且外主体88围绕弹性套筒90环状地延伸，使得弹性套筒90径向地定位在内衬套构件86与外主体88之间。弹性套筒90由弹性材料制成，诸如橡胶或另一种弹性体材料，例如，该弹性材料被构造成当车轮24在凸块或坑洼上行进以及/或者在加速、制动和转弯操纵期间，当输入力作用在车轮组件衬套84a、84b、84c的内衬套构件86和/或外主体88上时，允许内衬套构件86与外主体88之间的相对运动。
液压室94定位在每个车轮组件衬套84a至84c的弹性套筒90内。液压室94填充有流体，如油或液压流体。液压室94在弹性套筒90内环状地延伸并在第一液压室端部96和第二液压室端部98之间轴向地延伸。车轮组件衬套84a至84c中的每个车轮组件衬套还具有围绕内衬套构件86螺旋地(即，以螺旋形式)延伸的螺旋流体通道100。在所示示例中，螺旋流体通道100由内衬套构件86和弹性套筒90两者中的螺旋凹槽形成；然而，应当理解，螺旋流体通道100可以可替代地仅形成在弹性套筒90中或仅形成在内衬套构件86中。螺旋流体通道100具有第一流体通道端部102和第二流体通道端部104，该第一流体通道端部通向第一液压室端部96并被布置成与该第一液压室端部流体连通(即，第一流体通道端部102被设置为第一液压室端部96中的开口)，该第二流体通道端部通向第二液压室端部98并被布置成与该第二液压室端部流体连通(即，第二流体通道端部104被设置为第二液压室端部98中的开口)。弹性套筒90内的分隔体106在纵向定位在第一液压室端部96和第二液压室端部98之间的位置处延伸到液压室94中。例如，在所示实施方案中，分隔体106是环状的径向延伸的壁，该壁与弹性套筒90成一整体并由与该弹性套筒相同的材料制成。然而，应当理解的是，分隔体106可以另选地是车轮组件衬套84a至84c的单独的或模制的部件。不管构造如何，分隔体106将液压室94分成两个液压室段108、110，这两个液压室段被布置成经由流体通路112彼此流体连通，该流体通路被设计成对流体流动提供限制并因此产生阻力/阻尼系数。
液压室段108、110包括被布置成与第一流体通道端部102流体连通的第一液压室段108和被布置成与第二流体通道端部104流体连通的第二液压室段110。在所示实施方案中，流体通路112允许流体在第一液压室段108和第二液压室段110之间流动，并且被构造为分隔体106中的环状开口。然而，应当理解，其他构造是可能的，并且取决于最终识别的网络，分隔体106可以被放置在其他位置处。例如，流体通路112可以是分隔体106中的一个或多个孔或孔口，或者可以另选地是设置在弹性套筒90中的一个或多个流体路径。不管构造如何，流体通路112在液压室94中形成限制第一液压室段108与第二液压室段110之间的流体流动的夹点，使得第一液压室段108与第二液压室段110之间的临时压差可由响应于弹性套筒90的偏转通过螺旋流体通道100的流体流动在一段时间内生成，直到通过流体通路112和螺旋流体通道100两者的总流体流动可使第一液压室段108与第二液压室段110中的压力均衡。如将在下面更详细地解释的，流体通路112和螺旋流体通道100协作以在引起内衬套构件86和外主体88之间的相对运动以及弹性套筒90的偏转的输入力之间产生相位和幅值偏移。车轮组件衬套84a、84b、84c内的该相对运动产生由液压室94中的压力脉冲引起的反作用力，该压力脉冲由从液压室94的一端到另一端通过流体通路112和螺旋流体通道100的流体流动引起。
参考图1至图4，应当理解的是，各车轮组件衬套84a、84b、84c的内衬套构件86和外主体88可以具有不同的构造并且可以是单独的部件或者集成到上述车轮组件20的部件中。例如，第一车轮组件衬套84a的内衬套构件86可以是围绕轮毂22的毂部分28环状地延伸并邻接该毂部分的圆柱形套筒，而第一车轮组件衬套84a的外主体88可以是被接纳在定子50的内侧部分60内并邻接该内侧部分的圆柱形套筒。另选地，第一车轮组件衬套84a的内衬套构件86可以与轮毂22的毂部分28成一整体，并且/或者第一车轮组件衬套84a的外主体88可以与定子50的内侧部分60成一整体。不管构造如何，第一车轮组件衬套84a的弹性套筒90径向地定位在轮毂22的毂部分28与定子50的内侧部分60之间。
对于第二车轮组件衬套84b，内衬套构件86可以是围绕轮毂22的轴部分30环状地延伸并邻接该轴部分的圆柱形套筒，而第二车轮组件衬套84b的外主体88可以是被接纳在定子50的外侧部分62内并邻接该外侧部分的圆柱形套筒。另选地，第二车轮组件衬套84b的内衬套构件86可以与轮毂22的轴部分30成一整体，并且/或者第二车轮组件衬套84b的外主体88可以与定子50的外侧部分62成一整体。不管构造如何，第二车轮组件衬套84b的弹性套筒90径向地定位在轮毂22的轴部分30与定子50的外侧部分62之间。
第三车轮组件衬套84c的外主体88可以被接纳在车轮24中的螺栓孔40内的圆柱形套筒的形式设置，而内衬套构件86可以是第三车轮组件衬套84c中的接纳车轮螺栓54的圆柱形套筒。另选地，第三车轮组件衬套84c的内衬套构件86可以与车轮螺栓54成一整体，并且/或者第三车轮组件衬套84c的外主体88可以与车轮24成一整体。不管构造如何，第三车轮组件衬套84c的弹性套筒90定位在车轮螺栓54与车轮24之间。
图5至图7示出了上述车轮组件20可如何被建模为弹簧-质量系统。第一车轮组件衬套84a和第二车轮组件衬套84b组合以在轮内电动机26的定子50与轮毂22之间产生衬套分界面，而第三车轮组件衬套84c在轮内电动机26的转子52与车轮24之间提供衬套分界面。重要的是注意，第三车轮组件衬套84c可以表示围绕车轮24的多个衬套。x0参数表示路面的位置，x1参数表示车轮24的位移，并且x2参数表示车身的位移。标记为x31的参数表示轮毂22的位移，x32参数表示定子50的位移，并且x33参数表示转子52的位移。车轮24的质量由m1参数表示，车辆的簧上质量由m2参数表示，轮毂22的质量由m31参数表示，定子50的质量由m32参数表示，并且转子52的质量由m33参数表示。轮胎46本身充当弹簧并具有由k1参数表示的刚度，而车辆的悬架支柱(例如，盘簧)的刚度由参数k2表示。车辆阻尼器的阻尼系数由参数c2示出。标记为G(s)的弹簧-质量子系统示出了第一车轮组件衬套84a和第二车轮组件衬套84b的组合，而弹簧-质量子系统Y(s)示出了第三车轮组件衬套84c。第一车轮组件衬套84a和第二车轮组件衬套84b两者中的弹性套筒90的组合静态刚度由参数k31表示。第三车轮组件衬套84c中的弹性套筒90的组合静态刚度由参数k32表示。车轮轴承34和转子轴承组件72还具有弹簧常数，其分别由参数k41和k42表示。
图6中所示的对第一车轮组件衬套84a和第二车轮组件衬套84b的组合进行建模的弹簧-质量子系统G(s)具有刚度k51、阻尼系数c51和惯量b51。类似地，图7中所示的对第三车轮组件衬套84c进行建模的弹簧-质量子系统Y(s)也具有刚度k52、阻尼系数c52和惯量b52。弹簧-质量子系统G(s)和Y(s)的这些设计参数的值可以使用下面描述的优化过程来确定。
首先，使用以下公式计算橡胶衬套的基准性能值：
在上述公式中，J1、J3和JM表示在拉普拉斯域中随机道路输入下的垂直车身加速度、动态轮胎载荷和磁隙变形的H2范数。V参数是车辆速度，κ是道路粗糙度参数，s是拉普拉斯算子，||-||2表示H2范数，并且Xn是质量位移的拉普拉斯变换。
在上述J1、J3和Jm关系中使用的所经过的路面的时变位移的谱密度可使用以下公式来描述:
在上述公式中，f是以Hz(每秒循环数)为单位的频率，V是车辆速度，n是以每米循环数为单位的波数，并且f＝nV。参数和/>分别表示所经过的路面的时变位移的谱密度和道路的时变速度的对应谱密度。
在这些计算中使用的参数值列在下表1中:
表1:参数值
当使用上述值时，基准性能值是:
J1＝1.4915m/s2，
J3＝953.87N，
JM＝7.4361μm。
当车轮组件衬套84a至84c被优化以减小磁隙变形JM时，这些计算值然后被用作约束条件，以便确保磁隙变形JM的改进不会降低垂直车身加速度J1和动态轮胎载荷J3性能。
当基准橡胶衬套被本文所述的车轮组件衬套84a至84c替换时，提供包括一个弹簧元件、一个阻尼器元件和一个惯性元件的八个不同的拓扑组合。这八个不同的布局表示这三个元件的所有可能组合。使用上述优化过程，发明人确认图6至图7中所示的惯性集成车轮组件衬套84a至84c的特定布局提供了最佳性能值，其中垂直车身加速度J1、动态轮胎载荷J3和磁隙变形JM的值如下:
J1＝1.4614m/s2，
J3＝953.87N，
JM＝1.2207μm。
换句话说，使用图6至图7中所示的网络构造，磁隙变形JM相对于基准橡胶衬套减小了83.584％。同时，垂直车身加速度J1和动态轮胎载荷J3的性能值没有降低(实际上，图6至图7中所示的布置为垂直车身加速度J1提供了2.0181％的改进)。
有利地，通过减小磁隙变形JM而不降低垂直车身加速度J1和动态轮胎载荷J3的性能值，本文所述的车轮组件衬套84a至84c允许使用在转子52和定子50之间具有较小间隙的轮内电动机26。因为当转子52与定子50之间的间隙较小时轮内电动机26是最高效的，所以本文所述的车轮组件衬套84a至84c允许使用更小、更高效的轮内电动机26。有利地，这些更小、更高效的轮内电动机26减小了车辆的簧下质量，这改进了性能、乘坐舒适性和轮胎抓地性。
图1至图4中所示的车轮组件20和车轮组件衬套84a至84c是图5至图7中所示的拓扑结构的物理示例，并且使用由液压室94和螺旋流体通道100提供的流体填充惯性轨道将惯性集成到车轮组件衬套84a至84c中，以实现上面计算的惯性值b。根据图3和图4中所示的车轮组件衬套84a至84c设计，外主体88与内衬套构件86之间的相对运动推动流体通过螺旋流体通道100。螺旋流体通道100的长度和面积以及流体的密度有助于所经历的惯性效应。该惯量b可以使用以下公式来计算:
在上述公式中，A1是液压室94的面积，A2是螺旋流体通道100的面积，ρ是流体的密度，并且l参数是螺旋流体通道100的展开长度。通过仔细设计螺旋流体通道100并为弹性套筒90选择适当的流体和弹性材料，车轮组件衬套84a至84c的刚度、阻尼和惯性可根据上述计算来优化。将需要根据通过优化过程获得的参数值来构建任何物理实现。这些参数值可见于下表2中:
表2:用于优化的衬套的参数值
由本文所述的车轮组件衬套84a至84c的螺旋流体通道100产生的相位延迟/惯性产生与第一流体通道端部102和第二流体通道端部104之间的流体的相对加速度成比例的反作用力。因此，使用电容器中的力-电流关系作为类比，本文所述的车轮组件衬套84a至84c的螺旋流体通道100充当电容器的机械等效物。由形成车轮组件衬套84a至84c内的流体填充惯性轨道的螺旋流体通道100产生的相位延迟/惯性显著地增强了本文所述的车轮组件衬套84a至84c的振动抑制功能。该效应对车轮组件20产生的结果在图8中示出。
图8是将基准橡胶衬套和本文所述的优化的车轮组件衬套84a至84c的频域响应与随机道路输入进行比较的曲线图。在图8中，曲线图的x轴是对道路输入的域响应的频率，其以赫兹(Hz)为单位测量。曲线图的y轴是对道路输入的域响应的绝对幅值，其以x10-4乘数的比例示出(即，其中列出的y轴值乘以10-4)。例如，在y轴上列出为“2”的绝对值表示绝对值0.0002。在图8中示出为实线的域响应曲线提供了示出在车轮组件20中对道路输入的响应的幅值的基准，其中在已进行任何优化之前，轮内电动机26的转子52安装到车辆的车轮24，并且轮内电动机26的定子50安装到具有橡胶衬套的轮毂22。在图8中示出为具有虚线段的实线的域响应曲线示出了在转子52与车轮24之间以及定子50与轮毂22之间装备有橡胶衬套的车轮组件20中对道路输入的响应的幅值，其中这些橡胶衬套已经历了与在本专利中讨论的优化过程相同的优化过程。在图8中示出为虚线的域响应曲线示出了在装备有本文所述的车轮组件衬套84a至84c的车轮组件20中对道路输入的响应的幅值。
如图8所示，对于装备有本文所述的车轮组件衬套84a至84c的车轮组件20，系统响应的总体幅值在频域中被大大减小。具体地，对于装配有本文所述的车轮组件衬套84a至84c的车轮组件20，系统响应的峰值在固有频率处(在大约6.32Hz和103Hz处)急剧减小。
虽然已经参考上述实施方案具体地示出和描述了本公开的各方面，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所公开内容的实质和范围的情况下，可以通过对所公开的惯性集成阻尼系统的修改来设想各种附加实施方案。此类实施方案应当被理解为落入如基于权利要求及其任何等同物所确定的本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种车轮组件，所述车轮组件包括：
轮毂；
车轮，所述车轮可旋转地安装在所述轮毂上；
轮内电动机，所述轮内电动机包括安装在所述轮毂上的定子和联接到所述车轮的转子，使得所述转子和车轮相对于所述定子和轮毂一起旋转；和
至少一个车轮组件衬套，所述至少一个车轮组件衬套包括内衬套构件、外主体和弹性套筒，所述外主体围绕所述内衬套构件同心地布置并与所述内衬套构件径向地间隔开，所述弹性套筒径向地定位在所述内衬套构件与所述外主体之间，
其中所述至少一个车轮组件衬套包括液压室和流体通道，所述液压室定位在所述弹性套筒内，所述流体通道在被布置成与所述液压室流体连通的第一流体通道端部与第二流体通道端部之间延伸，
其中所述流体通道被构造为惯性轨道，其中通过所述流体通道的流体流动在所述至少一个车轮组件衬套内产生惯性，所述惯性操作以减小所述轮内电动机的所述定子与所述转子之间的磁隙变形。
2.根据权利要求1所述的车轮组件，其中所述至少一个车轮组件衬套包括定位在所述弹性套筒内的液压室，并且所述流体通道被布置成与所述液压室流体连通。
3.根据权利要求2所述的车轮组件，其中所述至少一个车轮组件衬套包括分隔体和流体通路，所述分隔体在所述弹性套筒内，所述分隔体延伸到所述液压室中以将所述液压室分成第一液压室段和第二液压室段，当所述流体在所述第一液压室段与所述第二液压室段之间流动通过所述流体通路时，所述流体通路引起液压阻力和阻尼。
4.根据权利要求3所述的车轮组件衬套，其中所述流体通路是环状开口，所述环状开口在所述液压室中形成限制所述第一液压室段与所述第二液压室段之间的流体流动的夹点，使得所述液压室中的所述流体通路和所述流体通道协作，以在输入力与反作用力之间产生相位延迟，所述输入力引起所述内衬套构件与所述外主体之间的相对运动，所述反作用力由通过所述流体通路和螺旋流体通道的所述流体流动引起的所述液压室中的压力脉冲引起。
5.根据权利要求1所述的车轮组件，其中所述轮毂包括轴部分，并且其中所述定子包括内侧部分和外侧部分，所述内侧部分围绕所述轮毂的毂部分环状地延伸并支撑在所述毂部分上，所述外侧部分围绕所述轮毂的所述轴部分环状地延伸并支撑在所述轴部分上。
6.根据权利要求5所述的车轮组件，其中所述至少一个车轮组件衬套包括定位在所述轮毂与所述定子之间的第一车轮组件衬套，并且其中所述轮毂的所述毂部分被接纳在所述第一车轮组件衬套的所述内衬套构件内并邻接所述第一车轮组件衬套的所述内衬套构件，所述第一车轮组件衬套的所述外主体被接纳在所述定子的所述内侧部分内并邻接所述定子的所述内侧部分，并且所述第一车轮组件衬套的所述弹性套筒径向地定位在所述轮毂的所述毂部分与所述定子的所述内侧部分之间。
7.根据权利要求5所述的车轮组件，其中所述至少一个车轮组件衬套包括定位在所述轮毂与所述定子之间的第二车轮组件衬套，并且其中所述轮毂的所述轴部分被接纳在所述第二车轮组件衬套的所述内衬套构件内并邻接所述第二车轮组件衬套的所述内衬套构件，所述第二车轮组件衬套的所述外主体被接纳在所述定子的所述外侧部分内并邻接所述定子的所述外侧部分，并且所述第二车轮组件衬套的所述弹性套筒径向地定位在所述轮毂的所述轴部分与所述定子的所述外侧部分之间。
8.根据权利要求1所述的车轮组件，其中多个车轮螺栓将所述车轮联接到所述转子，并且所述至少一个车轮组件衬套包括定位在所述车轮螺栓与所述车轮之间的多个第三车轮组件衬套，并且其中所述车轮螺栓被接纳在所述第三车轮组件衬套的所述内衬套构件内并邻接所述第三车轮组件衬套的所述内衬套构件，所述第三车轮组件衬套的所述外主体被接纳在所述车轮内并邻接所述车轮，并且所述第三车轮组件衬套的所述弹性套筒定位在所述车轮螺栓与所述车轮之间。
9.根据权利要求1所述的车轮组件，其中所述至少一个车轮组件衬套包括第一车轮组件衬套和第二车轮组件衬套，所述第一车轮组件衬套和所述第二车轮组件衬套径向地定位在所述轮毂与所述定子之间并定位在纵向间隔开的位置。
10.根据权利要求1所述的车轮组件，其中至少一个车轮螺栓将所述车轮联接到所述转子，并且其中所述至少一个车轮组件衬套包括定位在所述轮毂与所述定子之间的第一车轮组件衬套和定位在所述车轮与所述车轮螺栓之间的第三车轮组件衬套。
11.根据权利要求1所述的车轮组件，其中至少一个车轮螺栓将所述车轮联接到所述转子，并且其中所述至少一个车轮组件衬套包括定位在所述轮毂与所述定子之间的第二车轮组件衬套和定位在所述车轮与所述车轮螺栓之间的第三车轮组件衬套。
12.根据权利要求1所述的车轮组件，其中至少一个车轮螺栓将所述车轮联接到所述转子，并且其中所述至少一个车轮组件衬套包括定位在所述轮毂与所述定子之间的第一车轮组件衬套和第二车轮组件衬套，以及定位在所述车轮与所述车轮螺栓之间的第三车轮组件衬套。
13.根据权利要求1所述的车轮组件，其中所述弹性套筒由弹性材料制成，使得所述弹性套筒被构造成允许所述内衬套构件与所述外主体之间的相对运动，并且其中所述流体通道被构造成在输入力与反作用力之间产生相位延迟，所述输入力引起所述内衬套构件与所述外主体之间的相对运动，所述反作用力由通过所述流体通道的流体流动引起的所述液压室中的压力脉冲引起。
14.根据权利要求1所述的车轮组件，其中所述流体通道以螺旋形状围绕所述内衬套构件延伸。
15.根据权利要求1所述的车轮组件，所述车轮组件还包括：
制动钳，所述制动钳固定到所述轮毂和所述定子中的至少一者；和
制动盘，所述制动盘固定到所述转子，使得所述制动盘和所述转子相对于所述制动钳一起旋转。
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