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Abstract

提供一种能量回收减振器包括套筒、活塞，其中，还包括磁体和线圈，所述磁体为一对，分别固定在套筒的内壁上并且其中一个磁体的N极与另一个磁体的S极相对，所述活塞位于套筒中磁体所形成的磁场内，所述线圈均匀环绕在活塞外侧。本发明还提供一种能量回收车辆悬架系统包括减振器组、控制单元、电池，其中，所述减振器组包括多个本发明所提供的能量回收减振器。本发明所提供的能量回收减振器采用了直流直线发电机的原理来实现能量回收电压的生成，从而将机械振动能量转化成电能。本发明所提供的能量回收车辆悬架系统实现了对减振器的自适应控制，控制相对简单。并且，提高了能量利用率。

Description

减振器以及具有该减振器的车辆悬架系统
发明领域
本发明涉及一种减振器以及车辆悬架系统。
背景技术
车辆的悬架系统是连接车身与车轮之间全部零部件包括减振器的总称。当车辆行驶在不同路面上而使车轮受到随机振动时，由于悬架系统通过减振器来衰减这部分能量，实现了车体和车轮之间的弹性支撑，从而有效地抑制、降低了车体与车轮的动载和振动，保证了汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。
目前常用的减振器是利用其内部的粘性液体的流动来获得需要的阻尼力以衰减振动，同时这些振动能量都转换为热能消耗在大气中。因此，为了增加汽车燃油经济性，需要回收这部分能量，这需要提供具有能量回收功能的减振器以及车辆悬架系统，更为优选的是能够将机械振动能量回收并转换为电能的减振器以及车辆悬架系统。
根据美国专利US2004/0206559中所公开的一种再生(regenerative)悬架系统，该系统包括再生减振器，用于将振动能量转换成再生电压并产生再生传播方向信号；模块，用于执行再生悬架策略并电连接到所述再生减振器上以测量所述再生传播方向信号和再生电压；电池，用于存储电能；以及电路开关，电连接到所述模块、再生减振器、电池，所述电路开关接收来自模块的为所述连接到再生减振器的电连接指定对应于级别的开关设置的指令。
上述这种悬架系统具有能量回收功能，而其中所述再生电压是通过将减振器构成永磁交流发电机实现的，需要构成相应的转子和定子，并且减振器需要能够将轴向直线运动转换为旋转运动的机械装置，以及DC-DC转换器。因此，这种减振器以及悬架系统的结构不够简便，控制也不够直接。
发明内容
本发明针对现有的能量回收减振器以及车辆悬架系统所存在的结构和控制比较复杂的不足，提供一种结构和控制相对简单的能量回收减振器以及具有这种减振器的车辆悬架系统。
本发明提供的能量回收减振器包括套筒、活塞，其中，还包括磁体和线圈，所述磁体为一对，分别固定在套筒的内壁上并且其中一个磁体的N极与另一个磁体的S极相对，所述活塞位于套筒中磁体所形成的磁场内，所述线圈均匀环绕在活塞外侧。
本发明提供的能量回收车辆悬架系统包括减振器组、控制单元、电池，所述减振器组与控制单元构成闭合电路并为控制单元提供能量回收电压，所述控制单元包括减振决策模块和充电决策模块，所述控制单元接收所述能量回收电压、根据减振决策模块产生并输出减振电流到所述减振器组、以及当充电决策模块判断输出减振电流后还剩余电能时产生并输出充电电流，所述电池与控制单元连接并为控制单元提供电能；其中，所述减振器组包括多个本发明所提供的能量回收减振器。
本发明所提供的能量回收减振器采用了直流直线发电机的原理来实现能量回收电压的生成，从而将机械振动能量转化成电能。当活塞受到振动而上下直线运动时，环绕在活塞外侧的线圈就切割减振器套筒内壁上的磁体所产生的磁力线，从而产生电磁感应现象而产生感应电流和感应电动势即提供给悬架系统的能量回收电压。并且线圈中的电流使得线圈在磁场中的受力方向和活塞的运动方向相反，则达到了减振缓冲的目的。本发明所提供的这种减振器可以直接将活塞的直线运动的机械振动能量转换成电能，而不需要将直线运动转换成旋转运动的机械装置和DC-DC转换器，所以结构相对简单。
此外，本发明所提供的能量回收车辆悬架系统可以根据本发明所提供的能量回收减振器所产生的能量回收电压通过减振决策模块的运算产生减振电流，并反馈到减振器，调整该电流的大小可以达到调整减振器阻尼力的目的，从而实现了对减振器的自适应控制，控制相对简单。并且，本发明所提供的能量回收车辆悬架系统可以将多余的电能作为充电电流输出，可以对其他需要电能的装置提供能量，从而提高了能量利用率。
附图说明
图1是本发明提供的能量回收减振器的纵向剖面图；
图2是本发明提供的能量回收减振器的横向截面图；
图3是本发明提供的能量回收车辆悬架系统构成的示意图；
图4是本发明提供的控制单元的模块组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的能量回收减振器和能量回收能量车辆悬架系统作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明所提供的能量回收能量减振器10包括套筒1、活塞2，其中，还包括线磁体3和线圈4，所述磁体3为一对，分别固定在套筒1的内壁上并且其中一个磁体3的N极与另一个磁体3的S极相对，所述活塞2位于套筒1中磁体3所形成的磁场内，所述线圈4均匀环绕在活塞2外侧。
其中，所述磁体3可以是任何类型的磁体，优选为永磁体。磁体3的磁性越大，减振器10所产生的阻尼力就越大。
优选情况下，所述磁体3形成的磁场为匀强磁场，即所述磁体3相对于套筒1的中心轴呈180度固定于套筒1的内壁上，这样形成的磁力线彼此平行且均匀分布。
所述磁体3与套筒1之间的固定连接方式可以采用本领域人员公知的任何一种固定连接方式。
所述线圈4的匝数根据实际需要环绕，匝数越多，减振器10所能产生的阻尼力就越大。此外，线圈4的两端可与悬架系统连接以输出能量回收电压以及接收减振电流。
所述套筒1优选为圆筒形。所述套筒1的材料和构造为本领域人员所公知。
所述活塞2为可在套筒1中上下直线运动的各种适用的形状，优选为其横截面形状与套筒1中磁体3所围成的形状相同，更优选为环形。所述活塞2可以安装在车辆的车身与车轮的连接处，为本领域人员所公知。
本发明所提供的能量回收减振器10的原理是运用直流直线发电机的原理将机械振动能量转化成电能。当活塞22上下直线运动时，线圈4通过切割套筒1内壁上的磁体3所产生的磁力线产生能量回收电压并输出。并且线圈中的电流使得线圈在磁场中的受力方向和活塞的运动方向相反，达到了减振缓冲的目的。本领域技术人员可以理解的是本发明所提供的减振器并不一定仅用于车辆也可以应用到其他需要减振的领域。
如图3和图4所示，本发明提供的能量回收车辆悬架系统包括减振器组5、控制单元6、电池7，所述减振器组5与控制单元6构成闭合电路并为控制单元6提供能量回收电压，所述控制单元6包括减振决策模块11和充电决策模块14，所述控制单元6接收所述能量回收电压、根据减振决策模块11产生并输出减振电流到所述减振器组5、以及当充电决策模块14判断输出减振电流后还剩余电能时产生并输出充电电流，所述电池7与控制单元6连接并为控制单元6提供电能；其中，所述减振器组5包括多个本发明所提供的能量回收减振器10。
其中，所述减振器组5包括的多个本发明所提供的能量回收减振器10的之间通过线圈(4)的两端并联。所述减振器组5优选包括本发明所提供的能量回收减振器10的个数与车轮个数相等，至少为一个，优选为3-20个，分别置于车身与各个车轮的连接处。在图3中，仅用四个能量回收减振器10来表示减振器组5。
如图4所示，所述控制单元6的减振决策模块11包括最优减振力决策模块12和最优减振电流决策模块13，所述最优减振力决策模块12根据所述能量回收电压计算出最优减振力并输出到最优减振电流决策模块13，所述最优减振电流决策模块13根据所述最优减振力计算出减振电流并输出。其中，所述最优减振力和减振电流的计算方法为本领域人员所公知。
优选情况下，除了根据能量回收电压计算，所述最优减振力决策模块12还可以根据车辆当前状态信号计算出最优减振力。其中，所述车辆当前状态信号包括车身垂直位移、车身垂直运动速度、车轮垂直位移、车轮垂直运动速度等信号，由车辆状态采集装置提供，例如位移传感器，速度传感器等。这样可以根据车辆当时所处不同情况计算出更合适的减振力。
所述控制单元6的充电决策模块14判断输出减振电流后是否剩余电能，当判断剩余电能时产生并输出充电电流。所述充电电流可以提供给车辆其他需要电能的装置的电池中，也可以提供给本悬架系统的电池7。
所述控制单元6还包括输入电路和输出电路，所述输入电路接收减振器组5输出的能量回收电压，所述输出电路输出所述减振电流和充电电流，所述输入电路和输出电路的结构和链接为本领域人员所公知。
所述电池7为可充电电池，优选为锂电池、镍氢电池。
本发明所提供的能量回收车辆悬架系统可以根据本发明所提供的能量回收减振器10所产生的能量回收电压通过决策模块的运算产生减振电流以及在能量剩余的情况下产生充电电流，在进一步控制减振器的同时还可以对其他系统供电，从而提高了能量利用率。

Claims (13)

1.一种能量回收能量减振器，该减振器(10)包括套筒(1)、活塞(2)，其中，还包括磁体(3)和线圈(4)，所述磁体(3)为一对，分别固定在套筒(1)的内壁上并且其中一个磁体(3)的N极与另一个磁体(3)的S极相对，所述活塞(2)位于套筒(1)中磁体(3)所形成的磁场内，所述线圈(4)均匀环绕在活塞(2)外侧。
2.根据权利要求1所述的减振器，其中，所述磁体(3)为永磁体。
3.根据权利要求1所述的减振器，其中，所述磁体(3)形成的磁场为匀强磁场。
4.根据权利要求1所述的减振器，其中，所述套筒(1)为圆筒形。
5.根据权利要求1所述的减振器，其中，所述活塞(2)的横截面形状与套筒(1)中磁体(3)所围成的形状相同。
6.根据权利要求5所述的减振器，其中，所述活塞(2)的横截面形状为环形。
7.一种能量回收车辆悬架系统，该系统包括减振器组(5)、控制单元(6)、电池(7)，所述减振器组(5)与控制单元(6)构成闭合电路并为控制单元(6)提供能量回收电压，所述控制单元(6)包括减振决策模块(11)和充电决策模块(14)，所述控制单元(6)接收所述能量回收电压、根据减振决策模块(11)产生并输出减振电流到所述减振器组(5)、以及当充电决策模块(14)判断输出减振电流后还剩余电能时产生并输出充电电流，所述电池(7)与控制单元(6)连接并为控制单元(6)提供电能；其中，所述减振器组(5)包括多个权利要求1-6中任一个所述的能量回收减振器(10)。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述减振器组(5)包括的多个权利要求1-6中任一个所述的能量回收减振器(10)之间通过线圈(4)的两端并联。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述减振器组(5)包括权利要求1-6中任一个所述的能量回收减振器(10)的个数至少为一个。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制单元(6)的减振决策模块(11)包括最优减振力决策模块(12)和最优减振电流决策模块(13)，所述最优减振力决策模块(12)根据所述能量回收电压计算出最优减振力并输出到最优减振电流决策模块(13)，所述最优减振电流决策模块(13)根据所述最优减振力计算出减振电流并输出。
11.根据权利要求7所述的系统，其中，所述最优减振力决策模块(12)还根据车辆当前状态信号计算出最优减振力。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述车辆当前状态信号包括车身垂直位移信号、车身垂直运动速度信号、车轮垂直位移信号、车轮垂直运动速度信号。
13.根据权利要求7所述的系统，其中，所述电池(7)为可充电电池。
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