CN103660901A - 一种半主动式磁敏橡胶汽车发动机悬置装置 - Google Patents
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Abstract
一种半主动式磁敏橡胶汽车发动机悬置装置，它包括上外壳、下外壳、磁敏橡胶主簧、磁敏橡胶塞块、中心螺栓、励磁铁芯、励磁线圈、平台、电控单元、发动机转速传感器、制动主缸压力传感器、换挡位置传感器、螺旋弹簧和支撑圆片；上外壳内安置有磁敏橡胶主簧和磁敏橡胶塞块，励磁线圈和励磁铁芯安置于磁敏橡胶主簧的内部空腔中；励磁线圈与平台固连；上外壳与下外壳通过其上设置的连接孔固接在一起；电控单元通过通过控制线与励磁线圈相连，电控单元根据发动机转速传感器、制动主缸压力传感器和换挡位置传感器的输入信号来判断发动机及汽车的工况，并向励磁线圈发送控制信号，从而实现对磁敏橡胶汽车发动机悬置的控制和调节，提高汽车乘坐的舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种刚度和阻尼可控的发动机悬置装置，尤其涉及一种半主动式磁敏橡胶汽车发动机悬置装置，它采用了一种新型的智能材料——磁敏橡胶作为减振介质。属于汽车振动与噪声控制技术领域。
背景技术
随着汽车技术的进步和社会的发展，汽车的乘坐舒适性越来越受到人们的重视。发动机运转时会产生宽频、多振源和多主频的振动，使发动机的振动成为汽车上的重要且复杂的振动噪声来源，因此发动机悬置***作为一种有效的减振手段得到了广泛的应用。比较理想的发动机悬置减振特性是：低频（30Hz以下）时具有高刚度、大阻尼；高频（30Hz以上）时具有低刚度、小阻尼。目前，汽车发动机悬置多为被动式的橡胶悬置和液压悬置，不能根据发动机工况及时调整刚度或阻尼，影响了汽车NVH性能的提高。半主动式磁流变液汽车发动机悬置虽然具有响应速度快、能耗小、调节范围大等优点，但同时也存在磁流变液沉降、需要密封、稳定性差等缺点。而主动式液压汽车发动机悬置又存在着结构复杂、功耗大、成本高等问题，限制了其大范围的应用。磁敏橡胶是一种新兴智能材料，它是通过将微米尺度的铁磁性颗粒弥散在橡胶基中，力学性能可由电磁场控制，具有刚度和阻尼可控的性质，而且无需密封、性能稳定、响应迅速，很适合做智能可控的隔振减振材料，应用前景十分广阔。
发明内容
1、发明目的：
本发明的目的在于提供一种半主动式磁敏橡胶汽车发动机悬置装置，它基于磁敏橡胶的拉、压模式，通过传感器的信号判断发动机的激振频率，控制电磁场的强弱和有无来改变磁敏橡胶体的刚度和阻尼，满足发动机***在各种工况下的减振要求，提高整车的NVH性能。
2、技术方案：
通过电磁场变化控制的一种半主动式磁敏橡胶汽车发动机悬置装置，见图1，该装置包括上外壳、下外壳、磁敏橡胶主簧、磁敏橡胶塞块、中心螺栓、励磁铁芯、励磁线圈、平台、电控单元、发动机转速传感器、制动主缸压力传感器、换挡位置传感器、螺旋弹簧和支撑圆片。它们之间的位置连接关系是：在上外壳内安置有磁敏橡胶主簧和磁敏橡胶塞块，磁敏橡胶主簧的内部设有空腔，作为电磁场加载源的励磁线圈和励磁铁芯安置于磁敏橡胶主簧的内部空腔之中，磁敏橡胶主簧的上部中心位置设有V形槽放置磁敏橡胶塞块，中心螺栓设置在磁敏橡胶塞块芯部位置；螺旋弹簧位于下外壳底部中心位置，其上依次放置支撑圆片和励磁铁芯，下外壳上部设有台阶凹槽，平台安置于下外壳的台阶凹槽之内，励磁线圈与平台固连；上外壳与下外壳通过其上设置的连接孔固接在一起；电控单元通过信号线与发动机转速传感器、制动主缸压力传感器、换挡位置传感器相连，电控单元通过控制线与励磁线圈相连，电控单元根据发动机转速传感器、制动主缸压力传感器和换挡位置传感器的输入信号来判断发动机及汽车的工况，采取相应的控制策略，并向励磁线圈发送控制信号，从而实现对磁敏橡胶汽车发动机悬置的控制和调节，满足发动机多工况的隔振减振要求，提高整车的NVH性能。
所述上外壳为带法兰的无底筒状件，其上设有连接孔，为不导磁的铝合金材质制作。
所述下外壳为带法兰的有底筒状件，其上设置台阶凹槽放置平台，筒身部位设置散热孔供该装置散热用，为不导磁的铝合金材质制作。
所述磁敏橡胶主簧是采用在硅橡胶基体中添加微米直径的羰基铁粉制成，这种方式制备的磁敏橡胶较软，为自制件，其功能是汽车发动机的减振和吸振。
所述磁敏橡胶塞块是采用在天然橡胶基体中添加微米直径的羰基铁粉制成，这种方式制备的磁敏橡胶较硬，为自制件，其功能是汽车发动机的支撑和磁敏橡胶汽车发动机悬置装置上部的密封。
所述中心螺栓是市购标准件，具体规格根据汽车发动机上的悬置安装孔的尺寸而定，其功能是用于磁敏橡胶汽车发动机悬置装置与汽车发动机的连接。
所述励磁铁芯是实心圆柱体，选择合金钢或其他强度及导磁率都很高的材料制作，为自制件，其功能是作为电磁场加载源。
所述励磁线圈是由漆包铜导线绕制，为自制件，其功能作为电磁场加载源并调节电磁场强度。
所述平台是中间设有通孔的圆盘状自制件，采用合金钢或其他强度及导磁率都很高的材料制作，其功能是支撑磁敏橡胶主簧并导磁。
所述电控单元是市购件，型号为32位嵌入式MPC555微处理器，其RAM不小于1MB，ROM不小于512KB，通过编程实现磁敏橡胶汽车发动机悬置装置的信号处理与控制。
所述发动机转速传感器是使用发动机电控***中的发动机转速传感器，不需要额外配备。
所述制动主缸压力传感器是使用ABS***中的制动主缸压力传感器，不需要额外配备。
所述换挡位置传感器是使用自动变速器***中的换挡位置传感器，不需要额外配备。
所述支撑圆片为自制件，采用不导磁的铝合金材料制成，具体尺寸根据励磁铁芯的尺寸而定，其功能是支撑励磁铁芯。
所述螺旋弹簧为市购标准件，具体规格根据励磁铁芯的尺寸而定，其功能是支撑励磁铁芯并保证励磁铁芯可以上下移动。
其中，所述磁敏橡胶主簧和磁敏橡胶塞块中的铁磁颗粒直径为1μm～10μm，弥散于橡胶基体中。
3、本发明“一种半主动式磁敏橡胶汽车发动机悬置”，其优点如下：
(1).不需要密封，结构简单，加工装配方便，性能稳定，维护成本低。
(2).采用半主动式控制方式，使用车辆中已有的发动机转速传感器、制动主缸传感器和换挡位置传感器的信号作为控制输入，减振效果好，能耗小。
(3).主要基于磁敏橡胶的拉压模式来工作，刚度变化范围大，吸能性和可控性好，响应速度快，可以实现连续控制，能够满足发动机的宽频、多振源和多主频的复杂工况的减振要求。
总之，该装置可以实现发动机悬置刚度和阻尼实时调节，充分发挥其减振和支撑作用，降低发动机的振动对整车零部件的损害，提高汽车的乘坐舒适性。
（四）附图说明
图1是本发明一种半主动式磁敏橡胶汽车发动机悬置装置的剖视结构示意图。
图2是磁力线路走向示意图。
图中符号说明如下：1-上外壳、2-磁敏橡胶主簧、3-磁敏橡胶塞块、4-中心螺栓、5-励磁铁芯、6-励磁线圈、7-穿线孔、8-平台、9-连接孔、10-电控单元、11-发动机转速传感器、12-制动主缸压力传感器、13-换挡位置传感器、14-控制线、15-散热孔、16-下外壳、17-螺旋弹簧、18-支撑圆片、19-铁芯运动孔、20-信号线。
（五）具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明：
如图1所示，本发明一种磁敏橡胶半主动式汽车发动机悬置，包括以下部件：上外壳1、磁敏橡胶主簧2、磁敏橡胶塞块3、中心螺栓4、励磁铁芯5、励磁线圈6、穿线孔7、平台8、连接孔9、电控单元10、发动机转速传感器11、制动主缸压力传感器12、换挡位置传感器13、控制线14、散热孔15、下外壳16、螺旋弹簧17、支撑圆片18、铁芯运动孔19和信号线20。它们之间的位置连接关系是：中心螺栓4预置于磁敏橡胶塞块3中，磁敏橡胶塞块3与磁敏橡胶主簧2硫化固定在一起；磁敏橡胶主簧2安置于上外壳1中；螺旋弹簧17固定于下外壳16的底部中心位置；支撑圆片18与螺旋弹簧17相连；励磁线圈6与平台8固连；平台8安置于下外壳16的上部圆形台阶凹槽内；电控单元10通过控制线14与励磁线圈6相连；控制线14经过穿线孔7和散热孔15；励磁铁芯5与磁敏橡胶主簧2固连；励磁铁芯5通过铁芯运动孔19与支撑圆片18接触；上外壳1与下外壳16通过连接孔9固连；发动机转速传感器11、制动主缸压力传感器12和换挡位置传感器13通过信号线20与电控单元10相连。
所述上外壳1为带法兰的无底筒状件，其上设有连接孔9，为不导磁的铝合金材质制作。
所述磁敏橡胶主簧2为自制件，采用在硅橡胶基体中添加微米直径的羰基铁粉制成，这种方式制备的磁敏橡胶较软；
所述磁敏橡胶塞块3为自制件，采用在天然橡胶基体中添加微米直径的羰基铁粉制成，这种方式制备的磁敏橡胶较硬；
所述中心螺栓4为市购标准件，具体规格根据汽车发动机上的悬置安装孔的规格而定；
所述励磁铁芯5为自制件，为实心圆柱体，材料选择合金钢或其他强度及导磁率都很高的材料；
所述励磁线圈6为自制件，由漆包铜导线绕制；
所述平台8为自制件，采用合金钢或其他强度及导磁率都很高的材料；
所述连接孔9为机械加工孔，具体尺寸根据汽车副车架上的悬置安装孔的规格而定；
所述电控单元10为市购件，型号为32位嵌入式MPC555微处理器，其RAM不小于1MB，ROM不小于512KB，通过编程实现信号处理与控制；
所述发动机转速传感器11可以使用发动机电控***中的发动机转速传感器，不需要额外配备；
所述制动主缸压力传感器12可以使用ABS***中的制动主缸压力传感器，不需要额外配备；
所述换挡位置传感器13可以使用自动变速器***中的换挡位置传感器，不需要额外配备；
所述控制线14为普通铜芯导线，为市购件；
所述下外壳16为带法兰的有底筒状件，其上设置台阶凹槽放置平台，筒身部位设置散热孔供该装置散热用，为不导磁的铝合金材质制作。
所述螺旋弹簧17为市购标准件，具体规格根据励磁铁芯5的尺寸而定；
所述支撑圆片18为自制件，采用不导磁的铝合金材料制成，具体尺寸根据励磁铁芯5的尺寸而定；
所述信号线20为普通铜芯导线，为市购件；
如图1、图2所示，本发明所涉及的汽车发动机悬置安装于汽车发动机和副车架之间，隔离和降低发动机振动对车身的影响。磁敏橡胶主簧2由刚度较小的硅橡胶基磁敏橡胶制成，磁敏橡胶塞块3由刚度较大的天然橡胶基磁敏橡胶制成，工作过程中主要由磁敏橡胶主簧2来吸收振动能量，起到隔振减振的作用，磁敏橡胶塞块3主要起支撑作用；励磁线圈6通电后，悬置内部的磁力线走向如图2所示；根据发动机转速传感器11、制动主缸压力传感器12和换挡位置传感器13通过信号线20传递给电控单元10的输入信号，按照预设程序判断出发动机起动、熄火停转、怠速运转、高速运转以及汽车是否处于制动、换挡等工况，划分出低频振动（30Hz以下)和高频振动（30Hz以上)两个工作区，并向励磁线圈6发送控制信号，具体如下：处于低频工作区时，电控单元10向励磁线圈6发送输出电流信号并实时控制，使磁敏橡胶主簧2和磁敏橡胶塞块3刚度增大，整个发动机悬置处于高刚度的减振状态；处于高频工作区时，电控单元10向励磁线圈6发送切断电流输出的信号，使磁敏橡胶主簧2保持初始的低刚度，整个发动机悬置处于低刚度的减振状态。
本发明按照设想实施特例进行了说明，但不局限于上述实例，凡是符合本发明的思路，采用相似结构及材料替换的方法所获得的技术方案，都属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种半主动式磁敏橡胶汽车发动机悬置装置，其特征在于：该装置包括上外壳、下外壳、磁敏橡胶主簧、磁敏橡胶塞块、中心螺栓、励磁铁芯、励磁线圈、平台、电控单元、发动机转速传感器、制动主缸压力传感器、换挡位置传感器、螺旋弹簧和支撑圆片；在上外壳内安置有磁敏橡胶主簧和磁敏橡胶塞块，磁敏橡胶主簧的内部设有空腔，作为电磁场加载源的励磁线圈和励磁铁芯安置于磁敏橡胶主簧的内部空腔之中，磁敏橡胶主簧的上部中心位置设有V形槽放置磁敏橡胶塞块，中心螺栓设置在磁敏橡胶塞块芯部位置；螺旋弹簧位于下外壳底部中心位置，其上依次放置支撑圆片和励磁铁芯，下外壳上部设有台阶凹槽，平台安置于下外壳的台阶凹槽之内，励磁线圈与平台固连；上外壳与下外壳通过其上设置的连接孔固接在一起；电控单元通过信号线与发动机转速传感器、制动主缸压力传感器、换挡位置传感器相连，电控单元通过控制线与励磁线圈相连，电控单元根据发动机转速传感器、制动主缸压力传感器和换挡位置传感器的输入信号来判断发动机及汽车的工况，采取相应的控制策略，并向励磁线圈发送控制信号，从而实现对磁敏橡胶汽车发动机悬置的控制和调节，满足发动机多工况的隔振减振要求，提高整车的NVH性能；
所述上外壳为带法兰的无底筒状件，其上设有连接孔，为不导磁的铝合金材质制作；
所述下外壳为带法兰的有底筒状件，其上设置台阶凹槽放置平台，筒身部位设置散热孔供该装置散热用，为不导磁的铝合金材质制作；
所述磁敏橡胶主簧是采用在硅橡胶基体中添加微米直径的羰基铁粉制成，这种方式制备的磁敏橡胶较软，其功能是汽车发动机的减振和吸振；
所述磁敏橡胶塞块是采用在天然橡胶基体中添加微米直径的羰基铁粉制成，这种方式制备的磁敏橡胶较硬，其功能是汽车发动机的支撑和磁敏橡胶汽车发动机悬置装置上部的密封；
所述中心螺栓的规格根据汽车发动机上的悬置安装孔的尺寸而定，其功能是用于磁敏橡胶汽车发动机悬置装置与汽车发动机的连接；
所述励磁铁芯是实心圆柱体，选择合金钢或其他强度及导磁率都很高的材料制作，其功能是作为电磁场加载源；
所述励磁线圈是由漆包铜导线绕制，其功能作为电磁场加载源并调节电磁场强度；
所述平台是中间设有通孔的圆盘状件，采用合金钢或其他强度及导磁率都很高的材料制作，其功能是支撑磁敏橡胶主簧并导磁；
所述电控单元是型号为32位嵌入式MPC555微处理器，其RAM不小于1MB，ROM不小于512KB，通过编程实现磁敏橡胶汽车发动机悬置装置的信号处理与控制；
所述发动机转速传感器是使用发动机电控***中的发动机转速传感器；
所述制动主缸压力传感器是使用ABS***中的制动主缸压力传感器；
所述换挡位置传感器是使用自动变速器***中的换挡位置传感器；
所述支撑圆片采用不导磁的铝合金材料制成，具体尺寸根据励磁铁芯的尺寸而定，其功能是支撑励磁铁芯；
所述螺旋弹簧的规格根据励磁铁芯的尺寸而定，其功能是支撑励磁铁芯并保证励磁铁芯可以上下移动。
2.根据权利要求1所述的一种半主动式磁敏橡胶汽车发动机悬置装置，其特征在于：该磁敏橡胶主簧和磁敏橡胶塞块中的铁磁颗粒直径为1μm～10μm，弥散于橡胶基体中。
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