CN103423362B - 一种阻尼可调的节能减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于机动车辆的阻尼可调的节能减振器，在缸体外部连接有管路，管路的两端分别连接上油腔与下油腔，在管路上设置液压马达，液压马达连接飞轮，飞轮连接阻尼调节机构，阻尼调节机构连接发电机，管路d内的油液始终由上至下流经液压马达；本发明使振动能量转化为液压马达和飞轮的转动机械能，施加平行于从动轴轴线朝向飞轮的推力，改变从动轮与飞轮之间的压紧力，液压马达可为管路中油液提供不同的阻力，即为减振器的阻尼，飞轮贴合的从动轮驱动从动轴，从动轴驱动发电机，将机械能转化为电能，避免了因液压油温度升高而影响减振器性能的情况，并且有效回收了振动能量。

Description

一种阻尼可调的节能减振器

技术领域

    本发明涉及应用于机动车辆的减振器装置，特指一种阻尼可调并且可回收振动能量的液压减振器。

背景技术

机动车辆对减振器阻尼强弱的要求随负载、道路状况、车速等行驶条件的变化而变化，同时也会因驾驶员个性的差异而不同，当这些状况不断变化时，不能相应调节阻尼强度的减振器难以达到令人满意的减振效果，会影响到整车的平顺性。随着现代电子技术的发展，出现了主动和半主动悬架。虽然主动悬架理论上能够获得一个优质的隔振***，实现理想悬架的控制目标，但是其能耗大，成本高，结构复杂。半主动悬架解决了传统被动悬架存在的舒适性与稳定性的矛盾，其在控制品质上接近主动悬架，结构简单，价格相对便宜，除驱动电机或电磁阀需要消耗能量外，不需要提供额外的附加电源。可调阻尼减振器是半主动悬架的核心部件，它的好坏直接影响汽车的平顺性。

传统的减振器把行驶中车辆的振动能量以热能的方式耗散掉，这种方式不仅使得减振器内的液压油温度升高，从而影响其减振性能，而且造成能源的浪费。借助先进的设计手段，车体振动机械能转化为电能进行存储，已成为当务之急。对于传统汽车，可实现节能；对于电动汽车，可延长其续驶里程，提高电池利用率。

中国专利申请号为201210054782.8、名称为电磁馈能型半主动悬架馈能阻尼实时控制装置及方法，使用螺母-滚珠丝杠机构将直线的悬架运动转化为圆周运动，再传递给电机，电机起馈能装置和主动力发生器的作用，一般采用定电压的蓄电池作为电机起馈能的蓄能器和电机发出主动力的动力源。中国专利申请号为201010109914.3、名称为汽车发电减振器，将液压马达和发电机置于减振器缸体内，并利用管路将减振器振动时流动的液体通过液压马达，液压马达驱动发电机发电，从而达到回收振动能量的效果。这两种专利申请的技术方案虽然在技术上有所进步，但是依然存在以下缺陷：一、减振器体积过大；二、内部构造都比较复杂，使得加工难度大，可靠性不高；三、控制装置复杂，使得整套装置成本过高；四、未能克服液压油温度升高对减振器性能产生的影响这一缺点。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、效果良好的可调阻尼的节能减振器，能够产生多种阻尼力，适合多种工况下应用，同时回收振动能量,将其转化为电能进行储存。

本发明采用的技术方案：本发明包括缸体、浮动活塞、活塞和活塞杆，浮动活塞和活塞位于缸体内且均与缸体内壁密封接触，浮动活塞在活塞之上，浮动活塞和活塞将缸体划分出压缩空气腔、上油腔和下油腔，上油腔与下油腔中注满油液，活塞杆连接活塞并从缸体伸出在缸体下端之外，在缸体外部连接有管路d，管路d的两端分别连接上油腔与下油腔，在管路d上设置液压马达，液压马达连接飞轮，飞轮连接阻尼调节机构，阻尼调节机构连接发电机，管路d内的油液始终由上至下流经液压马达。

所述管路d由四条支路d1、d2、d3、d4组成，支路d1首端与上油腔b连通、尾端与液压马达上部相连、中间设有第一单向阀；支路d2首端与支路d1通过三向流通阀连接、尾端与支路d4通过三向流通阀连接、中间设有第二单向阀；支路d3首端与支路d1通过三向流通阀连接、尾端与支路d4通过三向流通阀连接、中间设有第三单向阀；支路d4首端与下油腔c连通、尾端与液压马达下部连接、中间设有第四单向阀；所述第一单向阀、第四单向阀控制上油腔b的油液流经所述液压马达后流入下油腔c，所述第二单向阀、第三单向阀控制下油腔c的油液流经液压马达后流入上油腔b。

所述阻尼调节机构包括从动轮、从动轴、弹簧及拨叉，从动轮、从动轴和飞轮同轴，从动轮连接从动轴的一端且可沿轴向运动，在从动轴中间段上套有为从动轮提供压紧力的弹簧，从动轴的另一端与发电机连接，拨叉连接从动轮的外表面，带动从动轮轴向运动。

本发明的有益效果是：

1、本发明使用管路将缸体内油液引出并流经液压马达，使得振动能量转化为液压马达和飞轮的转动机械能；从动轮通过弹簧施加的压紧力与飞轮贴合。通过电液推杆对拨叉上部施加平行于从动轴轴线朝向飞轮的推力，改变从动轮与飞轮之间的压紧力，可改变从动轮施加于飞轮上的摩擦力，从而液压马达可为管路中油液提供不同的阻力，即为减振器的阻尼。通过与飞轮贴合的从动轮驱动从动轴，从动轴驱动发电机，发电机将飞轮上的转动机械能转化为电能进行储存，将机械能转化为电能，避免了因为液压油温度升高，而影响减振器性能的情况，并且有效回收了振动能量。

2、本发明对执行器件要求低、性能可靠，由于阻尼可在一定范围内无级可调，使得它能够适应各种路况，可有效应用于半主动悬架。

3、本发明未应用传感器和高性能微处理器，使得成本大大降低，可作为各种车辆和机械装置的减振和隔振部件。

附图说明

为了更全面地理解本发明的结构和工作原理，结合以下附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明阻尼可调的节能减振器的结构连接示意图；

图2是图1去掉了阻尼调节机构8、发电机9后的示意图以及管路d的四条支路d1、d2、d3、d4的示意图；

图3是压缩行程时管路d内油液流动路线；

图4是伸张行程时管路d内油液流动路线；

图5是图1中飞轮7和阻尼调节机构8的安装结构示意图；

图6是图5中拨叉14结构放大示意图；

图7是图1中飞轮7和阻尼调节机构8的立体结构示意图。

图中：1、缸体，2、浮动活塞，3、活塞，4、活塞杆，5、10、11、12、单向阀，6、液压马达，7、飞轮，8、阻尼调节机构，9、发电机，13、从动轮，14、拨叉，15、螺栓，16、从动轴，17、弹簧，18、轴承座，19、轴承，20、螺母。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括缸体1、浮动活塞2、活塞3和活塞杆4。浮动活塞2和活塞3位于缸体1内，均与缸体1内壁密封接触，浮动活塞2在活塞3之上，浮动活塞2和活塞3将缸体1划分出压缩空气腔a、上油腔b和下油腔c，上油腔b与下油腔c中注满油液。活塞杆4与活塞3连接，并从缸体1伸出在缸体1下端之外。压缩空气腔a能有效地减少车轮受到突然冲击时产生的高频振动，并且补偿由于活塞杆4进入缸体1内，缸体1储油容积的减少量。在缸体1外部连接有管路d，管路d的两端分别连接上油腔b与下油腔c，使上油腔b与下油腔c之间的油液通过管路d构成液压回路。在所述液压回路上设置液压马达6，管路d内的油液流经液压马达6，驱动液压马达6转动。液压马达6连接飞轮7，飞轮7连接阻尼调节机构8，阻尼调节机构8连接发电机9。

如图2所示，管路d由四条支路d1、d2、d3、d4组成。支路d1首端与缸体1相连，与上油腔b连通，支路d1尾端与液压马达6上部相连，支路d1中间设有单向阀11；支路d2首端与支路d1通过三向流通阀连接，支路d2尾端与支路d4通过三向流通阀连接，支路d2中间设有单向阀10；支路d3首端与支路d1通过三向流通阀连接，支路d3尾端与支路d4通过三向流通阀连接，支路d3中间设有单向阀12；支路d4首端与缸体1相连，与下油腔c连通，支路d4尾端与液压马达6下部连接，支路d4中间设有单向阀5。管路d内的油液流经液压马达6，驱动液压马达6转动。四个单向阀5、10、11、12 分为两组，单向阀5、11 为第一组单向阀，允许上油腔b的油液流经所述液压马达6后流入下油腔c，单向阀10、12为第二组单向阀，允许下油腔c的油液流经液压马达6后流入上油腔b。由于单向阀5、10、11、12的作用，使得管路d中的油液始终由上至下流经液压马达6。

如图3所示，当压缩行程时，活塞3向上运动，上油腔b油液流经单向阀11、液压马达6、单向阀5至下油腔c，由于此时，单向阀12上端油液压力大于下端，单向阀10右端油液压力大于左端，因此，油液不会通过单向阀10、12；如图4所示，当伸张行程时，活塞3向下运动，下油腔c油液流经单向阀10、液压马达6，单向阀12至上油腔b，由于此时单向阀11右端油液压力大于左端，单向阀5左端油液压力大于右端，因此，油液不会通过单向阀5、11。所以，管路d中的油液始终由上至下流经液压马达6。飞轮7与液压马达6的输出轴固定相连，从而使飞轮7绕同一方向转动。

如图5中所示的阻尼调节机构8，阻尼调节机构8包括从动轮13、从动轴16、弹簧17及拨叉14。从动轮13、从动轴16和飞轮7同轴，从动轮13通过花键与从动轴16连接，并且从动轮13连接在从动轴16的一端，可在从动轴16上沿轴向运动，初始状态时从动轮13与飞轮7紧紧贴合。在从动轴16中间段上套有弹簧17，弹簧17为从动轮13提供压紧力。从动轴16的另一端与发电机9连接，回收减振器的振动能量。再如图6和图7所示，拨叉14连接从动轮13的外表面，通过拨叉14带动从动轮13轴向运动，拨叉14通过螺母20固定连接轴承座18，轴承座18上安装轴承19，在从动轮13的外表面上开有旋转槽，轴承19位于旋转槽内，为从动轮13提供轴向的推力而不影响从动轮13的转动。拨叉14上还固定连接螺栓15，通过螺栓15为拨叉14提供推力支点。

如图5所示，当用电液推杆为拨叉14上部提供平行于从动轴16的轴线并朝向飞轮7的推力F时，轴承19为从动轮13提供轴向的推力。减振器工作时，油液流动使飞轮7旋转；初始状态时，电液推杆不工作，由于弹簧17的压紧力，飞轮7与从动轮13之间为静摩擦力，由于花键的约束，带动从动轴16转动，此时阻尼调节机构8为液压马达6提供的阻力最大，阻力的来源为发电机9的充电负载阻抗；从而液压马达6对管路d中油液流动阻力达到最大，即减振器的阻尼为最大值。当电液推杆对拨叉14提供平行于从动轴16的轴线朝向飞轮7的推力F时，轴承19对从动轮13施加轴向的推力，方向与弹簧17弹力相反；从而从动轮13对飞轮7的压紧力可由最大变为零，此时阻力的来源为滑动摩擦力F _S ， F _S =μ·N，μ为动摩擦因数，N为压紧力。压紧力N减小，滑动摩擦力F _S 减小，减振器的阻尼也相应减小。当从动轮13脱离飞轮7时，飞轮7所受的摩擦力为零，减振器阻尼为最小值，仅由管路d提供阻尼。因此，此机构理论上可在一定范围内无极调节减振器的阻尼。

当路况优良时，为了提高车辆的平顺性，减振器要求提供大阻尼。此时，电液推杆不工作，由弹簧17提供压紧力，飞轮7与从动轮13形成以整体运动，从而带动从动轴16旋转；减振器内对油液的流动阻力由管路d和发电机9的充电负载阻抗提供，为大阻尼状态。从动轴16与发电机9连接，将减振器的振动能量转化为电能。

当路况恶劣时，为了提高车辆的平顺性，减振器要求提供小阻尼。此时，电液推杆工作，对拨叉14上部施加平行于从动轴16轴线朝向飞轮7的推力，拨叉14下部的轴承19对从动轮13施加轴向的推力，与弹簧17提供的弹力方向相反；从动轮13对飞轮7的压紧力减小，飞轮7所受到的摩擦力减小；此时减振器的阻尼开始减小。当轴承19对从动轮13施加的推力等于弹簧17弹力时，飞轮7与从动轮13分离，此时从动轮13对飞轮7施加的摩擦力为零；因此油液阻力仅由管路d提供。此时减振器阻尼为最小值。

不同路况时，通过控制电液推杆对拨叉14的推力，减振器的阻尼也不相同，可以使得车辆根据行驶路况的好坏调节悬架阻尼大小以实现半主动悬架的最优控制。减振器的振动能转化为电能，不仅回收了能量，清洁环保，而且达到了降低油液温度，使减振器保持优良性能的功能。

Claims (2)

1.一种阻尼可调的节能减振器，包括缸体（1）、浮动活塞（2）、活塞（3）和活塞杆（4），浮动活塞（2）和活塞（3）位于缸体（1）内且均与缸体（1）内壁密封接触，浮动活塞（2）在活塞（3）之上，浮动活塞（2）和活塞（3）将缸体（1）划分出压缩空气腔、上油腔和下油腔，上油腔与下油腔中注满油液，活塞杆（4）连接活塞（3）并从缸体（1）伸出在缸体（1）下端之外，其特征是：在缸体（1）外部连接有管路d，管路d的两端分别连接上油腔与下油腔，在管路d上设置液压马达（6），液压马达（6）连接飞轮（7），飞轮（7）连接阻尼调节机构（8），阻尼调节机构（8）连接发电机（9），管路d内的油液始终由上至下流经液压马达（6）；

所述管路d由四条支路d1、d2、d3、d4组成，支路d1首端与上油腔连通、尾端与液压马达（6）上部相连、中间设有第一单向阀（11）；支路d2首端与支路d1通过三向流通阀连接、尾端与支路d4通过三向流通阀连接、中间设有第二单向阀（10）；支路d3首端与支路d1通过三向流通阀连接、尾端与支路d4通过三向流通阀连接、中间设有第三单向阀（12）；支路d4首端与下油腔连通、尾端与液压马达（6）下部连接、中间设有第四单向阀（5）；所述第一单向阀（11）、第四单向阀（5）控制上油腔的油液流经所述液压马达（6）后流入下油腔，所述第二单向阀（10）、第三单向阀（12）控制下油腔的油液流经液压马达（6）后流入上油腔；

所述阻尼调节机构（8）包括从动轮（13）、从动轴（16）、弹簧（17）及拨叉（14），从动轮（13）、从动轴（16）和飞轮（7）同轴，从动轮（13）连接从动轴（16）的一端且可沿轴向运动，在从动轴（16）中间段上套有为从动轮（13）提供压紧力的弹簧（17），从动轴（16）的另一端与发电机（9）连接，拨叉（14）连接从动轮（13）的外表面，带动从动轮（13）轴向运动。

2.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的节能减振器，其特征是：所述拨叉（14）固定连接轴承座（18），轴承座（18）上有轴承（19），从动轮（13）的外表面上开有旋转槽，轴承（19）位于所述旋转槽内。