一种轮毂驱动汽车的机电惯容器空气弹簧装置
阅读说明：本技术 一种轮毂驱动汽车的机电惯容器空气弹簧装置 (Electromechanical inertial container air spring device of hub-driven automobile ) 是由 李谕 杨晓峰 沈钰杰 刘雁玲 杨德地 花杰 于 2021-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种轮毂驱动汽车的机电惯容器空气弹簧装置。属于轮毂驱动汽车隔振领域,该结构主要由流体式惯容器、膜片式空气弹簧以及直线电机组成。流体式惯容器的活塞上开有阻尼孔具有阻尼的效果。对流体式惯容器结构进行改良,通过与空气弹簧的耦合布置在一定范围内实现其惯质系数连续可调。并且通过流体式惯容器与直线电机的耦合,不仅可以实现被动控制,主动控制以及馈能三种工作模式,且主动控制模式下与车身高度传感器结合,实时确定车身高度,防止空气弹簧刚度过软的情况下悬架撞击限位块。(The invention relates to an electromechanical inerter air spring device of a hub-driven automobile. The structure mainly comprises a fluid type inertia container, a diaphragm type air spring and a linear motor. The piston of the fluid type inerter is provided with a damping hole which has a damping effect. The fluid type inerter structure is improved, and the inerter coefficient is continuously adjustable within a certain range through the coupling arrangement with the air spring. And through the coupling of fluid formula inertial container and linear electric motor, not only can realize passive control, active control and present three kinds of mode of ability, and combine with the automobile body height sensor under the active control mode, confirm the automobile body height in real time, prevent that air spring just from hitting the stopper under the soft condition.)
技术领域
本发明涉及一种轮毂驱动车辆隔振技术领域，尤其涉及一种轮毂驱动汽车的机电惯容器空气弹簧装置。
背景技术
2002年，英国剑桥大学的史密斯教授提出了一种具有双端点的质量元件——惯容器，实现了机电关系的严格对应，促进了悬架形式的突破与发展。目前惯容器已经在多个领域实现了应用，经过实验研究有效证明了其优越的隔振性能。而空气弹簧具有刚度可调、高频减振效果好等诸多优点，但是目前却没有涉及空气弹簧与流体式惯容耦合使用来克服流体式惯容惯质系数不可调的研究。
惯容器作为一种双端点的质量元件，其具有良好的通高频、组低频特性；空气弹簧则对高频振动衰减明显，二者结合可实现宽频振动抑制。专利CN106004302B提出了一种空气弹簧与滚珠丝杠式惯容器耦合布置的方案，拓宽了惯容器的应用范围，但其惯质系数不可调，且滚珠丝杠有摩擦及间隙等非线性因素影响，相比而言流体式惯容器响应速度快，能承载更大的冲击载荷，但目前对于空气弹簧与流体式惯容器的耦合研究基本为空白，限制了惯容器的应用范围。且流体式惯容器使用液体介质实现质量放大效应，其惯质系数调节困难。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种流体式机电惯容器空气弹簧结构，针对惯容器对高频振动衰减不明显的问题，有效利用空气弹簧对高频衰减效果好的优势，实现宽频振动抑制，且易于工程化布置。针对流体式惯容器惯质系数难以调节的问题，创新性的对其螺旋管进行设计，实现其惯质系数连续可调。针对弹簧过软会导致悬架撞击限位块的问题，使用直线电机以及高度传感器对车身高度进行控制。
为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种轮毂驱动汽车的机电惯容器空气弹簧装置，包含膜式空气弹簧、流体式惯容器；其中所述膜式空气弹簧包括进气孔(2-1)、出气口(2-2)、上端盖(3)、囊皮(4)；所述上端盖(3)与囊皮(4)固定连接，所述上端盖(3)与活塞杆(5)固定连接，所述囊皮(4)与流体式惯容器壳体连接；进气孔(2-1)和出气口(2-2)设置在上端盖(3)上；所述所述流体式惯容器包括活塞杆(5)、液压腔(6)、螺旋橡胶管(7)、活塞(8)、橡胶气囊(9)、阻尼孔(16)；其中，所述活塞杆(5)下部固连直线电机；所述螺旋管(7)的进出口分别与液压腔(6)的两个腔室连通；所述活塞(8)上开有阻尼孔(16)；所述橡胶气囊(9)固定在液压腔(6)底部。
进一步地，橡胶气囊(9)中气体压强与空气弹簧刚度最低时压强相等。
进一步地，所述橡胶气囊(9)固定在液压腔(6)底部。
进一步地，所述直线电机包括动子磁轭(10)、绕组(11)、动子磁极(12)、动子轴(13)、定子(14)；其中所述动子轴(13)与活塞杆(5)下部固连。
进一步地，流体式惯容器通过直线电机与外端电路相连，实现以下三种工作模式：
馈能模式：当所述动子轴(13)上下往复直线运动时，动子磁轭(10)和磁极(12)与绕组(11)发生相对运动，生成感应电动势，产生感应电压，通过外端电路对系统的振动能量进行回收、储存，用作其他耗能系统的能量输入；
被动控制模式：外端电路为电阻、电感和电容组成的无源网络，当端电压作用在无源网络上时，无源网络的电阻抗等效为机械网络的机械阻抗，进一步衰减了系统的振动；
主动控制模式：外端电路为电源，向直线电机供电，流体式机电惯容器为力发生器，主动控制系统振动。同时根据车身高度传感器，在车身高度过低时，控制电机输出力，防止悬架撞击限位块。
采用本发明的有益实施效果是：
1.本发明采用空气弹簧与流体式惯容器耦合布置的方案，承载冲击载荷大，响应速度快，结构及凑，易于工程化布置。
2.本发明设计的流体式惯容器与空气弹簧的耦合布置方案，可在一定范围内实现流体式惯容器的惯质系数连续可调。且惯质系数随弹簧刚度反向变化，在弹簧刚度小时，惯质系数大进一步提高乘坐舒适性，而在弹簧刚度大时，惯质系数小，可在一定程度上衰减振动。
3.本发明采取的机电式流体惯容器可实现主动控制、被动控制、馈能三种工作模式。
4.本发明采取的车身高度传感器在车身高度过低时，能对电机输出力进行控制，防止悬架撞击限位块。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是流体式惯容器与空气弹簧耦合剖面图。
图2是橡胶气囊三视图。
图3是悬架布置示意图。
附图1标记说明如下：1-上吊耳，2-1进气孔，2-2出气孔，3-上端盖，4-囊皮，5-活塞杆，6-液压腔，7-橡胶螺旋管，8-活塞，9-橡胶气囊，10-动子磁轭，11-绕组，12-动子磁极，13-动子轴，14-定子，15-下吊耳，16-阻尼孔。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1-3所示，本发明涉及一种轮毂驱动汽车的机电惯容器空气弹簧装置，包括：上吊耳1、进气孔2-1，出气孔2-2、上端盖3、囊皮4、活塞杆5、液压腔6、橡胶螺旋管7、活塞8、橡胶气囊9，动子磁轭10，绕组11，动子磁极12，动子轴13，定子14，下吊耳15，阻尼孔16。
其中所述上端盖3与囊皮4固定连接，所述上端盖3与活塞杆5固定连接。囊皮4固定在流体式惯容器壳体上。液压腔6被活塞8分成上下两个腔室，分别与螺旋橡胶管7的上下入口联通。活塞杆5的下端与动子轴13同轴固连。橡胶气囊9为截面为圆的圆环，用胶水固定在液压腔6底部。而上吊耳1、下吊耳15的一端与活塞杆5固定连接，另一端则分别与簧载以及非簧载部分铰接。
下面说明本发明的工作过程：当上吊耳受力向下时，通过活塞杆推动活塞向下运动，液压油受活塞压力在螺旋管或螺旋通孔内流动，形成液体飞轮的效果，以此完成对惯性力的封装；下吊耳受力向上时与此相同。而活塞上的阻尼孔会对液体流动形成阻尼力。
同时，当空气弹簧进气，弹簧内部压强变大，其会挤压缠绕在流体式惯容器外部的橡胶螺旋管，因为液体具有不可压缩性，所以橡胶气囊挤压变形，液压腔容积变大，进而橡胶螺旋管的截面积发生变化，流体式惯容器的惯质系数变小；而当空气弹簧放气，内部压强变小时，橡胶气囊会有恢复原状的弹力挤压液压腔内液体，液压腔容积变小，进而使橡胶螺旋管截面积变大，以此实现惯质系数的连续调节。
同时所述的曲柄连杆式机电惯容器通过圆筒型直线电机可工作在以下三种工作模式：
(1)馈能模式
当直线电机处于馈能模式时，电机动子轴13上下往复直线运动时，动子磁轭10和磁极12与绕组11发生相对运动，生成感应电动势，直线电机外端口产生端电压。端电压作用在能量回收电路上，能量回收电路对振动系统的振动能量进行回收，用于其他耗能系统的能量输入。
(2)被动控制模式
当直线电机处于被动控制模式时，此时外端电网络的电阻抗可以等效为机械网络的机械阻抗，电容等效为惯容器，电阻等效为阻尼器，电感等效为弹簧，通过改变直线电机的外端阻抗均可实现对装置阻尼力的改变，实现更复杂的高阶阻抗，有效提升装置的隔振性能
(3)主动控制模式
当外部电源对直线电机进行供电时，控制器(图中未给出)根据相应的控制策略控制电流输入的大小从而对电机的输出力进行控制，实现对振动系统进行主动调谐控制。同时根据车身高度传感器，车身高度过低时，控制电机输出力，防止悬架撞击限位块。
本发明的核心思想是：空气悬架具有刚度可调以及良好的高频振动衰减效果，而惯容器能有效抑制低频振动，其耦合布置能实现宽频振动抑制问题。而流体式惯容器具有惯质系数难以调节的问题。本发明采用的空气弹簧与流体式惯容器耦合布置方案，不仅能有效利用两元件优点，而且利用空气弹簧刚度变化时内部压强的变化对流体式惯容器实现惯质系数连续可调。同时直线电机还具有防止悬架高度过低以及主动控制、被动控制、馈能三种工作模式。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
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