液电馈能式减振器.pdf

本发明是一种液电馈能式减振器，其包括液压回路、工作室和活塞，该工作室由隔板(13)分隔为活塞工作腔与蓄能发电腔两部分，其中：活塞位于活塞工作腔中，其通过活塞推杆(8)与外部的上安装基座(7)相连；液压马达(4)位于蓄能发电腔中，其通过传动轴与外部的旋转发电机(5)相连；蓄能器(3)位于蓄能发电腔中，其位于隔板(13)下方；液压回路与多个单向阀(6)构成液压整流桥，液压回路采用在活塞外布置外接管路或将活塞设计成内外腔的形式。本发明结构简单，零部件较少，体积小，可以将汽车振动产生的能量完全用于做功，能有效地回收振动能量，并且具有优于现有减振器的减振效果，还能延长发电机使用寿命。

1.  一种液电馈能式减振器，包括液压回路、工作室和活塞，其特征在于该工作室由隔板(13)分隔为活塞工作腔与蓄能发电腔两部分，其中：活塞位于活塞工作腔中，其通过活塞推杆(8)与外部的上安装基座(7)相连；液压马达(4)位于蓄能发电腔中，其通过传动轴与外部的旋转发电机(5)相连；蓄能器(3)位于蓄能发电腔中，其位于隔板(13)下方；液压回路包含由多个单向阀(6)构成的液压整流桥，液压回路采用在活塞外布置外接管路或将活塞设计成内外腔的形式。

2.  根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于所述液压马达(4)采用的是内啮合齿轮马达。

3.  根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于所述旋转电机(5)采用的是永磁直流无刷电机。

4.  根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于所述多个单向阀(6)均采用钢球加定位弹簧结构的单向阀。

5.  根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于所述蓄能器(3)采用的是活塞弹簧式蓄能器。

6.  根据权利要求1所述的液电馈能式减振器，其特征在于外接管路包括高压管路和低压管路。

7.  权利要求1至6中任一权利要求所述液电馈能式减振器的用途，其特征是在汽车或其它机动车行驶时，其在路面的颠簸以及车辆的加减速、转向操作所导致簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动的能量，由所述液电馈能式减振器替代传统的减振器提供阻尼并吸收利用该能量。

8.  根据权利要求7所述的用途，其特征是通过液压整流桥将由地面不平引起的簧载质量与非簧载质量的相对直线运动转变成方向不变的液压流驱动液压马达旋转，由液压马达带动发电机发电，从而将振动机械能转化为电能予以利用。

9.  根据权利要求7所述的用途，其特征是所述液电馈能式减振器系统所需的阻尼力由发电机工作时产生的反电动势的反作用力提供。

液电馈能式减振器
技术领域
本发明涉及减振器，特别是涉及一种用于车辆悬架系统的液电馈能式减振器，并具有将一部分振动能量回收的功能，还可以作为作动器实现悬架系统的主动或半主动控制。
背景技术
车辆在路面上行驶时，路面的颠簸以及车辆的加减速、转向等操作会导致簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动，减振器以摩擦的形式将这部分机械能转变为热能耗散掉，从而衰减车辆的振动。如果能够将这些能量加以回收利用，则可以降低汽车能耗，从而实现节约能源的目的。本发明正是基于这样一种思想，即用具有能量回收功能的减振器替代传统的减振器，将原本被减振器所耗散的能量回收，实现一条新的汽车节能途径。
现有的通过发电机回收振动能量的馈能式减振器的形式多样，但都存在一定缺陷。
如中国专利ZL00232651.5描述的是将直线电机利用到减振器中，将直线运动机械能直接转换成电能或将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，能抵消道路冲击的同时回收部分能量。其缺点是直线电机较旋转电机的漏磁通大，阻尼力小，不能适用于重型车辆；其功率因素及效率等电气性能较低，能量回收效率一般；直线电机减振器的支撑结构复杂且易失效，结构可靠性一般；直线电机的价格昂贵，支撑结构复杂，制造成本高。
中国专利ZL02203432.3描述的是在传统悬架系统中加了一套曲柄连杆机构，将车轮的上下振动转变成电机的旋转运动。中国专利ZL200620090847.4描述的是用电机和齿轮齿条机构取代减振器，用连杆机构将电动/发电机固定在簧载质量上，齿条直接连接在非簧载质量上，齿轮与电动/发电机转子相连。齿轮与齿条啮合后，电动/发电机及齿轮齿条机构整体构成馈能悬架的馈能元件。这两项技术均为汽车产生一个往复振动，该装置只拾取约一半的能量，因为有一半的时间用于装置的部件复位，能量回收效率低；而且上述两项技术的装置体积和质量都比较大，安装时有难度。
中国专利公开号1626370A描述的是采用滚珠丝杠机构，将簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转变成电机转子的转动。电机与滚珠丝杠机构组成馈能元件，将回收的能量输送给充电电路及电池。车辆行驶过程中，馈能减振器随路面不平作伸张和压缩运动，滚珠螺母沿轴向作上下平动，带动滚珠螺杆和电机转子作正反转动，电机根据控制指令工作于电动或制动状态，从而主动缓冲和衰减由路面不平引起的、并由车轮传导至车身的冲击和振动，并回收能量。齿轮齿条式或滚珠丝杆式等用机械装置将直线运动转变为转动的能量回收系统的缺点是受传动系内部间隙的影响，系统对高频信号的频响函数不为零。如滚珠丝杆式在低频范围内且地面激励幅度大时，其能量回收效率和悬架特性较好；而当系统频率较高时，其悬架特性还不如被动悬架，也无法回收能量，导致系统整体效率较低。
以上将直线运动转变为转动的技术中，电机与传动系统都是固态连接，这导致电机会随着系统振动不断改变旋转方向和反复电机转速由0-＞加速-＞减速-＞电机转速0的循环，产生大量“惯量损失”。这不仅会极大的缩短发电机寿命，也会使得发电机在整个振动过程中只有很少的时间或完全没有时间进行发电，造成整个馈能系统效率低下，以至于不能适用于实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高效的、便于安装、便于维护、能够应用于所有车型汽车或其它机动车的液电馈能式减振器。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的液电馈能式减振器，其包括液压回路、工作室和活塞。该工作室由隔板分隔为活塞工作腔与蓄能发电腔两部分，其中：活塞位于活塞工作腔中，其通过活塞推杆与外部的上安装基座相连；液压马达位于蓄能发电腔中，其通过传动轴与外部的旋转发电机相连；蓄能器位于蓄能发电腔中，其位于隔板下方。液压回路与多个单向阀构成液压整流桥，液压回路采用在活塞外布置外接管路或将活塞设计成内外腔的形式。
本发明提供的液电馈能式减振器，其用途是：在汽车或其它机动车行驶时，其在路面的颠簸以及车辆的加减速、转向操作所导致簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动的能量，由本发明减振器替代传统的减振器提供阻尼并吸收利用该能量。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
其一.能将汽车振动产生的能量完全用于做功。
采用机-电-液的混合系统，利用液压系统的灵活性使本馈能式减振器在将直线运动转变为转动的过程中避免发电机的反转，不产生惯量损失，可增大能量回收效率，并延长发电机寿命。
其二.能有效地回收振动能量，并且具有优于现有减振器的减振效果。
能够克服纯机械式馈能式减振器中由于传动元件的配合间隙导致的悬架高频响应特性较差的缺陷，使汽车在任何路面上都能有效地回收振动能量，具有优于现有减振器的减振效果。
其三.结构简单，零部件较少，体积小。基于该种形式减振器建立的悬架系统，即节能环保又能够提高悬架的减振性能，具有重要的现实意义。
附图说明
图1是本发明的基本原理图。
图2是本发明的结构示意图。
图中：1.活塞；2.液压整流桥；3.蓄能器；4.液压马达；5.旋转发电机；6.单向阀；7.上安装基座；8.活塞推杆；9.上盖；10.第一油封；11.第一单向阀；12.第二单向阀；13.隔板；14.低压管路；15.第二油封；16.下安装基座；17.下盖；18.第三单向阀；19.第四单向阀；20.第五单向阀；21.高压管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供的是一种应用于车辆技术领域的液电馈能式减振器。它采用机-电-液的混合系统，其工作原理是通过液压整流桥将由地面不平引起的簧载质量与非簧载质量的相对直线运动转变成方向不变的液压流驱动液压马达旋转，由液压马达带动发电机发电，从而将振动机械能转化为电能予以回收。其基本结构如图1所示：主要包括活塞1、液压整流桥2、蓄能器3、液压马达4和旋转发电机5。汽车振动时，活塞通过往复运动做功将机械能转化为液压能。液压整流桥由高压管路、低压管路和若干单向阀实现，其中不设阻尼孔，尽量减小液体流动中产生的热损失。这种形式既可以将振动时拉伸与压缩的势能充分利用，又可避免发电机反转带来的惯量损失，增大发电机的发电效率，延长发电机使用寿命。减振器系统所需的阻尼力主要由发电机工作室产生的反电动势的反作用力提供。
液压整流桥2由液压回路和多个单向阀构成，其中液压回路可在活塞外布置外接管路或将活塞设计成内外腔的形式构成。其主要功能是将汽车振动导致减振器活塞的直线运动转变为液压马达的旋转运动，由液压马达驱动发电机发电。其原理是将活塞拉伸和压缩行程产生的不同流动方向的液压波动整流为流动方向相同的液压波动，使液压流对液压马达做功连续，从而达到避免发电机反转的目的。单向阀可以选择多种形式，应尽量使用阻抗小，动态响应灵敏，密封性好，可靠性高的单向阀。
蓄能器3可以采取皮囊式或活塞弹簧式，其作用是储存能量，使液压波动尽量平稳。由于地面的不平特性导致汽车在行驶过程中有可能会出现峰值很高的激励，蓄能器将高振幅时地面激励的一部分能量吸收储存起来，然后在地面激励较小时逐渐释放能量，使得发电机运转的更平顺，以提高发电效率。
液压马达4要求体积小，效率高，市场上有多种成熟产品可供选择。
旋转发电机5同样要求微型高效，在满足与减振器活塞筒体积匹配的同时，也需满足作为发电机时的功率要求和作为电机作动器时的转矩要求。
本发明提供的液电馈能式减振器，其结构如图2所示：包括液压回路、工作室和活塞。
所述工作室由隔板13分隔为活塞工作腔与蓄能发电腔两部分，其中：活塞位于活塞工作腔中，其通过活塞推杆8与外部的上安装基座7相连；液压马达4位于蓄能发电腔中，其通过传动轴与外部的旋转发电机5相连；蓄能器3位于蓄能发电腔中，其位于隔板13的下方；液压回路与多个单向阀6构成液压整流桥2，液压回路采用在活塞外布置外接管路或将活塞设计成内外腔的形式。
所述蓄能器3可以采用活塞弹簧式蓄能器，它相对于气囊式蓄能器具有成本低，可靠性高和易于安装的优点，而气囊式蓄能器则具有重量轻，占用体积小的优点。
所述液压马达4可以采用内啮合齿轮马达，其优点是体积小，同心，效率高。
所述旋转电机5可以采用永磁直流无刷电机，与液压马达4通过传动轴固态连接。
所述多个单向阀6包括第一单向阀11、第二单向阀12、第三单向阀18、第四单向阀19、第五单向阀20，它们均采用在液压系统中常用的钢球加定位弹簧的方式，该种形式结构简单、成本低廉、阻抗较小、动态反应灵敏，比较适合本发明所需的条件。
所述外接管路可以包括高压管路21和低压管路14。所述高压管路21上比低压管路14多一个单向阀(图2中第三单向阀18)，其目的是当蓄能器3起作用时减少死容腔现象造成的动态作用。
在图2所示的上盖9和下盖17处分别布置有第一油封10和第二油封15，对此两处油封的技术要求较高，既要保证减振器工作过程中液体不发生泄漏，又要尽量减少第一油封对活塞推杆8和第二油封对液压马达4传动轴的滑动摩擦，以减少能量的摩擦损失。
本发明提供的上述液电馈能式减振器，其用途是：在汽车或其它机动车行驶时，其在路面的颠簸以及车辆的加减速、转向操作所导致簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动的能量，由所述液电馈能式减振器替代传统的减振器提供阻尼并吸收利用该能量。
本减振器通过液压整流桥将由地面不平引起的簧载质量与非簧载质量的相对直线运动转变成方向不变的液压流驱动液压马达旋转，由液压马达带动发电机发电，从而将振动机械能转化为电能予以利用。
本减振器所需的阻尼力由发电机工作时产生的反电动势的反作用力提供。
本发明液电馈能式减振器与一般的液体减振器最大的不同在于：液体减振器依靠液体通过小阀口时液体分子之间的相互摩擦挤压产生减振器所需的阻尼力；而液电馈能式减振器则是依靠发电机工作时产生的反电动势作用产生减振器所需的阻尼力，为了能够充分回收振动能量，液体到达液压马达之前所受的阻力越小越好。
本发明的工作过程是：汽车行驶过程中振动时活塞推杆8带动活塞11做往复运动。活塞1处于压缩行程时，由活塞1与隔板13形成的活塞工作腔内的液体推开第四单向阀19，该液体经高压管路21通过第三单向阀18进入蓄能发电腔，液压波动经过蓄能器3整流滤波后驱动液压马达4转动，液压马达4带动旋转发电机5发电，旋转发电机5工作时产生的反作用力使液压马达相对液体产生阻尼作用，即减振器的大部分阻尼由旋转发电机产生，液体通过液压马达经低压管路14推开第一单向阀11后返回活塞上方腔体内，此时第二单向阀12虽然也受到回流液体压力的影响，但由于或活塞压缩行程时其内侧为高压，回流液体为低压，第二单向阀处于关闭状态；当活塞1处于拉伸行程时，由活塞1与上盖9形成的工作腔体内的液体推开第五单向阀20，该液体经高压管路21通过第三单向阀18进入蓄能发电腔，液体通过液压马达4后经低压管路14推开第二单向阀12后返回活塞下方腔体内，此时第一单向阀11上侧为高压，回流液体为低压，第一单向阀11处于关闭状态。这样，无论活塞是处于压缩还是拉伸行程，经过液压马达4的液流方向都不会发生改变。
图2中标注的箭头方向为本发明减振器工作时内部液流运动方向。