CN114312280B - 一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置及其控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了发动机振动控制技术领域的一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置及其控制***。半主动悬置包括：芯轴，所述芯轴与发动机连接；外骨架，所述外骨架的一端通过橡胶主簧与芯轴连接；底座，所述底座安装在车架上，并与所述外骨架的另一端连接；在芯轴、外骨架、橡胶主簧和底座围成的内部空间安装有可调阻尼单元。本发明通过设置在芯轴、外骨架、橡胶主簧和底座围成的内部空间安装可调阻尼单元，能根据发动机的实际工况对悬置的动刚度与阻尼进行自动无极调节，有效提高了悬置***的总隔振率，有利于工程机械隔振噪声性能的提升。

Description

一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置及其控制***

技术领域

本发明属于发动机振动控制技术领域，具体涉及一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置及其控制***。

背景技术

随着工程机械产品技术的发展，产品的隔振性与乘坐舒适性已经成为产品竞争力和品牌影响力的重要指标。发动机作为工程机械的主要振源，在为工程机械提供动力时，会因燃料燃烧带来的冲击和往复运动而产生不同振源和振型的复杂振动。这些振动耦合后会导致发动机的振动具有宽频、多主频和多振源的特征，这就要求发动机悬置***能依据振动源特征实时调整动刚度值与阻尼值以达到最佳隔振率。

现有的发动机悬置分为橡胶悬置、液压悬置、半主动悬置和主动悬置。橡胶悬置易出现高频动态硬化的现象，且易被腐蚀、老化，隔振性能较差；被动式液压悬置较橡胶悬置在隔振性能方面有了较大的改善，但其动刚度、阻尼无法调节，只能在特定频率范围内表现出良好的隔振性能，无法满足工程机械多工况的隔振需求；主动悬置具有良好的隔振性能，但因其结构复杂，造价高，主动控制***耗能较大等缺点无法在工程机械中广泛使用；电流变和电磁变半主动液压悬置存在结构复杂、生产成本高的缺点，且悬浊液易出现沉淀，降低隔振性能；目前，结构参数控制式半主动悬置存在工作模式少，性能变化范围小的缺点，无法实现悬置动刚度、阻尼的无极调节。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置及其控制***，能够根据发动机的实际工况对悬置的动刚度与阻尼实现自动无极调节，从而有效提高悬置***的总隔振率，有利于工程机械隔振噪声性能的提升。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种半主动悬置，包括：芯轴，所述芯轴与发动机连接；外骨架，所述外骨架的一端通过橡胶主簧与芯轴连接；底座，所述底座安装在车架上，并与所述外骨架的另一端连接；在芯轴、外骨架、橡胶主簧和底座围成的内部空间安装有可调阻尼单元。

进一步地，所述可调阻尼单元包括上隔板、移动架、皮碗和驱动机构；橡胶主簧、外骨架、上隔板、移动架、皮碗和底座围成腔体；所述上隔板、移动架将所述腔体分为上液室和下液室；所述上隔板与所述移动架滑动连接，所述移动架的上液室侧与所述上隔板之间安装有弹簧；所述皮碗的一端与移动架的下液室侧连接，另一端与所述底座连接；所述移动架上设有若干个收容空间，每个所述收容空间被一个解耦膜一分为二，位于所述解耦膜两侧的所述收容空间分别通过若干通液孔与上液室和下液室连通；所述移动架与所述上隔板之间设有若干惯性通道，每个所述惯性通道分别通过连通管道与上液室连通，通过出油孔与下液室连通；所述移动架上设有连通上液室和下液室的节流孔；安装在所述底座上的驱动机构与所述弹簧配合，用于驱动所述移动架朝向上液室侧或下液室侧移动，所述驱动机构的输出端设有推板，所述推板抵接在所述节流孔朝向下液室的一端。

进一步地，所述驱动机构为步进电机。

进一步地，所述推板与所述节流孔朝向下液室的一端之间安装有第二密封圈。

进一步地，在所述底座上设有通气孔。

进一步地，所述底座与所述外骨架之间安装有第一密封圈。

第二方面，提供一种半主动悬置的控制***，基于第一方面所述的一种半主动悬置，包括：车辆ECU、控制器、安装在所述半主动悬置的芯轴侧的加速度传感器，所述控制器分别与加速度传感器、车辆ECU、可调阻尼单元中的驱动机构电连接；所述控制器根据加速度传感器采集的数据以及从车辆ECU获取的车辆运行数据，计算下一时刻可调阻尼单元的动刚度计算值和阻尼计算值。

进一步地，若所述半主动悬置在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率均大于等于85%，则下一时刻该半主动悬置的动刚度的目标值为动刚度计算值；若所述半主动悬置在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率小于85%，在动刚度计算值的基础上以±10%为优化范围、以垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率为优化目标进行优化，使所述半主动悬置在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率达到最优解，从而使所述半主动悬置的总隔振率达到最优。

进一步地，当下一时刻所述半主动悬置的目标动刚度值与阻尼值较上一时刻大时，可调阻尼单元中的驱动机构推动移动架向上液室方向移动，以增大阻尼值和动刚度值至目标值；当下一时刻所述半主动悬置的目标动刚度值与阻尼值较上一时刻小时，可调阻尼单元中的驱动机构与弹簧相配合推动移动架向下液室方向移动，以减小阻尼值和动刚度值至目标值。

进一步地，当所述半主动悬置的目标动刚度值与阻尼值无法同时达到目标值时，以所述半主动悬置的动刚度目标值为控制目标；当动刚度值与阻尼值小于控制范围时，可调阻尼单元中的驱动机构打开节流孔，并与移动架间隔一定的距离，用于发动机高频小振幅振动工况。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

（1）本发明通过设置在芯轴、外骨架、橡胶主簧和底座围成的内部空间安装可调阻尼单元，能根据发动机的实际工况对悬置的动刚度与阻尼进行自动无极调节，有效提高了悬置***的总隔振率，有利于工程机械隔振噪声性能的提升；

（2）本发明实现了对发动机悬置***动刚度与阻尼值的优化控制，使本发明发动机悬置的总隔振率达到最优解，并根据车辆运行工况实时调节。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置的纵向剖面示意图；

图2是本发明实施例提供的一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置的横向剖面示意图；

图3是本发明实施例提供的一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置的轴测图；

图4是本发明实施例提供的一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置的控制***的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置的控制***的控制逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1~图3所示，一种动刚度与阻尼值可调的半主动悬置，包括与发动机连接的芯轴1；外骨架3的一端通过橡胶主簧2与芯轴1连接；底座5安装在车架上，并与外骨架3的另一端连接；在芯轴1、外骨架3、橡胶主簧2和底座5围成的内部空间安装有可调阻尼单元。

本实施例中，橡胶主簧2上端与发动机侧连接芯轴1硫化连接；橡胶主簧2下端与外骨架3硫化连接；外骨架3与底座5通过螺栓6连接，并设置第一密封圈7防止液体（本实施例中为液压油）溢出。可调阻尼单元包括上隔板4、移动架10、皮碗8和驱动机构；橡胶主簧2、外骨架3、上隔板4、移动架10、皮碗8和底座5围成腔体9；移动架10与上隔板4将腔体9分为上液室12与下液室11；移动架10的上液室侧与上隔板4通过弹簧13连接；收容空间14内固定一个解耦膜15，解耦膜15隔断上液室12和下液室11的连接，将收容空间14一分为二（本实施例中，解耦膜为一个环状的收容空间，该收容空间被一个环状的解耦膜一分为二）；收容空间14上下平行设置通液孔，上收容空间通过上通液孔16与上液室12相连，下收容空间通过下通液孔17与下液室11相连；上隔板4与移动架10之间形成第一惯性通道18与第二惯性通道19；上隔板4设置两个管道，第一连通管道20连接上液室12与第一惯性通道18，第二连通管道21连接上液室12与第二惯性通道19；相对应地，在移动架10下液室侧设有两个出油孔，第一出油孔22连接下液室11与第一惯性通道18，第二出油孔23连接下液室11与第二惯性通道19；移动架10中间位置设有节流孔24，在节流孔24开启状态下，上液室12与下液室11的液体通过节流孔24上下流动；步进电机25与移动架10下液室侧接触面设置第二密封圈26，防止节流孔24在关闭状态时溢出液体；皮碗8位于移动架10下方，皮碗8一侧硫化连接在底座5上，另一侧硫化连接在移动架10上；底座5设有通气孔27，用来平衡皮碗8与底座5围成的空间与外界的气压，使皮碗8可自由变形。安装在底座5上的步进电机25与弹簧13配合，用于驱动移动架10朝向上液室侧或下液室侧移动，步进电机25的输出端设有推板251，推板251抵接在节流孔24朝向下液室的一端。

如图4、图5所示，动刚度与阻尼值可调的半主动悬置的控制***，包括车辆ECU、控制器、安装在半主动悬置的芯轴侧的加速度传感器，控制器分别与加速度传感器、车辆ECU电连接；控制器根据加速度传感器采集的数据以及从车辆ECU获取的车辆运行数据，调节可调阻尼单元的动刚度值和阻尼值。

本实施例中，控制部分由控制器和步进电机组成，控制器内含有悬置动刚度、阻尼预测与控制程序。控制器通过控制线与步进电机相连，通过信号线与车辆ECU相连，从车辆ECU中获取发动机转速、离合器踏板信号，油门踏板信号和制动踏板信号。同时，安装在悬置主动端的加速度传感器通过串口将数据传入控制器。控制器根据上述数据（加速度传感器采集的数据以及从车辆ECU获取的车辆运行数据）计算下一时刻悬置***最佳动刚度值与阻尼值，以实现良好的垂向隔振率。但由于上述半主动悬置动刚度值的改变，含有该半主动悬置的发动机悬置***解耦率也会随之改变，当悬置***在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率较低时，悬置垂直方向上的振动将由于耦合作用向水平方向传递，这将导致发动机悬置***总隔振率降低。因此，在以上述悬置***最佳动刚度值的基础上计算发动机悬置的解耦率。若悬置***在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率均大于等于85%，则下一时刻该半主动悬置动刚度的目标值即为上述最佳动刚度值（控制器根据加速度传感器采集的数据以及从车辆ECU获取的车辆运行数据，计算出的动刚度值）；若悬置***在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率小于85%，在上述最佳动刚度值的基础上以±10%为优化范围、以垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率为优化目标进行优化，使悬置***在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率达到最优解，从而使发动机悬置***的总隔振率达到最优。

控制器完成计算后向上述发动机悬置***的各半主动悬置中的步进电机发送控制信号。当下一时刻目标悬置动刚度值与阻尼值较上一时刻大时，步进电机推动移动架向上运动，惯性通道横截面积缩小，阻尼值增大至目标值；同时，解耦膜随着移动架向上运动，上液室的体积减小，增大上液室刚度，从而使上述半主动悬置动刚度值达到目标值。当下一时刻目标悬置动刚度值与阻尼值较上一时刻小时，步进电机驱动推板向下移动，移动架在伸缩机构（弹簧）的作用力下向下移动，惯性通道横截面积增大，阻尼值减小至目标值；同时，解耦膜随着移动架向下运动，上液室的体积增大，从而降低上述半主动悬置动刚度值达到目标值。特别地，当上述半主动悬置的动刚度值与阻尼值无法同时达到目标值时，以悬置的动刚度目标值为优先控制目标。当动刚度值与阻尼值小于控制范围时，步进电机向下移动打开节流孔，并与移动架间隔一定的距离，防止移动架在小幅度振动过程中引起干涉。此时，上液室与下液室的液体直接通过节流孔上下流动而不再经过惯性通道，该工作状态适用于发动机高频小振幅振动工况。移动架仅通过弹簧与上隔板相连，由于此时弹簧的工作位置接近原点位置，刚度值较小，移动架可小幅度上下振动起到扰流作用，从而减小液压悬置高频动态硬化。

本发明可通过控制移动架的上下移动同时改变惯性通道的横截面积与解耦膜位置，实现悬置动刚度值与阻尼值的无极调节；本发明提出了一种含有上述半主动悬置的发动机悬置***刚度、阻尼优化控制***。通过从车辆ECU中获取发动机转速、离合器踏板信号，油门踏板信号和制动踏板信号与悬置主动侧加速度信号预测下一时刻上述发动机悬置***各悬置的最佳刚度值与阻尼值；依据上述发动机悬置***解耦率分析结果进一步优化各悬置动刚度值，使发动机悬置***的总隔振率最优。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种半主动悬置，其特征是，包括：

芯轴，所述芯轴与发动机连接；

外骨架，所述外骨架的一端通过橡胶主簧与芯轴连接；

底座，所述底座安装在车架上，并与所述外骨架的另一端连接；

在芯轴、外骨架、橡胶主簧和底座围成的内部空间安装有可调阻尼单元；

所述可调阻尼单元包括上隔板、移动架、皮碗和驱动机构；橡胶主簧、外骨架、上隔板、移动架、皮碗和底座围成腔体；

所述上隔板、移动架将所述腔体分为上液室和下液室；所述上隔板与所述移动架滑动连接，所述移动架的上液室侧与所述上隔板之间安装有弹簧；所述皮碗的一端与移动架的下液室侧连接，另一端与所述底座连接；

所述移动架上设有若干个收容空间，每个所述收容空间被一个解耦膜一分为二，位于所述解耦膜两侧的所述收容空间分别通过若干通液孔与上液室和下液室连通；

所述移动架与所述上隔板之间设有若干惯性通道，每个所述惯性通道分别通过连通管道与上液室连通，通过出油孔与下液室连通；

所述移动架上设有连通上液室和下液室的节流孔；

安装在所述底座上的驱动机构与所述弹簧配合，用于驱动所述移动架朝向上液室侧或下液室侧移动，所述驱动机构的输出端设有推板，所述推板抵接在所述节流孔朝向下液室的一端；

所述驱动机构为步进电机。

2.根据权利要求1所述的一种半主动悬置，其特征是，所述推板与所述节流孔朝向下液室的一端之间安装有第二密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种半主动悬置，其特征是，在所述底座上设有通气孔。

4.根据权利要求1所述的一种半主动悬置，其特征是，所述底座与所述外骨架之间安装有第一密封圈。

5.一种半主动悬置的控制***，其特征是，基于权利要求1~4任一项所述的一种半主动悬置，包括：车辆ECU、控制器、安装在所述半主动悬置的芯轴侧的加速度传感器，所述控制器分别与加速度传感器、车辆ECU、可调阻尼单元中的驱动机构电连接；所述控制器根据加速度传感器采集的数据以及从车辆ECU获取的车辆运行数据，计算下一时刻可调阻尼单元的动刚度计算值和阻尼计算值。

6.根据权利要求5所述的一种半主动悬置的控制***，其特征是，若所述半主动悬置在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率均大于等于85%，则下一时刻该半主动悬置的动刚度的目标值为动刚度计算值；若所述半主动悬置在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率小于85%，在动刚度计算值的基础上以±10%为优化范围、以垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率为优化目标进行优化，使所述半主动悬置在垂直方向与绕发动机曲轴扭转方向的解耦率达到最优解，从而使所述半主动悬置的总隔振率达到最优。

7.根据权利要求5所述的一种半主动悬置的控制***，其特征是，

当下一时刻所述半主动悬置的目标动刚度值与阻尼值较上一时刻大时，可调阻尼单元中的驱动机构推动移动架向上液室方向移动，以增大阻尼值和动刚度值至目标值；

当下一时刻所述半主动悬置的目标动刚度值与阻尼值较上一时刻小时，可调阻尼单元中的驱动机构与弹簧相配合推动移动架向下液室方向移动，以减小阻尼值和动刚度值至目标值。

8.根据权利要求5所述的一种半主动悬置的控制***，其特征是，当所述半主动悬置的目标动刚度值与阻尼值无法同时达到目标值时，以所述半主动悬置的动刚度目标值为控制目标；当动刚度值与阻尼值小于控制范围时，可调阻尼单元中的驱动机构打开节流孔，并与移动架间隔一定的距离，用于发动机高频小振幅振动工况。

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