CN104976266A - 一种液电馈能式半主动控制减振器*** - Google Patents

一种液电馈能式半主动控制减振器*** Download PDF

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彭明
龚边
周贤勇
郭增均
邱宝象
陈甜
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Abstract

本发明涉及一种液电馈能式半主动控制减振器***，主要包括由液压工作缸、储油缸、活塞、空心活塞杆、压缩阀、补偿阀所构成的双筒液压减振模块和由空心活塞杆转接头、蓄能器、储油缸转接头、液压馈能管路、液压马达、发电机、负载控制电路所构成的液电馈能控制模块，所述的储油缸的一侧外壁上钻有一圆孔，通过该圆孔焊接储油缸转接头；所述的位于液压工作缸内的空心活塞杆的顶端处径向引出一个出油口，并在出油口处焊接空心活塞杆转接头。本发明有益的效果：本发明可基于传统双筒液压减振器改造而成，在达到车辆对减振器阻尼特性基本要求前提下，能够回收悬架振动耗散的机械能，使其转换为电能，达到车辆节能的目的。

Description

一种液电馈能式半主动控制减振器***
技术领域
本发明属于车辆悬架减振器***技术领域，尤其涉及一种液电馈能式半主动控制减振器***。
背景技术
车辆在行驶过程中会受到不平路面的持续激励，引起簧上质量的垂直振动和轮胎动载荷的连续变化，直接影响车辆的平顺性和操纵稳定性。传统液力减振器是将簧上质量与簧下质量的相对运动机械能通过阻尼作用转化为热能耗散。而馈能悬架是将这部分振动机械能转化为液压能或者电能，供给车辆上其他设备使用，从而达到降低车辆能量消耗的目的。
目前车辆馈能悬架***的结构形式主要分为机械液压式馈能(包括曲柄连杆式、静液蓄能式)、电磁式馈能(包括电磁线圈感应式、齿轮齿条式、滚珠丝杆式、直线电机式)以及液电复合式馈能。液电馈能式半主动控制减振器属于液电复合式，包括双筒液压减振模块和液电馈能控制模块，利用工作油液在油道里的运动推动液压马达旋转，从而带动旋转电机的回转运动，从而将车身与车轮间的机械振动能量转化为电能。经过科研人员的大量研究，现存的各种馈能悬架仍有若干缺点，无法达到传统减振器的使用要求；本发明所提出的液电馈能式半主动控制减振器的综合性能好，实用性强。
中国专利1626370A设计采用滚珠丝杆机构，将簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转化为电机的旋转运动。馈能装置由滚珠丝杆机构和电机组成，在车辆的行驶过程中，将回收的能量储存在电池。随着不平路面的持续激励，馈能减振器作压缩运动和伸张运动，滚珠螺母沿轴向上下移动，带动滚珠丝杆和电机转子作正反转动。根据车身振动状态，电机控制电路使电机处于电动或者制动状态，从而主动衰减不平路面产生的车身振动和冲击。滚珠丝杆式馈能悬架将传统的液力装置替换成机械装置，这种结构形式的缺点是由于传动***内部间隙的存在，馈能装置对高频信号的频率响应函数不为零。因此，滚珠丝杆式馈能悬架在低频大振幅激励下，悬架特性和能量回收效率较好，而受到高频激励时，悬架特性不理想，能量回收效率较低。
中国专利CN101749353A设计采用四个单向阀组成的液压整流桥，形成“机-电-液”一体化液电馈能装置，将簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转化为液体的流动。无论是压缩运动和伸张运动，经过单向阀液压整流桥后，液体都沿同一方向通过液压马达，带动发电机发电。该方案可以使液压马达始终沿同一方向旋转，发电机处于较高的工作效率，液电馈能装置的整体效率较高。然而，单向阀的开闭完全依靠前后端的液体压力，活塞运动换向时，液体对单向阀的冲击较大，影响单向阀的工作寿命。由于液压缸有杆腔和无杆腔的体积变化不同，造成压缩行程的阻尼力大于伸张形成的阻尼力，与传统液力减振器的外特性相反，不便于实际工程应用。
中国专利CN103244495A设计采用电控整流阀，控制单元通过比较活塞上、下腔压力传感器采集的压力信号，判断整流阀前端液体流向，通过电磁阀对整流阀阀芯位置进行控制，对减振器缸筒中流出的液体进行整流，整流后的液流驱动液压马达始终沿一个方向旋转，带动发电机处于较高效率状态下发电，从而实现振动机械能量转化为电能。然而，车辆在行驶过程中受到不平路面的持续激励，造成簧载质量的往复压缩运动和伸张运动，电控整流阀处于连续的调整状态，大大降低了其使用寿命。同时，一旦电控整流阀工作失效，该减振器的使用性能难以满足车辆的行驶要求。
以上将振动机械能量进行馈能回收的装置当中，中国专利1626370A存在电机转子随着悬架的往复运动旋转方向正反交替切换的问题，产生大量的惯量损失，降低了电机的发电效率。中国专利CN101749353A和中国专利CN103244495A采用阀的结构解决了电机转子旋转方向正反切换的问题，提高了发电机的工作效率，但是液压整流桥的某个单向阀工作实效，会造成***无法正常工作，同时不便于维修；利用电控整流阀可以减少液压整流桥产生的液压能量损失，不过对其使用寿命提出了较高要求，不适用于长时间实际使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种液电馈能式半主动控制减振器***，可基于传统双筒液压减振器改造而成，在达到车辆对减振器阻尼特性基本要求前提下，能够回收悬架振动耗散的机械能，使其转换为电能，达到车辆节能的目的；并且可以实现阻尼力的半主动控制，提升车辆的行驶平顺性。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种液电馈能式半主动控制减振器***，主要包括由液压工作缸、储油缸、活塞、空心活塞杆、压缩阀、补偿阀所构成的双筒液压减振模块和由空心活塞杆转接头、蓄能器、储油缸转接头、液压馈能管路、液压马达、发电机、负载控制电路所构成的液电馈能控制模块，所述的储油缸的一侧外壁上钻有一圆孔，通过该圆孔焊接储油缸转接头；所述的位于液压工作缸内的空心活塞杆的顶端处径向引出一个出油口，并在出油口处焊接空心活塞杆转接头；所述的液压马达的前端通过液压管路与空心活塞杆的空心活塞杆转接头相连，液压回路中采用三通管接头连接一个蓄能器；所述的液压马达的后端通过液压管路与储油缸的储油缸转接头相连，液压回路中连接有一个低压蓄能器；所述的液压马达通过联轴器与发电机相连，发电机与负载控制电路连接并调节；所述的空心活塞杆的顶端与上吊耳相连，所述的储油缸的底端与下吊耳相连。所述的空心活塞杆的无油道末端相连有一个活塞，该活塞位于液压工作缸之中；活塞的上方空间部分为液压缸有杆腔，下方空间部分为液压缸无杆腔。
作为优选，所述的储油缸位于液压工作缸的外部，储油缸的上方外部套有防尘罩；液压工作缸的下端设置有支承座，该支承座上安装有压缩阀和补偿阀，且该支承座位于储油缸的下方内部。
作为优选，所述的空心活塞杆的轴向芯部设有不贯穿的中心孔，在空心活塞杆下部沿径向开一通孔，并与中心孔连通。
作为优选，所述的活塞分为有阀系活塞和无阀系活塞，有阀系活塞内设置有流通阀，该流通阀连通于液压缸有杆腔与液压缸无杆腔；无阀系活塞其外部的液压马达的液压管路上并联一个单向阀，单向阀的开启方向与液压马达的旋转方向相反。
作为优选，所述的蓄能器和低压蓄能器采用皮囊式蓄能器。
本发明的有益效果为：
其一，馈能减振器的阻尼特性符合车辆对减振器拉伸以及压缩行程阻尼力的配比要求，压缩行程达到传统减振器的被动减振效果，在拉伸行程进行振动能量回收以及阻尼力的半主动控制；馈能效果以及平顺性到达一定程度上的平衡；
其二，能够有效回收车辆悬架振动所耗散的机械能量，***“惯量损失”低于其他方案的馈能减振器，电机旋转方向固定，能量回收效率高；
其三，可在传统液压减振器基础上进行改造，利用其膜片阀组，其弹性特性曲线平滑，减振器的外特性优良，可应用于不同的车型，调校方便；
其四，对传统液力减振器的零部件改动较小，结构简单，易于安装、拆卸和维修，同时发电机的使用寿命长，***实用性强。
附图说明
图1为本发明的主要实施例具体结构示意图。
图2为本发明的基本原理图。
图3为本发明中空心活塞杆的结构示意图。
图4为本发明的另一实施例的结构示意图。
图5为本发明的另一实施例的基本原理图。
附图中的标号分别为：1、上吊耳； 2、空心活塞杆转接头； 3、蓄能器； 4、三通管接头； 5、液压马达； 6、发电机； 7、负载控制电路； 8、液压管路； 9、储油缸转接头； 10、下吊耳； 11、压缩阀； 12、补偿阀； 13、支承座； 14、液压工作缸； 15、有阀系活塞； 16、流通阀； 17、空心活塞杆； 18、储油缸； 19、防尘罩； 20、液压缸有杆腔； 21、低压蓄能器； 22、单向阀； 23、无阀系活塞； 24、液压缸无杆腔；171、中心孔； 172、通孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图1、2所示，本发明主要包括由液压工作缸14、储油缸18、活塞15、空心活塞杆17、压缩阀11、补偿阀12所构成的双筒液压减振模块和由空心活塞杆转接头2、蓄能器3、储油缸转接头9、液压馈能管路8、液压马达5、发电机6、负载控制电路7所构成的液电馈能控制模块，所述的储油缸18的一侧外壁上钻有一圆孔，通过该圆孔焊接储油缸转接头9；所述的位于液压工作缸14内的空心活塞杆17的顶端处径向引出一个出油口，并在出油口处焊接空心活塞杆转接头2；所述的液压马达5的前端通过液压管路8与空心活塞杆17的空心活塞杆转接头2相连，液压回路中采用三通管接头4连接一个蓄能器3；所述的液压马达5的后端通过液压管路8与储油缸18的储油缸转接头9相连，液压回路中连接有一个低压蓄能器21；所述的液压马达5通过联轴器与发电机6相连，发电机6与负载控制电路7连接并调节；所述的空心活塞杆17的顶端与上吊耳1相连，所述的储油缸18的底端与下吊耳10相连。通过空心活塞杆17的油道、空心活塞杆转接头2和储油缸18的储油缸转接头9将工作油液引至外部液压回路，液流驱动液压马达5始终沿固定方向旋转，液压马达5带动发电机6回转运动，从而将振动机械能量转化为电能，存储在电池中或供车辆上其他耗能部件使用；同时发电机6可由其负载控制电路7***进行阻尼力的调节。
所述的空心活塞杆17的无油道末端相连有一个活塞，该活塞位于液压工作缸14之中；活塞的上方空间部分为液压缸有杆腔20，下方空间部分为液压缸无杆腔24；所述的储油缸18位于液压工作缸14的外部，储油缸18的上方外部套有防尘罩19；液压工作缸14的下端设置有支承座13，该支承座13上安装有压缩阀11和补偿阀12，且该支承座13位于储油缸18的下方内部。
如附图3所示，所述的空心活塞杆17的轴向芯部设有不贯穿的中心孔171，在空心活塞杆17下部沿径向开一通孔172，并与中心孔171连通。
所述的活塞分为有阀系活塞15和无阀系活塞23，如附图1所示，有阀系活塞15内设置有流通阀16，该流通阀16连通于液压缸有杆腔20与液压缸无杆腔24；如附图4所示，无阀系活塞23其外部的液压马达5的液压管路8上并联一个单向阀22，单向阀22的开启方向与液压马达5的旋转方向相反。
所述的蓄能器3和低压蓄能器21采用皮囊式蓄能器，其作用是吸收液压缸有杆腔20的油液冲击，减少液压马达5损坏的可能性，具有重量轻，体积小，便于集成化的优点。所述液压马达5采用单向内啮合齿轮液压马达，具有占用空间小、效率高的优点。所述发电机6采用永磁直流无刷电机，通过联轴器与液压马达5固连，采用矢量控制变频调速方式调节电机，可以改变伸张行程的阻尼力，实现馈能减振器阻尼力的半主动控制。
本发明的液电馈能式半主动控制减振器与现有的几种液电馈能式减振器的最大不同在于：其压缩行程不进行能量回收，只在伸张行程回收振动机械能；在压缩行程时只实现传统被动减振效果，在拉伸行程可进行阻尼力半主动控制；从而实现液电馈能式减振器的外特性满足车辆的行驶平顺性要求。现有的几种液电馈能式减振器的压缩行程阻尼力大于伸张行程阻尼力，这与传统液力减振器的外特性相反，难以适用于车辆的日常行驶。
本发明的具体工作过程是：当簧载质量与非簧载质量作往复相对运动时，馈能减振器中的有阀系活塞15在液压工作缸14筒内也作往复运动。压缩行程时，有阀系活塞15在空心活塞杆17的推动下向支承座13方向移动，由于流通阀16的弹簧刚度小于压缩阀11的弹簧刚度，流通阀16开启时间早于压缩阀11，液压缸无杆腔24的高压油通过流通阀16进入液压缸有杆腔20，还有一部分油液推开压缩阀11，流回至储油缸18，或者进入低压蓄能器21，流通阀16和压缩阀11的节流作用形成压缩行程的阻尼力。伸张行程时，有阀系活塞15在空心活塞杆17的拉动下向导向座方向移动，液压缸有杆腔20的高压油经过空心活塞杆17，流至外部馈能回路，经蓄能器3的稳压作用下，驱动液压马达5沿固定方向旋转，带动发电机6回转运动，完成将振动机械能量转化为电能。液压缸有杆腔20的油液最终流回至储油缸18，由于补偿阀12的弹簧刚度较小，储油缸18的油液可以及时为液压缸无杆腔24补液，避免空程畸变现象的产生。伸张行程的阻尼力主要来自于高压油驱动液压马达5的阻力。依据簧载质量的垂直加速度和悬架动挠度的实时数据，通过电机矢量控制变频调速方式实时调节电机，改变驱动液压马达5的阻尼力，可实现馈能型悬架***的阻尼力半主动控制。
本发明的备选实施例也可采用另外一种相似结构方案，如图4和图5所示，即同时取消原活塞上的流通阀和伸张阀，保持活塞其他结构不变，在液压马达5的液压管路8上并联一个单向阀22，单向阀22的开启方向与液压马达5的旋转方向相反。压缩行程时，液压缸无杆腔24的高压油液推开压缩阀11，流回至储油缸18，而储油缸18里的油液可以推开单向阀22进入液压缸有杆腔20，及时补液，从而避免压缩行程产生空程畸变现象。在伸张行程时，由于单向阀22始终保持关闭状态，其液流路径及工作过程与上述主要实施例一样。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种液电馈能式半主动控制减振器***，主要包括由液压工作缸(14)、储油缸(18)、活塞(15)、空心活塞杆(17)、压缩阀(11)、补偿阀(12)所构成的双筒液压减振模块和由空心活塞杆转接头(2)、蓄能器(3)、储油缸转接头(9)、液压馈能管路(8)、液压马达(5)、发电机(6)、负载控制电路(7)所构成的液电馈能控制模块，其特征在于：所述的储油缸(18)的一侧外壁上钻有一圆孔，通过该圆孔焊接储油缸转接头(9)；所述的位于液压工作缸(14)内的空心活塞杆(17)的顶端处径向引出一个出油口，并在出油口处焊接空心活塞杆转接头(2)；所述的液压马达(5)的前端通过液压管路(8)与空心活塞杆(17)的空心活塞杆转接头(2)相连，液压回路中采用三通管接头(4)连接一个蓄能器(3)；所述的液压马达(5)的后端通过液压管路(8)与储油缸(18)的储油缸转接头(9)相连，液压回路中连接有一个低压蓄能器(21)；所述的液压马达(5)通过联轴器与发电机(6)相连，发电机(6)与负载控制电路(7)连接并调节；所述的空心活塞杆(17)的顶端与上吊耳(1)相连，所述的储油缸(18)的底端与下吊耳(10)相连；所述的空心活塞杆(17)的无油道末端相连有一个活塞，该活塞位于液压工作缸(14)之中；活塞的上方空间部分为液压缸有杆腔(20)，下方空间部分为液压缸无杆腔(24)。
2.根据权利要求1所述的液电馈能式半主动控制减振器***，其特征在于：所述的储油缸(18)位于液压工作缸(14)的外部，储油缸(18)的上方外部套有防尘罩(19)；液压工作缸(14)的下端设置有支承座(13)，该支承座(13)上安装有压缩阀(11)和补偿阀(12)，且该支承座(13)位于储油缸(18)的下方内部。
3.根据权利要求1所述的液电馈能式半主动控制减振器***，其特征在于：所述的空心活塞杆(17)的轴向芯部设有不贯穿的中心孔(171)，在空心活塞杆(17)下部沿径向开一通孔(172)，并与中心孔(171)连通。
4.根据权利要求1所述的液电馈能式半主动控制减振器***，其特征在于：所述的活塞分为有阀系活塞(15)和无阀系活塞(23)，有阀系活塞(15)内设置有流通阀(16)，该流通阀(16)连通于液压缸有杆腔(20)与液压缸无杆腔(24)；无阀系活塞(23)其外部的液压马达(5)的液压管路(8)上并联一个单向阀(22)，单向阀(22)的开启方向与液压马达(5)的旋转方向相反。
5.根据权利要求1所述的液电馈能式半主动控制减振器***，其特征在于：所述的蓄能器(3)和低压蓄能器(21)采用皮囊式蓄能器。
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