【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于車輛懸架，具體涉及一種集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器及其控制方法。
技術介紹
1、懸架作為連接汽車車身與車輪的傳力裝置，是汽車底盤的重要零部件，其工作性能直接影響車輛的操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性和行駛安全性。傳統(tǒng)的被動式液壓減振器由于無法實時調(diào)節(jié)懸架工作參數(shù)，已無法滿足消費者對車輛行駛性能的需求。因此，諸多新構(gòu)型、新材料的懸架執(zhí)行器應運而生，包括油氣彈簧、慣容器和電磁作動器等。
2、其中，油氣彈簧具有非線性剛度特性和較強的承載能力，但主動式油氣懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、耗能大，而半主動式的工作性能提升有限。慣容器突破了傳統(tǒng)的“彈簧-阻尼”減振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加入了“慣容”這種與懸架兩端加速度相關的新型機械元件，進一步提升了懸架的隔振性能，尤其是低頻隔振特性。
3、慣容器主要分為機械式和液力式，后者通常利用油液流動的慣性來提供作用力，這與油氣彈簧的工作模式和使用環(huán)境高度重合，故將液力式慣容器和油氣彈簧進行集成設計的可行性和實用性較高。中國專利(cn103016468a)公開了一種液力慣容器裝置，該裝置在液壓減振器兩油腔之間設置了一個液壓馬達，當減振器工作時，油液在兩腔內(nèi)流動，帶動液壓馬達轉(zhuǎn)動，使得減振器具備慣容器特征。該裝置雖實現(xiàn)了油氣彈簧和液力慣容的集成設計，但液壓馬達的存在，使得系統(tǒng)空間利用率和工作可靠性較低。
4、電磁作動器本質(zhì)為電機，分為旋轉(zhuǎn)電機式和直線電機式。前者功率密度大，后者結(jié)構(gòu)簡單、無傳動機構(gòu)、可靠性高。相比油氣彈簧和慣容器，電磁作動器具有響應速度快、可控帶寬大、饋能效率高、結(jié)
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術中存在不足，本專利技術提供了一種集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器結(jié)構(gòu)，在直線電機結(jié)構(gòu)的基礎上通過導向桿結(jié)構(gòu)集成了油氣彈簧、可控阻尼和液力慣容，充分發(fā)揮不同特征的懸架執(zhí)行機構(gòu)的性能優(yōu)勢，拓寬懸架控制帶寬，降低電磁系統(tǒng)能耗。此外，導向桿的存在解決了直線電機動子和定子運動時偏心的問題；液壓油的流動也為電磁線圈進行良好散熱，從而提高系統(tǒng)可靠性。針對所提出的作動器結(jié)構(gòu)，本專利技術還設計了一種控制方法，可實現(xiàn)懸架被動、半主動和主動三種工作模式。
2、本專利技術是通過以下技術手段實現(xiàn)上述技術目的的。
3、集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，包括：
4、活塞桿，底端與活塞相連；所述活塞桿內(nèi)腔填充有高壓氮氣和液壓油；
5、導向桿，頂端穿過活塞，并伸入活塞桿的內(nèi)部；
6、螺旋槽套筒，內(nèi)圓面設有螺旋槽，所述螺旋槽一端與定位套a的流通孔相通，另一端與定位套b的流通孔相通；
7、定子鐵芯，凹槽內(nèi)嵌有電磁線圈；所述定子鐵芯固定在螺旋槽套筒/活塞桿上；
8、直桿，外圓面套有永磁體，所述永磁體與定子鐵芯之間留有間隙；所述直桿固定在活塞桿/螺旋槽套筒上，當直桿固定在活塞桿上時，其底部與活塞相連；
9、所述活塞沿軸向加工有阻尼孔，并沿周向均布；所述活塞內(nèi)設置有可控阻尼閥總成，用于改變阻尼孔的流通面積；
10、所述活塞桿、活塞與定子鐵芯將作動器內(nèi)部分為上腔、中腔和下腔；所述導向桿沿軸向和徑向分別加工有液壓油道，分別連通活塞桿的空腔和作動器的下腔。
11、上述技術方案中，所述可控阻尼閥總成包括阻尼孔閥片、彈簧座、膜片彈簧、調(diào)節(jié)墊片、傳力墊片和壓電晶體；所述彈簧座與活塞下端固連，彈簧座上支撐有膜片彈簧，所述膜片彈簧通過傳力墊片和調(diào)節(jié)墊片將阻尼孔閥片壓在活塞的阻尼孔上，所述阻尼孔閥片)將壓電晶體壓緊在活塞內(nèi)。
12、上述技術方案中，所述彈簧座、傳力墊片、調(diào)節(jié)墊片和阻尼孔閥片上均設置有供液壓油流動的流通孔。
13、上述技術方案中，所述壓電晶體外接電源模塊，通電后可產(chǎn)生軸向位移，且位移隨著通電電流變化。
14、上述技術方案中，所述活塞桿下端安裝有滑動軸承，所述滑動軸承)支撐在導向桿的外圓面上。
15、上述技術方案中，所述直桿由高磁導率材料制成。
16、上述技術方案中，還包括外筒，活塞桿下端、導向桿上端、直桿、螺旋槽套筒、電磁線圈、定子鐵芯、活塞和永磁體均位于外筒內(nèi)部。
17、上述技術方案中，所述外筒的上、下端分別設通過上端封蓋和下端封蓋進行密封。
18、一種集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器的控制方法：
19、電磁線圈和壓電晶體通電，懸架實現(xiàn)被動、半主動和主動三種工作模式，在被動和半主動模式下，電磁線圈進行懸架振動能量饋能；
20、電磁線圈通入不同大小的三相交流電，調(diào)節(jié)作動器輸出的電磁主動力；
21、壓電晶體通入不同大小的直流電，調(diào)節(jié)阻尼孔閥片的軸向位置，改變活塞上阻尼孔的流通面積，進而調(diào)節(jié)作動器的液壓阻尼系數(shù)。
22、進一步地：
23、步驟(1)，車輛行駛過程中，傳感器將當前車輛工況信息傳遞給ecu，ecu確定懸架當前最佳的工作模式；
24、步驟(2)，若最佳工作模式為被動模式，則ecu計算出最優(yōu)的液壓阻尼系數(shù)及對應的固定電流，壓電晶體通入該固定電流，此時作動器提供最優(yōu)的液壓阻尼，同時電磁線圈進行饋能；否則轉(zhuǎn)至步驟(3)；
25、步驟(3)，若最佳工作模式為半主動模式，則ecu計算出最優(yōu)的實時等效阻尼系數(shù)及對應的變化電流，壓電晶體通入該變化電流，此時作動器提供最優(yōu)的實時液壓阻尼，同時電磁線圈進行饋能；否則轉(zhuǎn)至步驟(4)；
26、步驟(4)，若最佳工作模式為主動模式，則ecu計算出最優(yōu)的實時等效阻尼系數(shù)及對應的變化電流、電磁主動力及對應的三相交流電，壓電晶體實時通入該變化電流，電磁線圈通入該三相交流電，此時作動器提供最優(yōu)的液壓阻尼和電磁主動力。
27、本專利技術的有益效果為：本專利技術中活塞桿空腔內(nèi)填充的高壓氮氣和液壓油形成油氣彈簧，為作動器提供剛度；可控阻尼閥總成提供可變的基值阻尼，降低了直線電機的能耗需求，也保證了電機饋能時的容錯性；螺旋槽結(jié)構(gòu)既保證了液壓油在作動器內(nèi)腔順暢流動，也實現(xiàn)了慣容器功能，為作動器提供低頻隔振性能。本專利技術將電磁、油氣和慣容特征進行高度集成，并針對結(jié)構(gòu)特點設計了控制方法，充分發(fā)揮了不同特征的執(zhí)行機構(gòu)的性能優(yōu)勢，拓寬了懸架控制帶寬，空間布局大大優(yōu)化，符合工業(yè)設備一體化設計趨勢。
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1.集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，所述可控阻尼閥總成包括阻尼孔閥片(11)、彈簧座(12)、膜片彈簧(17)、調(diào)節(jié)墊片(18)、傳力墊片(19)和壓電晶體(20)；所述彈簧座(12)與活塞(10)下端固連，彈簧座(12)上支撐有膜片彈簧(17)，所述膜片彈簧(17)通過傳力墊片(19)和調(diào)節(jié)墊片(18)將阻尼孔閥片(11)壓在活塞(10)的阻尼孔上，所述阻尼孔閥片(11)將壓電晶體(20)壓緊在活塞(10)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，所述彈簧座(12)、傳力墊片(19)、調(diào)節(jié)墊片(18)和阻尼孔閥片(11)上均設置有供液壓油流動的流通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，所述壓電晶體(20)外接電源模塊，通電后可產(chǎn)生軸向位移，且位移隨著通電電流變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，所述活塞桿(2)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，所述直桿(5)由高磁導率材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，還包括外筒(4)，活塞桿(2)下端、導向桿(16)上端、直桿(5)、螺旋槽套筒(7)、電磁線圈(8)、定子鐵芯(9)、活塞(10)和永磁體(22)均位于外筒(4)內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，所述外筒(4)的上、下端分別設通過上端封蓋(3)和下端封蓋(14)進行密封。
9.一種基于權(quán)利要求2-8任一項所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器的控制方法，其特征在于：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于：
...【技術特征摘要】
1.集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，所述可控阻尼閥總成包括阻尼孔閥片(11)、彈簧座(12)、膜片彈簧(17)、調(diào)節(jié)墊片(18)、傳力墊片(19)和壓電晶體(20)；所述彈簧座(12)與活塞(10)下端固連，彈簧座(12)上支撐有膜片彈簧(17)，所述膜片彈簧(17)通過傳力墊片(19)和調(diào)節(jié)墊片(18)將阻尼孔閥片(11)壓在活塞(10)的阻尼孔上，所述阻尼孔閥片(11)將壓電晶體(20)壓緊在活塞(10)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，所述彈簧座(12)、傳力墊片(19)、調(diào)節(jié)墊片(18)和阻尼孔閥片(11)上均設置有供液壓油流動的流通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電磁-油氣-慣容特征的懸架作動器，其特征在于，所述壓電晶體(20)外接電源模塊，通電后可產(chǎn)生軸向位移，且位移隨著通電電流變化。
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：丁仁凱，陳旭文，孫東，汪若塵，劉偉，陳杰，
申請(專利權(quán))人：江蘇大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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