CN111572306B - 一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置 - Google Patents

一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置 Download PDF

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CN111572306B CN202010313924.2A CN202010313924A CN111572306B CN 111572306 B CN111572306 B CN 111572306B CN 202010313924 A CN202010313924 A CN 202010313924A CN 111572306 B CN111572306 B CN 111572306B
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Abstract

本发明公开了一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，包括：左稳定杆(1a)、右稳定杆(1b)、扭转式惯容器、电机(8)、壳体(9)；其中，壳体(9)被中间隔板(90)分成第一腔体(91)和第二腔体(92)；第一腔体(91)中设置有扭转式惯容器部分结构，第二腔体(92)中设置有飞轮(6)和电机(8)；电机(8)主体部分与壳体(9)固定连接，电机(8)具有电机输出轴(10)，电机输出轴(10)与转臂机构输出轴(53)连接，转臂机构输出轴(53)上设置有飞轮(6)；所述左稳定杆(1a)左端连接左车轮悬架，右端固定连接第一齿轮(2)，左稳定杆(1a)安装在壳体(9)中；所述右稳定杆(1b)左端与壳体(9)固定连接，右端连接右车轮悬架。

Description

一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置
技术领域
本发明涉及稳定器领域，尤其涉及一种含有扭转式机电惯容器的横向稳定装置。
背景技术
横向稳定装置是当前车辆底盘***中极为重要的零部件，其用途为在车辆转弯时或行驶在颠簸路面上时，车辆两侧悬架的跳动程度不同。而横向稳定装置可以发生扭转变形从而产生抗扭转的反向力矩抑制车身的侧倾，减小车身侧倾角，提高车辆行驶时的稳定性。
惯容器的概念由剑桥大学的Smith教授在2002年提出。作为一种两端点的质量元件，惯容器突破了单端点质量元件“接地”的限制，弥补了机电相似理论中质量与电容器对应的空缺，可有效应用于隔振与稳定控制***的设计。扭转惯容器属于惯容器的一种，对于两端点的相对扭转振动，惯容器可提升***的稳定性。
目前车辆上使用的大多是传统的被动横向稳定杆，当车身侧倾时，稳定杆的一端向上抬，另一端向下压，利用稳定杆两端的位移差产生抗侧倾力矩，调节车身姿态。但传统的横向稳定杆较为单一，刚度不能调节，无法随着车身的侧倾实现车辆的实时调控，难以满足汽车在不同工况下行驶的要求。
主动式横向稳定杆是在传统横向稳定杆基础上的改进，它能实时地改变加在横向稳定杆两端的扭矩。现有的主动横向稳定杆主要分为液压式和电机式，液压式的主动横向稳定杆结构复杂，响应速度慢，难以满足变化较大工况的需求，可靠性不高，油液泄漏也会污染环境。电机式主动横向稳定杆相对于液压式而言，执行机构相对简单，易于控制。诸如中国发明专利CN108146183A，电机式主动横向稳定杆能够实现主动无级改变悬架侧倾角刚度，提高了整车高速侧倾稳定性和低速悬架舒适性。但在目前的主动横向稳定杆中，其隔振元件使用较为简单，因此控制模式较为单一，控制电机的利用率较低。因此，基于惯容器的主动横向稳定装置仍有较大的开发空间。
发明内容
基于上述原因，本发明提供了一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，可以实现复杂的阻抗形式。由于机械结构阻抗固结不可改变，且应用于横向稳定装置中较为复杂，采用改变电学阻抗的方案实现对复合阻抗的调整，且其作用机理简单，受非线性因素影响较小，性能稳定。
为实现上述发明目的所采用的技术手段为：
一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，包括：左稳定杆(1a)、右稳定杆(1b)、扭转式惯容器、电机(8)、壳体(9)；其中，壳体(9)被中间隔板(90)分成第一腔体(91)和第二腔体(92)；第一腔体(91)中设置有扭转式惯容器部分结构，第二腔体(92)中设置有飞轮(6)和电机(8)；电机(8)主体部分与壳体(9)固定连接，电机(8)具有电机输出轴(10)，电机输出轴(10)与转臂机构输出轴(53)连接；其中，扭转式惯容器包括第一齿轮(2)、第二齿轮(3)、双联内齿轮(4)、转臂机构(5)、飞轮(6)；其中，双联内齿轮(5)包括中间板(40)、第一齿圈(41)、第二齿圈(42)，第一齿圈(41)和第二齿圈(42)被中间板(40)隔开；第一齿圈(41)与第一齿轮(2)啮合，第二齿圈(42)与第二齿轮(3)啮合，所述双联内齿轮(4)的中间板(40)上设有偏心孔，转臂机构(5)通过偏心孔与双联内齿轮(4)连接，转臂机构输出轴(53)上设置有飞轮(6)；所述左稳定杆(1a)左端连接左车轮悬架，右端固定连接第一齿轮(2)，左稳定杆(1a)安装在壳体(9)中；所述右稳定杆(1b)左端与壳体(9)固定连接，右端连接右车轮悬架。
进一步地，所述转臂机构(5)包括转臂机构输入轴(51)、转动盘(52)、转臂机构输出轴(53)；其中，转臂机构输入轴(51)与双联内齿轮(4)的中间板(40)上的偏心孔相连；转动盘(52)一端与转臂机构输入轴(51)固定连接，另一端与转臂机构输出轴(53)固定连接；转臂机构输出轴(53)穿过第二齿轮(3)的通孔34，第二齿轮(3)空套在转臂机构输出轴(53)上；所述转臂机构输出轴(53)穿过壳体(9)的中间隔板(90)，转臂机构输出轴(53)与中间隔板(90)之间安装有球轴承，所述转臂机构输出轴(53)与所述飞轮(6)焊接固定。
进一步地，所述转臂机构(5)还包括第一卡环(54)、第二卡环(55)、第三卡环(56)、第四卡环(57)、第五卡环(58)与第六卡环(59)；其中，转臂机构输入轴(51)与双联内齿轮4的中间板(40)通过左右安装第一卡环(54)和第二卡环(55)固定；转动盘(52)一端与转臂机构输入轴(51)通过左右两端安装第三卡环(56)、第四卡环(57)固定，另一端与转臂机构输出轴(53)通过左右两端第五卡环(58)、第六卡环(59)固定。
进一步地，电机(8)对外电连接储能装置，当所述电机输出轴(10)与电机(8)相对转动时，产生的电能提供给储能装置，此时横向稳定装置工作在馈能工作模式，对能量进行回收。
进一步地，电机(8)对外电连接外接电路，外接电路包括电感、电阻和电容，此时，横向稳定装置工作在被动控制模式，两端相对扭转振动通过扭转式惯容器形成惯容器输出轴与电机之间的相对转动，电机产生励磁电流，励磁电流由于外接电路的阻抗进而衰减***的扭转振动。
进一步地，电机(8)外接电源和控制器，控制器用于控制电机(8)，电源用于给电机(8)供电，当横向稳定装置处于主动控制模式时，控制器控制电机(8)电流输入，驱动电机输出轴(10)旋转，电机转矩通过转臂机构(5)与双联内齿轮(4)，向左经第一齿轮(2)传输到左稳定杆(1a)，向右经第二齿(3)与壳体(9)传输到右稳定杆(1b)，实现电机(8)对于左右稳定杆的主动控制。
进一步地，第二齿轮(3)包括齿轮本体(31)、至少一个螺母(32)和至少一个螺栓(33)、通孔(34)；至少一个螺栓(33)一端与壳体(9)的中间隔板(90)焊接固定，另一端连接齿轮本体(31)，并分别通过多个螺母(32)进行紧固，第二齿轮(3)与壳体(9)形成固定连接。
进一步地，左稳定杆(1a)通过轴承安装在壳体(9)中；转臂机构输出轴(53)与中间隔板(90)之间安装有球轴承。
本发明的有益效果在于：本发明公开的一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，将质量元件惯容器引入到横向稳定装置的***中，丰富了横向稳定装置的可用元件，机电惯容器不仅拓宽了横向稳定***的控制方式，亦可有效提升***隔振性能。此外，本发明可工作在三种工作模式：(1)馈能模式；(2)被动控制模式；(3)主动控制模式。馈能模式下可有效地实现***的扭转振动的能量回收；被动控制模式下可将复杂的机械网络通过电网络进行模拟实现，同时实现复杂机电网络的一体化集成设计；主动控制模式下可将机电惯容作为力发生器，根据横向稳定装置左右端相对扭转振动特点，通过控制器输出控制电流，产生控制力矩衰减扭转振动，实现横向稳定***的主动控制，提升了横向稳定***的振动抑制性能，进而提升了车辆的行驶稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步发明。
图1是一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置的结构示意图。
图2是图1的剖视图。
图3是图2中A-A剖视图。
图4是图1中齿轮Ⅱ的结构示意图。
图5是图1中转臂的结构示意图。
图6是图1中联轴器的结构示意图。
图7是被动控制原理图。
其中，标记说明如下：
1a-左稳定杆；1b-右稳定杆；2-第一齿轮；3-第二齿轮；31-第二齿轮本体；32-螺母；33-螺栓；34-通孔；4-双联内齿轮；40-中间板；41-第一齿圈；42-第二齿圈；5-转臂机构；51-转臂机构输入轴；52-转动盘；53-转臂机构输出轴；54-第一卡环；55-第二卡环；56-第三卡环；57-第四卡环；58-第五卡环；59-第六卡环；6-飞轮；7-联轴器；71-联轴器左端；72-联轴器右端；8-电机；9-壳体；90-中间隔板；91-第一腔体；92-第二腔体；电机输出轴10。
具体实施方式
在本文件中，如第一和第二、顶部和底部等的相关术语可以仅仅用于区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不必需要或暗示这种实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”或者其任何其它的变型意在覆盖非排他的包括，使得包括一系列元件的过程、方法、物品、或装置不仅包括那些元件，而是可以包括未明确列出或者对于这种过程、方法、物品、或装置而言固有的其它元件。通过“包括……”而获得的元件在不具有更多限制的情况下不排除在包括该元件的过程、方法、物品、或装置中存在其它相同的元件。
另一方面，本说明书中使用的术语用于说明实施例，并非要限定本发明。在本说明书中，只要在句子中未特别言及，单数型也包括复数型。说明书中使用的“包括(comprises)”及/或“包含的(comprising)”，是指言及的构成元件、步骤、动作及/或元件不排除存在或追加一个以上的其他构成元件、步骤、动作及/或元件。下面参照附图，详细说明本发明的实施例。
下面结合附图及具体实例对本发明作进一步地说明，但本发明的保护范围不限于此。
如图1-3所示，本发明涉及一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，包括：左稳定杆1a、右稳定杆1b、第一齿轮2、第二齿轮3、双联内齿轮4、转臂机构5、飞轮6、联轴器7、电机8、壳体9。
其中，壳体9被中间隔板90分成第一腔体91和第二腔体92。第一腔体91中设置有扭转式惯容器部分结构，第二腔体92中设置有飞轮6和电机8。电机8主体部分与壳体9固定连接，电机8具有电机输出轴10，电机输出轴10经过联轴器7与转臂机构输出轴53连接。
其中，扭转式惯容器包括第一齿轮2、第二齿轮3、双联内齿轮4、转臂5、飞轮6。其中，双联内齿轮4包括中间板40、第一齿圈41、第二齿圈42，第一齿圈41和第二齿圈42被中间板40隔开。第一齿圈41与第一齿轮2啮合，第二齿圈42与第二齿轮3啮合，所述双联内齿轮4的中间板40上设有偏心孔，转臂机构5通过偏心孔与双联内齿轮4连接，转臂机构输出轴53上设置有飞轮6。
所述左稳定杆1a左端连接左车轮悬架，右端固定连接第一齿轮2，左稳定杆1a通过轴承(图中未示出)安装在壳体9中；所述右稳定杆1b左端与壳体9固定连接，右端连接右车轮悬架。
如图4所示，第二齿轮3包括齿轮本体31、至少一个螺母32和至少一个螺栓33、通孔34。至少一个螺栓33一端与壳体9的中间隔板90焊接固定；另一端连接齿轮本体31，并分别通过多个螺母32进行紧固，即第二齿轮3与壳体9形成固定连接。
如图5所示，所述转臂机构5包括转臂机构输入轴51、转动盘52、转臂机构输出轴53、第一卡环54、第二卡环55、第三卡环56、第四卡环57、第五卡环58与第六卡环59。转臂机构输入轴51与双联内齿轮4的中间板40上的偏心孔相连，通过左右安装第一卡环54和第二卡环55固定。转动盘52一端与转臂机构输入轴51固定连接，通过左右两端安装第三卡环56、第四卡环57固定，另一端与转臂机构输出轴53固定连接，通过左右两端第五卡环58、第六卡环59固定。转臂机构输出轴53穿过第二齿轮3的通孔34，即第二齿轮3空套在转臂机构输出轴53上。所述转臂机构输出轴53穿过壳体9的中间隔板90，转臂机构输出轴53与中间隔板90之间安装有球轴承(图中未示出)，所述转臂机构输出轴53与所述飞轮6焊接固定。
如图6所示，所述联轴器7包括联轴器左端71和联轴器右端72；所述联轴器左端71与所述转臂机构输出轴53连接；所述联轴器右端72与所述电机输出轴10连接。
本发明的工作原理为：
根据横向稳定装置的工作特点，当车辆在行驶过程中，左右车轮不同程度的跳动会造成左稳定杆1a与右稳定杆1b产生相对旋转力矩。因为是相对旋转运动，在此假设两种情况：(1)右稳定杆1b不转动，左稳定杆1a转动；(2)右稳定杆1b转动，左稳定杆1a不转动。
情况(1)：右稳定杆1b不转动，电机8主体部分、壳体9以及第二齿轮3也均不转动，左稳定杆1a转动，带动第一齿轮2转动，第一齿轮2带动双联内齿轮4一起转动，双联内齿轮4带动转臂机构输入轴51转动，转臂机构输入轴51的转动通过转动盘52传递给转臂机构输出轴53，进而转臂机构输出轴53转动，进而带动飞轮6以及电机输出轴10转动。
情况(2)：左稳定杆1a不转动，与之第一齿轮2也不转动，右稳定杆1b转动，带动电机8主体部分和壳体9转动，进而带动第二齿轮3转动，第二齿轮3带动双联内齿轮4一起转动，双联内齿轮4带动转臂机构输入轴51转动，转臂机构输入轴51的转动通过转动盘52传递给转臂机构输出轴53，进而转臂机构输出轴53转动，进而带动飞轮6以及电机输出轴10转动。
由此，上述两种情况下，左稳定杆1a与右稳定杆1b产生的相对旋转力矩可以转化为第一齿轮2与第二齿轮3之间的相对旋转力矩；左稳定杆1a与右稳定杆1b之间的相对转动均可以传递到飞轮6和电机输出轴10的转动。飞轮6具有较大的转动惯量，可实现对于扭转惯容器两端点间相对转动惯性的封装，抑制横向稳定装置的扭转振动。由此，电机8可工作在三种工作模式：
(1)馈能模式
电机8可以对外电连接储能装置，例如电池、电容等。当所述电机输出轴10与电机8相对转动时，电机8相当于发电机，其产生的电能可以提供给储能装置，此时横向稳定装置工作在馈能工作模式，对扭转振动***的能量进行回收。
(2)被动控制模式
当电机8附加外接电路时，如图7所示，外接电路与电机电连接，外接电路中包括电感、电阻和电容。此时，横向稳定装置可以等效为隔振机构，具体地，外接电路的电网络阻抗进行模拟机械网络阻抗时，电感对应于机械网络的扭转弹簧、电阻对应于机械网络的扭转阻尼器、电容对应于机械网络的扭转惯容器，能够模拟复杂的机电网络***的阻抗形式。横向稳定装置两端相对扭转振动通过扭转式惯容器形成惯容器输出轴与电机之间的相对转动，电机产生励磁电流，励磁电流由于外接电路的阻抗进而衰减***的扭转振动。被动工作模式不耗能量，作用机理简单，节省安装空间，在汽车横向稳定控制中具有更广阔的应用前景。
(3)主动控制模式
电机8外接电源(图中未示出)和控制器(图中未示出)，控制器用于控制电机8，电源用于给电机8供电，当控制器给予电机8电流输入时，电流驱动电机输出轴10旋转，转矩通过联轴器7、转臂机构5与双联内齿轮4，向左经第一齿轮2传输到左稳定杆1a，向右经第二齿3与壳体9传输到右稳定杆1b，实现电机8对于左右稳定杆的主动控制。此时扭转式机电惯容器作为力发生器，其输入为横向稳定装置左右端相对扭转振动，通过控制器输出控制电流对***进行主动调谐控制，例如控制器可根据安装在左右稳定杆处的位移传感器测得的实时角位移，进而调节电机8的输出扭矩，此时横向稳定装置工作在主动控制工作模式，可在耗能的情况下更好的提升***稳定性。
以上结果表明，本发明方法对悬架性能有着显著的提升作用。悬架动行程和轮胎动载荷减小明显，车辆的乘坐舒适性进一步提高。
所述实施例为本发明的优选实施方式，但本发明并不限于此实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员进行的修改、变形和替换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，其特征在于，包括：左稳定杆(1a)、右稳定杆(1b)、扭转式惯容器、电机(8)、壳体(9)；
其中，壳体(9)被中间隔板(90)分成第一腔体(91)和第二腔体(92)；第一腔体(91)中设置有扭转式惯容器部分结构，第二腔体(92)中设置有飞轮(6)和电机(8)；
电机(8)主体部分与壳体(9)固定连接，电机(8)具有电机输出轴(10)，电机输出轴(10)与转臂机构输出轴(53)连接；
其中，扭转式惯容器包括第一齿轮(2)、第二齿轮(3)、双联内齿轮(4)、转臂机构(5)、飞轮(6)；其中，双联内齿轮(4)包括中间板(40)、第一齿圈(41)、第二齿圈(42)，第一齿圈(41)和第二齿圈(42)被中间板(40)隔开；第一齿圈(41)与第一齿轮(2)啮合，第二齿圈(42)与第二齿轮(3)啮合，所述双联内齿轮(4)的中间板(40)上设有偏心孔，转臂机构(5)通过偏心孔与双联内齿轮(4)连接，转臂机构输出轴(53)上设置有飞轮(6)；
第二齿轮(3)包括齿轮本体(31)、至少一个螺母(32)、 至少一个螺栓(33)和 通孔(34)；至少一个螺栓(33)一端与壳体(9)的中间隔板(90)焊接固定，另一端连接齿轮本体(31)，并分别通过多个螺母(32)进行紧固，第二齿轮(3)与壳体(9)形成固定连接；
所述左稳定杆(1a)左端连接左车轮悬架，右端固定连接第一齿轮(2)，左稳定杆(1a)安装在壳体(9)中；所述右稳定杆(1b)左端与壳体(9)固定连接，右端连接右车轮悬架。
2.根据权利要求1所述的一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，其特征在于，所述转臂机构(5)包括转臂机构输入轴(51)、转动盘(52)、转臂机构输出轴(53)；
其中，转臂机构输入轴(51)与双联内齿轮(4)的中间板(40)上的偏心孔相连；转动盘(52)一端与转臂机构输入轴(51)固定连接，另一端与转臂机构输出轴(53)固定连接；转臂机构输出轴(53)穿过第二齿轮(3)的通孔34，第二齿轮(3)空套在转臂机构输出轴(53)上；所述转臂机构输出轴(53)穿过壳体(9)的中间隔板(90)，转臂机构输出轴(53)与中间隔板(90)之间安装有球轴承，所述转臂机构输出轴(53)与所述飞轮(6)焊接固定。
3.根据权利要求2所述的一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，其特征在于，所述转臂机构（ 5 ） 还包括第一卡环(54)、第二卡环(55)、第三卡环(56)、第四卡环(57)、第五卡环(58)与第六卡环(59)；
其中，转臂机构输入轴(51)与双联内齿轮（ 4 ） 的中间板(40)通过左右安装第一卡环(54)和第二卡环(55)固定；转动盘(52)一端与转臂机构输入轴(51)通过左右两端安装第三卡环(56)、第四卡环(57)固定，另一端与转臂机构输出轴(53)通过左右两端第五卡环(58)、第六卡环(59)固定。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，其特征在于，电机(8)对外电连接储能装置，当所述电机输出轴(10)与电机(8)相对转动时，产生的电能提供给储能装置，此时横向稳定装置工作在馈能工作模式，对能量进行回收。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，其特征在于，电机(8)对外电连接外接电路，外接电路包括电感、电阻和电容，此时，横向稳定装置工作在被动控制模式，两端相对扭转振动通过扭转式惯容器形成惯容器输出轴与电机之间的相对转动，电机产生励磁电流，励磁电流由于外接电路的阻抗进而衰减***的扭转振动。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，其特征在于，电机(8)外接电源和控制器，控制器用于控制电机(8)，电源用于给电机(8)供电，当横向稳定装置处于主动控制模式时，控制器控制电机(8)电流输入，驱动电机输出轴(10)旋转，电机转矩通过转臂机构(5)与双联内齿轮(4)，向左经第一齿轮(2)传输到左稳定杆(1a)，向右经第二齿轮(3)与壳体(9)传输到右稳定杆(1b)，实现电机(8)对于左右稳定杆的主动控制。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于扭转式机电惯容的横向稳定装置，其特征在于，左稳定杆(1a)通过轴承安装在壳体(9)中；转臂机构输出轴(53)与中间隔板(90)之间安装有球轴承。
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