專(zhuān)利名稱(chēng)：用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器。
背景技術(shù)：
當(dāng)汽車(chē)行駛在路面上時(shí)，會(huì)有一些讓人覺(jué)得不舒服而且有害健康的垂直方向的振動(dòng)加在車(chē)身和乘客的身體上。這種振動(dòng)的本質(zhì)就是簧載質(zhì)量的加速度，傳統(tǒng)懸架主要是通過(guò)液壓形式的減振器來(lái)吸收這部分能量的，但是這部分能量通常是作為熱量散失掉了，于是有人開(kāi)始考慮用電磁的方式來(lái)取代液壓減振器。
例如，葡萄牙的Ismenio Martins、Jorge Esteves和Fernando Pina da Silva等人所發(fā)表的文章《Energy Recovery from an Electrical Suspension for EV》中就提出了這樣一種電磁懸架(該項(xiàng)目受JNICT項(xiàng)目n.PBIC/C/CEG/2363/95支持)，如圖1所示，該懸架包括一個(gè)電磁減振器和一套能量回收系統(tǒng)。
但是由于技術(shù)還不夠成熟，現(xiàn)階段電磁懸架的工作穩(wěn)定性還遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)懸架，限制了它的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的系統(tǒng)穩(wěn)定性不夠的問(wèn)題，提供一種新的用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器，更好的抑制簧載質(zhì)量的振動(dòng)，并在電磁失效的時(shí)候保證減振器不失效。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器包括電磁減振器，用于根據(jù)簧載質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生一個(gè)振動(dòng)阻尼，其特征是所述電磁減振器為雙套筒結(jié)構(gòu)，在內(nèi)筒和外筒的間隙中繞有若干勵(lì)磁線(xiàn)圈，在內(nèi)筒內(nèi)有活塞桿、活塞和液壓油儲(chǔ)存腔，所述活塞桿和活塞至少其中之一是條形磁鐵；活塞上還開(kāi)有若干用于讓液壓油從中流過(guò)的阻尼孔。
按照本發(fā)明的優(yōu)選方案，本懸架還包括進(jìn)油口、出油口和儲(chǔ)油罐，所述進(jìn)油口和出油口分別通過(guò)加油閥與卸油閥與儲(chǔ)油罐相連。
還包括電控活塞，位于儲(chǔ)油罐上方，其控制端與控制單元ECU相連還包括浮動(dòng)活塞，位于儲(chǔ)油罐下方。
所述浮動(dòng)活塞下方有密封氮?dú)狻?br> 由于本發(fā)明采用了上述方案，將新興的電磁懸架與傳統(tǒng)的液壓懸架有機(jī)地結(jié)合在一起，二者同時(shí)起作用，既具有電磁懸架可回收能量的優(yōu)點(diǎn)，又具有傳統(tǒng)懸架性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，可以更好的抑制簧載質(zhì)量的振動(dòng)，并在電磁失效的時(shí)候保證減振器不失效。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)可回收能量的電磁減振器示意圖。
圖2a是本發(fā)明永磁線(xiàn)性激勵(lì)減振發(fā)生器的內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)化示意圖。
圖2b是本發(fā)明減振器活塞橫截面示意圖。
圖3是本發(fā)明減振器與控制單元以及電子斷路器、蓄電池、外油路的連接情況示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖2a所示，本懸架中的減振器采用的是雙套筒結(jié)構(gòu)，在內(nèi)筒和外筒的間隙中繞有若干勵(lì)磁線(xiàn)圈1示?；钊麠U2是一塊條形永磁鐵，它被固定連接在活塞3的中心孔內(nèi)。活塞3采用的是鐵材料，這樣有助于增加線(xiàn)圈與永磁鐵之間的磁導(dǎo)率。
4和5分別為進(jìn)油口和出油口，分別通過(guò)一個(gè)加油閥6和卸油閥7與儲(chǔ)油罐9相連，活塞上還開(kāi)有若干阻尼孔31，如圖2b所示。它們的采用是為了使本懸架成為結(jié)合電磁減振和傳統(tǒng)液壓減振的混合懸架系統(tǒng)。其中阻尼孔31采用的是直徑很小的阻尼孔，事實(shí)上由于這套補(bǔ)充的常規(guī)懸架只有在電磁懸架失效的時(shí)候才采用，因此采用最簡(jiǎn)單的阻尼孔即可，當(dāng)然如果改用傳統(tǒng)懸架上的流通閥，效果會(huì)更好，但成本會(huì)上升。圖中32為中心孔，用于連接條形永磁鐵。
圖3表示的是減振器與控制單元以及電子斷路器、蓄電池、外油路的連接情況。由圖可見(jiàn)，進(jìn)油口4和出油口5分別通過(guò)加油閥6與卸油閥7與儲(chǔ)油罐9相連。還包括電控活塞8，位于儲(chǔ)油罐上方，其控制端與控制單元ECU相連；浮動(dòng)活塞10，位于儲(chǔ)油罐下方，所述浮動(dòng)活塞10下方有密封氮?dú)狻?br> 工作情況如下永磁線(xiàn)性激勵(lì)減振發(fā)生器工作在交流發(fā)電機(jī)模式。當(dāng)活塞桿2、活塞3與雙筒缸體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)勵(lì)磁線(xiàn)圈1的磁通量將會(huì)發(fā)生變化，也就是說(shuō)勵(lì)磁線(xiàn)圈勢(shì)必會(huì)切割永磁鐵產(chǎn)生的磁力線(xiàn)，產(chǎn)生電磁力。由于線(xiàn)圈在切割磁力線(xiàn)時(shí)，在徑向是對(duì)稱(chēng)的，所以電磁力在徑向上的分力是大小相等，方向相反的，從而我們可以得出結(jié)論，電磁力的合力是軸向力。根據(jù)楞次定律，當(dāng)線(xiàn)圈與永磁體之間產(chǎn)生磁通變化時(shí)，線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是要能抑制這種變化，即產(chǎn)生反向磁通，這就意味著產(chǎn)生的電磁力是抑制這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生的，于是可以作為本套減振裝置的減振力。
在線(xiàn)圈與永磁鐵之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于線(xiàn)圈切割磁力線(xiàn)，必然產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，與外電路相連，就產(chǎn)生了感應(yīng)電流，事實(shí)上，本裝置就是通過(guò)調(diào)整感應(yīng)電流來(lái)調(diào)節(jié)減振力的。在圖3中，由二極管組成的電橋用來(lái)調(diào)整輸出的感應(yīng)電流的相位，電感作為能量緩存器，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)儲(chǔ)存能量，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)再將能量轉(zhuǎn)移到電池里，從而完成對(duì)電池的充電過(guò)程。圖3中上面與電池直接相連的單獨(dú)的二極管事實(shí)上是對(duì)電流的一個(gè)單通閥，它通過(guò)對(duì)電流方向的控制，保證懸架只能對(duì)電池充電，而不能導(dǎo)致電池放電，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。
根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，可得減振力的計(jì)算公式FA=-i·KΦ·sign(z·s-z·u)=-(KΦ)2(z·s-z·u)RΣ]]>其中，Φ表示通過(guò)線(xiàn)圈繞組的磁通量，K是一結(jié)構(gòu)系數(shù)，它們共同決定了永磁線(xiàn)性激勵(lì)減振發(fā)生器的輸出電壓u， 表示簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量之間的相對(duì)速度，事實(shí)上也就是線(xiàn)圈和永磁鐵之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。R∑表示的是整個(gè)電路的總電阻，如果減振器工作在純電阻模式，這是一個(gè)定值。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=|KΦ(z·s-z·u)|,]]>而感應(yīng)電流i＝e/R∑如果把上式寫(xiě)成傳統(tǒng)減振力的形式，我們可以得出阻尼的計(jì)算公式bs＝(KΦ)2/R∑如果激勵(lì)工作在純電阻模式，減振器將會(huì)具有一個(gè)固定的阻尼，懸架也就是被動(dòng)式懸架了，然而，激勵(lì)并非工作在純電阻模式，系統(tǒng)產(chǎn)生的減振力是通過(guò)電流來(lái)調(diào)節(jié)的，電流可以通過(guò)控制單元對(duì)開(kāi)關(guān)檔位進(jìn)行轉(zhuǎn)換來(lái)加以調(diào)節(jié)，事實(shí)上，對(duì)電池的充電也是通過(guò)開(kāi)關(guān)檔位的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的，因此可以實(shí)現(xiàn)變阻尼。
以下是我們預(yù)備實(shí)現(xiàn)的變阻尼
bs=-(z··s)2·B1+C1⇐bs>0]]>bs=B⇐bs≤0]]>我們可以將Fref=|bs(z·s-z·u)|]]>預(yù)先設(shè)定好，存儲(chǔ)在控制單元中，作為減振力的檢驗(yàn)值，當(dāng)|FA|＜Fref時(shí)，控制單元讓開(kāi)關(guān)閉合，感應(yīng)電流增大，減振力增大；當(dāng)|FA|＞Fref時(shí)，控制單元讓開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，感應(yīng)電流減小，減振力減小。這種控制方法不是本裝置采用的，但本裝置采用的控制是建立在這種方法的基礎(chǔ)上的，因此有必要交代一下。
我們是直接通過(guò)電流的檢驗(yàn)值來(lái)控制減振力的。通常，汽車(chē)上的懸架系統(tǒng)不能對(duì)周?chē)淖兓磻?yīng)太敏感。為了避免一些過(guò)于靈敏的感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生，有必要對(duì)一些參數(shù)值進(jìn)行估算。由于(z·s-z·u)=eKΦ=u+i·RAKΦ,]]>其中e表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而RA表示的永磁線(xiàn)性激勵(lì)減振發(fā)生器的電阻值。有了這個(gè)式子以及減振力的檢驗(yàn)值，我們可以估算一個(gè)值，作為電流的檢驗(yàn)值，從而直接對(duì)電流進(jìn)行控制，而不需要再與減振力進(jìn)行比較，這使得控制變得更加容易。以下是電流檢驗(yàn)值的估算結(jié)果iref=ubs(KΦ)2-bsRa]]>本裝置的控制過(guò)程可以這樣描述當(dāng)i＜iref時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，電流增大，減振力增大；當(dāng)i＞iref時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電流減小，減振力減小。
懸架回收能量的過(guò)程可以這樣描述系統(tǒng)采用了一套電子斷路器與電橋相連，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的躍變。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合(S＝1)時(shí)，能量被存入電感；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(S＝0)時(shí)，電感內(nèi)的能量被轉(zhuǎn)移到蓄電池，即給電池充電。
結(jié)合圖2，從下面的式子可以看出電動(dòng)阻尼器是如何回收能量的e-i·(RA+RL)-Ldidt=0,]]>(S＝1)當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，能量被存入電感e-i·(RA+RL+Rbat)-Ldidt-Ebat=0,]]>(S＝0，i＞0)，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電感內(nèi)的能量被轉(zhuǎn)移到蓄電池，即給電池充電其中，下標(biāo)A表示勵(lì)磁線(xiàn)圈上的物理量，下標(biāo)L表示電感L上的物理量，下標(biāo)bat表示電池上的物理量，e和E表示電動(dòng)勢(shì)。
由于激勵(lì)沒(méi)辦法做到一直工作在發(fā)電機(jī)模式，在某些特定的瞬間，它也會(huì)以電動(dòng)機(jī)模式來(lái)工作，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)電信號(hào)中斷而導(dǎo)致此時(shí)系統(tǒng)工作的不可靠。另外，由于目前電磁懸架目前的技術(shù)還很不成熟，在惡劣的工作條件下有失效的可能，但如果汽車(chē)在行駛的過(guò)程中，懸架必須要保證具有減振的功能，于是我們?cè)陔姶艖壹艿幕A(chǔ)上增加了一套設(shè)備，使得電磁懸架失效時(shí)，懸架依然能實(shí)現(xiàn)減振的功能。
如圖2a所示，進(jìn)油口4通過(guò)加油閥6、出油口5通過(guò)卸油閥7與儲(chǔ)油罐9相連，加油閥和卸油閥都受控制單元ECU通過(guò)儲(chǔ)油罐中的電控活塞8控制；活塞3外圓面還開(kāi)有若干阻尼孔，如圖2b所示；ECU與各元件的連接關(guān)系如圖3所示。當(dāng)控制單元接收到加速度傳感器傳來(lái)的信號(hào)大于預(yù)先存儲(chǔ)在控制單元中的簧載質(zhì)量加速度的最大值，控制單元?jiǎng)t輸出信號(hào)從而使電控活塞向靠近工作缸一側(cè)運(yùn)動(dòng)，從而頂開(kāi)加油閥將油液壓入減振器的工作缸，當(dāng)缸內(nèi)油壓達(dá)到門(mén)限值時(shí)，有壓力傳感器將信號(hào)傳輸給ECU，ECU輸出指令給電控活塞，強(qiáng)行將電控活塞鎖死，此時(shí)儲(chǔ)油罐中電控活塞上下仍存在的油壓差通過(guò)浮動(dòng)活塞來(lái)加以調(diào)整。同樣，當(dāng)簧載質(zhì)量的加速度如果小于預(yù)先存儲(chǔ)在控制單元中的簧載質(zhì)量加速度的最小值，事實(shí)上此時(shí)啟動(dòng)輔助傳統(tǒng)懸架抑制簧載質(zhì)量加速度對(duì)于改善行駛平順性沒(méi)有太大的實(shí)際意義，而且由于摩擦等原因損失了大量的熱能，本著節(jié)能的目的，這時(shí)控制單元將會(huì)給電控活塞一信號(hào)，使它向遠(yuǎn)離工作缸一側(cè)運(yùn)動(dòng)，造成真空度從而頂開(kāi)卸油閥將油液吸出工作缸。當(dāng)缸內(nèi)油壓低于門(mén)限值時(shí)，有壓力傳感器將信號(hào)傳遞給ECU，ECU輸出控制指令鎖止電控活塞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)浮動(dòng)活塞調(diào)整使壓力平衡，電控活塞應(yīng)采用耐磨材料。
上述實(shí)施例只是用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，除此之外，本發(fā)明還可以有一些變型比如，如果不考慮節(jié)能目的，可以把雙套筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒做成封閉形式，在其中充上液壓油。這樣，不論簧載質(zhì)量的加速度有多大，液壓減振都起作用。即主輔減振都同時(shí)起作用。再如，加油閥和卸油閥可以用其他方式控制，比如，可以分別用一個(gè)電控活塞控制，或用油泵來(lái)控制。再如，永磁體也可以考慮采用電磁體。
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器，包括電磁減振器，用于根據(jù)簧載質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生一個(gè)振動(dòng)阻尼，其特征是所述電磁減振器為雙套筒結(jié)構(gòu)，在內(nèi)筒和外筒的間隙中繞有勵(lì)磁線(xiàn)圈，在內(nèi)筒內(nèi)有活塞桿(2)、活塞(3)和液壓油儲(chǔ)存腔，所述活塞桿(2)和活塞(3)至少其中之一是條形磁鐵；活塞上還開(kāi)有若干用于讓液壓油從中流過(guò)的阻尼孔(31)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器，其特征是還包括進(jìn)油口(4)、出油口(5)和儲(chǔ)油罐(9)，所述分別通過(guò)加油閥(6)與卸油閥(7)與儲(chǔ)油罐(9)相連。
3.如權(quán)利要求2所述的用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器，其特征是還包括電控活塞(8)，位于儲(chǔ)油罐上方，其控制端與控制單元(ECU)相連
4.如權(quán)利要求2或3所述的用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器，其特征是還包括浮動(dòng)活塞(10)，位于儲(chǔ)油罐下方。
5.如權(quán)利要求4所述的用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器，其特征是所述浮動(dòng)活塞(10)下方有密封氮?dú)狻?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于電動(dòng)汽車(chē)半主動(dòng)電磁懸架的減振器，包括電磁減振器，用于根據(jù)簧載質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生一個(gè)振動(dòng)阻尼，所述電磁減振器為雙套筒結(jié)構(gòu)，在內(nèi)筒和外筒的間隙中繞有若干勵(lì)磁線(xiàn)圈，在內(nèi)筒內(nèi)有活塞桿、活塞和液壓油儲(chǔ)存腔，所述活塞桿和活塞至少其中之一是條形磁鐵；活塞上還開(kāi)有若干用于讓液壓油從中流過(guò)的阻尼孔。由于將新興的電磁懸架與傳統(tǒng)的液壓懸架有機(jī)地結(jié)合在一起，二者同時(shí)起作用，既具有電磁懸架可回收能量的優(yōu)點(diǎn)，又具有傳統(tǒng)懸架性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，可以更好地抑制簧載質(zhì)量的振動(dòng)，并在電磁失效的時(shí)候保證減振器不失效。
文檔編號(hào)B60G17/00GK1912420SQ20051002148
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者邵睛 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司