CN112688531A - 一种音圈电机主动悬置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种音圈电机主动悬置，涉及车辆悬置减振技术领域，包括悬置外壳部分、被动减振环路部件和主动减振环路部件；所述被动减振环路部件和所述主动减振环路部件均设置于所述悬置外壳部分内部，且所述被动减振环路部件设置于所述主动减振环路部件与所述悬置外壳部分之间；所述被动减振环路部件的顶部和所述主动减振环路部件的顶部均与所述悬置外壳部分的负载端相连接。能够根据实时工况主动控制音圈电机产生激振力以抵消振动干扰，实现较高的减振效率，适用于对舒适性和平稳性具有较高要求的车辆悬置***的减振。

Description

一种音圈电机主动悬置

技术领域

本发明涉及车辆悬置减振技术领域，特别是涉及一种音圈电机主动悬 置。

背景技术

当前，在车辆制造领域，对提高车辆的舒适性以及稳定性的需求越来越 高，因此对车辆振动的隔离的要求也越来越严格。为了使车架与车身的振动 迅速衰减，改善车辆行驶的平顺性和舒适性，车辆的连接一般都通过悬置系 统，悬置***工作的好坏，将直接影响汽车行驶的舒适性、平稳性和其它机 件的寿命。

目前，车辆的悬置减振装置主要有橡胶悬置、液压悬置和空气弹簧悬置 等，其中橡胶悬置结构简单，成本低廉，但其高频硬化明显，隔振性能有限。 液压悬置能获得高频低刚度，一定程度的减弱高频硬化，但其结构复杂，密 封性要求较高。空气弹簧悬置具有较低的固有频率，对不同路面的适应性和 通用性较好，工作时自身的振动噪音也比较小，但其同样有着密封性，加工 以及安装精度要求高的问题。

主动悬置可以跟随发动机的实时工况，加速度传感器采集的振动信号， 控制器进行分析计算后，通过控制执行器产生激振力和来自动力总成的振动 相互抵消，从而抑制振动传递到车身，影响乘坐的舒适性。

音圈电机属于特种直线电机，音圈电机具有结构简单、体积小、噪声低、 加速度大、响应速度快等优良性能，将电能转化为直线或者旋转运动不需要 中间转换机构，满足主动悬置作动器的需要。

中国专利文献CN107399228A提供了一种动力总成主动悬置，能够在宽 频范围内改善传统内燃机汽车以及混合动力汽车的动力总成振动问题，提高 整车舒适性。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种音圈电机主动悬置，该音圈电机 主动悬置结构紧凑，能够跟随发动机的实时工况，由加速度传感器采集振动 源的信号，传输到主动控制器进行控制计算后，通过音圈电机产生激振力和 来自动力总成的振动相互抵消，从而抑制振动传递到车身，提高乘坐的舒适 性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种音圈电机主动悬置，包括悬置外壳部分、被动减振环路 部件和主动减振环路部件；所述被动减振环路部件和所述主动减振环路部件 均设置于所述悬置外壳部分内部，且所述被动减振环路部件设置于所述主动 减振环路部件与所述悬置外壳部分之间；所述被动减振环路部件的顶部和所 述主动减振环路部件的顶部均与所述悬置外壳部分的负载端相连接。

可选的，所述悬置外壳部分包括法兰盖、法兰外壳和所述负载端，所述 法兰盖设置于所述法兰外壳上部，所述法兰盖与所述法兰外壳与车身机架相 连接，所述负载端设置于所述法兰盖内顶部，且所述负载端的承载梁一端伸 出所述法兰盖。

可选的，所述被动减振环路部件包括连接杆、弹簧端和螺旋弹簧；所述 连接杆一端与所述负载端相连接，所述连接杆另一端与所述弹簧端相连接， 所述螺旋弹簧设置于所述弹簧端下方。

可选的，所述被动减振环路部件包括三个连接杆，所述三个连接杆均匀 设置于所述负载端下方。

可选的，所述悬置外壳部分内底部设置有环槽，所述螺旋弹簧底部设置 于所述环槽内。

可选的，所述弹簧端的底部设置有一限位槽，所述螺旋弹簧的顶部伸入 所述限位槽。

可选的，所述主动减振环路部件包括音圈电机和电机输出轴；所述音圈 电机设置于所述悬置外壳部分内底部，所述电机输出轴设置于所述音圈电机 的顶部，所述电机输出轴与所述负载端的中部相连接。

可选的，所述主动减振环路部件还包括膜片弹簧，所述膜片弹簧的边缘 与所述悬置外壳部分相连接，所述膜片弹簧的中部与所述电机输出轴相连 接。

可选的，所述主动减振环路部件还包括柔性铰链，所述柔性铰链设置于 所述电机输出轴与所述负载端的中部之间。

可选的，所述音圈电机的底部通过螺钉与所述悬置外壳部分相连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中的音圈电机主动悬置，能够根据实时工况主动控制音圈电机产 生激振力以抵消振动干扰，实现较高的减振效率，适用于对舒适性和平稳性 具有较高要求的车辆悬置***的减振。具体而言，本发明具有如下技术特点：

(1)运用螺旋弹簧作为被动减振元件和音圈电机作为主动减振元件并 联形成主、被动复合减振技术，可以实现降低***固有频率及共振峰峰值， 同时保证高频振动的高衰减性，实现较宽频带的隔振减噪；

(2)螺旋弹簧套装在音圈电机外部，保证被动减振环路与主动减振环 路不发生干涉的情况下，极大的节省了安装空间，使得整个悬置***结构简 单紧凑；

(3)采用膜片弹簧与电机输出轴配合，膜片弹簧具有低轴向刚度，高 径向刚度的特性。高径向刚度膜片弹簧可以保证音圈电机的动子对心安装， 也可以预防由于负载偏心后引起的音圈电机动子不对心问题。同时低轴向刚 度，可以有效释放轴向的音圈电机行程，防止由于刚度过大导致音圈电机动 子无法运动，产生运动形变；进而保证音圈电机产生的激振力能够充分的传 递到负载端，同时约束音圈电机的动子线圈的位置在中心轴线，使得音圈电 机主动悬置的安装方式变得更加灵活，可以与垂直方向成一定夹角倾斜安装，进而可以承受水平方向的负载；

(4)采用柔性铰链作为电机输出轴和负载端的连接，柔性铰链采用双 弯曲形式，具有高轴向刚度与径向低弯曲刚度的特性。高轴向刚度可以保证 音圈电机的动子运动后的位移与力不损失传递，低径向弯曲刚度可以补偿由 于负载偏心后引入的偏心量，同时不损失轴向运动的传递。柔性铰链能够保 证音圈电机产生的轴向的激振力充分的传递，同时补偿其它方向上的位移 量，与球形铰链比较，柔性铰链克服了其运动副间具有间隙和摩擦的缺点， 从而克服了间隙带来的相位差和行程不足，以及摩擦带来的额外阻尼，该阻 尼的引入增加了***的等效阻尼，使得***的高频减振性能降低。

(5)双弯曲柔性铰链与膜片弹簧进行相互配合，实现不影响音圈电机 轴向运动出力，同时精巧的补偿负载偏心安装后引入的偏心误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供音圈电机主动悬置支撑安装示意图；

图2为本发明所提供音圈电机主动悬置三维结构图；

图3为本发明所提供音圈电机主动悬置剖视图；

图4为本发明所提供音圈电机主动悬置(移除法兰外壳和法兰盖)的三 维结构图

图5为本发明所提供音圈电机主动悬置膜片弹簧三维结构图；

图6为本发明所提供音圈电机主动悬置柔性铰链三维结构图；

图7为本发明所提供音圈电机主动悬置负载端三维结构图；

图8为本发明所提供音圈电机主动悬置弹簧端三维结构图；

图9为本发明所提供音圈电机主动悬置电机输出轴三维结构图；

图10为本发明所提供音圈电机主动悬置法兰盖三维结构图；

图11为本发明所提供音圈电机主动悬置法兰外壳三维结构图；

图12(a)为传统被动悬置***减振原理示意图；

图12(b)为本发明音圈电机主动悬置减振原理示意图；

图13为传统被动悬置***和本发明在被动和主被动复合情况下的传递 率曲线对比图。

附图标记说明：1、负载端；2、法兰盖；3、柔性铰链；4、连接杆；5、 膜片弹簧；6、电机输出轴；7、弹簧端；8、音圈电机；9、螺旋弹簧；10、 法兰外壳；11、发动机动力总成。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明所提供音圈电机主动悬置在车辆动力总成减振中 倾斜安装支撑的示意图。如图2至11所示，本实施例提供一种音圈电机主 动悬置，包括悬置外壳部分、被动减振环路部件和主动减振环路部件；所述 被动减振环路部件和所述主动减振环路部件均设置于所述悬置外壳部分内 部，且所述被动减振环路部件设置于所述主动减振环路部件与所述悬置外壳 部分之间；所述被动减振环路部件的顶部和所述主动减振环路部件的顶部均 与所述悬置外壳部分的负载端相连接。

于本具体实施例中，悬置外壳部分包括法兰外壳10、法兰盖2和负载端 1，悬置外壳部分用于容纳主动减振环路部件和被动减振环路部件，可实现 悬置结构的简单紧凑，便于装配和拆卸。法兰外壳10和法兰盖2之间通过 三个圆周相隔120°的螺栓与车身机架紧固连接，负载端1的承载梁一端由 法兰盖2内部通过法兰盖上部的矩形孔伸出，负载端凸台以及法兰盖上的矩 形孔设计成矩形且两者之间的配合具有明显的间隙，既保证了负载端具有一 定的径向位移量，也能够防止负载端绕轴向过分转动。

被动减振环路部件包括螺旋弹簧9、弹簧端7和三根连接杆4，用于缓 冲来自动力总成的振动，并且提供合适的静刚度支撑发动机。螺旋弹簧9套 装在音圈电机8外部，这样的并联布置方式可以很好的避免占有较大的空间 位置，实现悬置结构的紧凑，并且螺旋弹簧9定位于法兰外壳10底部的环 槽和弹簧端7的限位槽内，可以防止螺旋弹簧在悬置***中径向窜动，确保 螺旋弹簧9和音圈电机8同轴。三根连接杆沿圆周120°分布，穿过膜片弹簧5对应的三个孔与弹簧端7通过沉头螺钉连接，连接杆的另一端则同样通 过沉头螺钉与负载端1连接。连接杆与穿过的膜片弹簧孔之间具有明显的间 隙，这有助于避免在减振过程中两元件之间发生干涉，产生运动的耦合，影 响减振效率。对于整个被动减振环路部件，螺旋弹簧的弹性力的整个传递路 径依次为螺旋弹簧9、弹簧端7、连接杆4以及负载端1，实现减振过程中的 被动减振。

主动减振环路部件包括音圈电机8、电机输出轴6、膜片弹簧5和柔性 铰链3，用于根据传感器采集振动的信号，控制器实时主动的控制音圈电机 产生相应的激振力抵消车身的振动，实现高效的减振。音圈电机8属于特种 直线电机，具有结构简单、体积小、噪声低、响应速度快等优点。音圈电机 8包括动子部分和定子部分，通过控制器可以控制音圈电机动子在定子内部 作直线运动。音圈电机8定子部分通过螺钉连接在法兰外壳10的底部，而 音圈电机8动子的上端通过螺钉与电机输出轴6连接。电机输出轴6顶部带 有螺纹的轴端穿过膜片弹簧5的中心孔与柔性铰链3带有螺纹孔的一端连 接，柔性铰链3带有螺纹的轴端则与负载端1中心的螺纹孔连接。膜片弹簧 5通过法兰外壳10和法兰盖2的配合得到固定，膜片弹簧是一种特殊结构的 弹性元件，它可以实现轴向的低刚度以及径向的高刚度，本发明中的膜片弹 簧通过圆弧形的狭长通孔实现了轴向的低刚度和径向的高刚度，在与音圈电 机8的电机输出轴6配合的过程中，轴向较低的刚度保证了音圈电机8产生 的激励力能够充分的传递到负载端1，而径向的高刚度则保证了音圈电机动 子与音圈电机定子的同轴，防止动子与定子接触，影响音圈电机8的正常工 作，甚至缩短音圈电机8的使用寿命。电机输出轴6与负载端1通过柔性铰 链3连接，实现激振力的传递。柔性铰链3可以提供较高的轴向刚度和较低 的弯曲刚度，能够保证音圈电机8产生的轴向的激振力充分的传递，同时补 偿其它方向上的位移量。对于整个主动减振环路部件，音圈电机8产生的激 励力的整个传递路径依次为音圈电机8、电机输出轴6、膜片弹簧5、柔性铰 链3以及负载端1，实现减振过程中的主动减振。

如图12(a)所示，传统的被动悬置***通过弹簧-质量-阻尼单元构成，实 现简单的被动隔振，M是动力总成平台的质量，k是动力总成平台与车架平 台间的等效刚度，而c是***的等效阻尼。

如图12(b)所示，与传统的被动悬置***相比，本发明添加了一个完整 的主动反馈控制回路，反馈控制回路中采用传感器反馈、控制器计算、致动 器输出的模式运行，形成主被动复合减振机构。M是动力总成平台的质量， K为本发明悬置***的等效刚度，C为本发明悬置***的等效阻尼。

图13为图12(a)和图12(b)中传统被动悬置***与本发明音圈电机主动悬置 在被动和主被动复合情况下的传递率曲线图。从图中可以看出本发明主被动复 合减振的设计使得***的刚度下降，固有频率前移，同时***的共振峰也被主 动控制的天棚阻尼补偿。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范 性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以 其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作 是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述 说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化 囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利 要求。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以 上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于 本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上 均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种音圈电机主动悬置，其特征在于，包括悬置外壳部分、被动减振环路部件和主动减振环路部件；所述被动减振环路部件和所述主动减振环路部件均设置于所述悬置外壳部分内部，且所述被动减振环路部件设置于所述主动减振环路部件与所述悬置外壳部分之间；所述被动减振环路部件的顶部和所述主动减振环路部件的顶部均与所述悬置外壳部分的负载端相连接。

2.根据权利要求1所述的音圈电机主动悬置，其特征在于，所述悬置外壳部分包括法兰盖、法兰外壳和所述负载端，所述法兰盖设置于所述法兰外壳上部，所述法兰盖与所述法兰外壳与车身机架相连接，所述负载端设置于所述法兰盖内顶部，且所述负载端的承载梁一端伸出所述法兰盖。

3.根据权利要求1所述的音圈电机主动悬置，其特征在于，所述被动减振环路部件包括连接杆、弹簧端和螺旋弹簧；所述连接杆一端与所述负载端相连接，所述连接杆另一端与所述弹簧端相连接，所述螺旋弹簧设置于所述弹簧端下方。

4.根据权利要求3所述的音圈电机主动悬置，其特征在于，所述被动减振环路部件包括三个连接杆，所述三个连接杆均匀设置于所述负载端下方。

5.根据权利要求3所述的音圈电机主动悬置，其特征在于，所述悬置外壳部分内底部设置有环槽，所述螺旋弹簧底部设置于所述环槽内。

6.根据权利要求3所述的音圈电机主动悬置，其特征在于，所述弹簧端的底部设置有一限位槽，所述螺旋弹簧的顶部伸入所述限位槽。

7.根据权利要求1所述的音圈电机主动悬置，其特征在于，所述主动减振环路部件包括音圈电机和电机输出轴；所述音圈电机设置于所述悬置外壳部分内底部，所述电机输出轴设置于所述音圈电机的顶部，所述电机输出轴与所述负载端的中部相连接。

8.根据权利要求7所述的音圈电机主动悬置，其特征在于，所述主动减振环路部件还包括膜片弹簧，所述膜片弹簧的边缘与所述悬置外壳部分相连接，所述膜片弹簧的中部与所述电机输出轴相连接。

9.根据权利要求7所述的音圈电机主动悬置，其特征在于，所述主动减振环路部件还包括柔性铰链，所述柔性铰链设置于所述电机输出轴与所述负载端的中部之间。

10.根据权利要求7所述的音圈电机主动悬置，其特征在于，所述音圈电机的底部通过螺钉与所述悬置外壳部分相连接。

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