基于空气弹簧的半主动控制液压悬置

摘要

本发明涉及一种基于空气弹簧的半主动控制液压悬置，解决了发动机悬置在吸收来自外界振动时可吸收的振动频带带宽较窄的问题，实现悬置可吸收的振动频带从低频到高频的全频段吸收，降低驾驶室内的振动噪声，提高乘坐舒适性。其由上悬置组、下悬置组及圆柱气室组构成，且悬置内部空腔被惯性通道和解耦膜等分割为上液室、中液室和下液室。T型槽惯性通道可以增加液体流经惯性通道时的节流损失和回程损失，增大阻尼力。两张解耦膜形成的圆柱气室与外部活塞连通，可调节活塞内部电磁线圈中电流的方向和大小实现活塞头部的上下移动，从而调节圆柱气室中气体的压强，动态的调节解耦膜刚度，最终动态的改变悬置的动感度，从而实现振动的全频段吸收的目的。

说明书

技术领域

本发明属于汽车车用发动机悬置技术领域，具体涉及一种基于空气弹簧的半主动控制液压悬置。

背景技术

随着消费者对汽车乘坐主观感受的愈加重视，良好的NVH性能逐渐成为汽车的核心竞争力之一。然而，随着发动机的功率增大以及动力系统的轻量化使得动力总成的振动激励不断加剧，这对汽车隔振悬置系统的性能提出了更高的要求。目前，常见的悬置系统包括橡胶悬置、液压悬置、半主动控制悬置以及主动悬置。与传统的被动悬置方式相比，半主动控制悬置可以很好的衰减发动机的噪声向车厢内的传递，通过半主动控制可以实现悬置在最高和最低频率时的最佳阻尼特性，降低发动机震动和噪声。

中国专利CN 101670776 B公开了一种半主动控制式汽车动力总成液压悬置，其空气腔均只有打开和关闭两个状态，分别对应着解耦膜刚度小和刚度大两种状态。当空气腔密闭时，解耦膜的变形能力小，变现为悬置的动刚度大；当气室打开时，解耦膜的变形较大，表现为悬置的动刚度小。中国专利CN 104154171 A公开了一种空气弹簧式半主动控制悬置，但其缺点在于解耦膜的一侧与液体接触，不能综合的反馈悬置内液体对解耦膜的挤压，同时采用电机控制堵塞的移动来实现气室开口的大小，其能否保证气室内部的密闭性有待考察。

发明内容

本发明的目的就在于针对现有技术中只能在很窄的频段范围内改变悬置系统的阻尼特性的不足，提供一种基于空气弹簧的半主动控制液压悬置，整个系统结构简单，能够吸收的振动频段较宽，可以动态的减少车辆在多种工况下运行的振动与噪声，不需要精密的设计和加工的部件就能到达好的隔振效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种基于空气弹簧的半主动控制液压悬置，其由上悬置组、下悬置组和圆柱气室组三部分组成。其中，上悬置组主要由连接杆1、橡胶主簧3、悬置上壳体4、流道盖板5、惯性通道板6和环形橡胶块7组成。下悬置组主要由悬置下壳体8、橡胶底膜21、环形支撑板26、环形密封圈30组成。上悬置组与下悬置组通过螺栓23、螺母24和垫圈25在垂直方向上连接为整体。圆柱气室组主要由T型盖9、电磁线圈11、弹簧12、永磁铁13、活塞头部14、活塞15、橡胶管16和解耦膜22组成。两张解耦膜22与环形支撑板26通过螺栓23、螺母 24连接后形成的圆柱气室18与橡胶管16的一端连接，橡胶管16的另一端通过环形支撑板 26中预留的圆形通道伸出悬置下壳体8与活塞15连接，连接处密封处理防止气体泄漏。永磁铁13放置于活塞头部14的凹槽中，弹簧12两侧分别连接在永磁铁13和T型盖9的相对面上，电磁线圈11置于T型盖9的两侧，且左右两侧的线圈通过T型盖9内部预留的通道连接为整体线圈，T型盖9与活塞15圆周壁面的凹槽相配合，且T型盖9圆周面开有两个导线槽10。

所述连接杆1下部卡入橡胶主簧3内部预留的空腔中，且在结合面处硫化处理。所述橡胶主簧3与悬置上壳体4经过硫化处理连接，流道盖板5和惯性通道板6外圆周凸出部分分别卡入悬置上壳体4和环形橡胶块7的凹槽中，防止其出现轴向的松动，并在连接处内的凹槽内设置环形密封圈30。流道盖板5中心处的圆孔与惯性通道板6中心的惯性通道入口32轴向相通，悬置内部的液体通过惯性通道板6内的T型槽惯性通道29实现从上液室31到中液室28的流动，T型槽惯性通道29的内外侧壁设置为T型槽33，可以增大流体流动时的沿程损失和节流损失。

所述环形橡胶块7上侧支撑着惯性通道板6，下侧挤压在环形支撑板26的上侧，环形密封圈30置于环形橡胶块7与流道盖板5、环形橡胶块7与惯性通道板6的接合面实现连接处的密封。悬置上壳体4与悬置下壳体8通过螺栓23、螺母24、垫圈25连接。环形支撑板26下侧和悬置下壳体8开有定位销孔，且橡胶底膜21上开设有与上述定位销孔对应的通孔。定位销17上、下侧分别置于环形支撑板26下侧和悬置下壳体8的定位销孔中，且穿过橡胶底膜21上的通孔实现橡胶底膜21的周向固定。橡胶底膜21的圆周部分卷曲后压入悬置下壳体8中的凹槽中，环形支撑板26压在橡胶底膜21的整个圆周上。悬置下壳体8的底部开有通孔19。环形支撑板26绕圆周均匀角度设置有垂直惯性通道27和连接解耦膜22的螺纹孔，另外环形支撑板26内部开有放置橡胶管16的圆形通道。中液室28与下液室20中的液体2通过垂直惯性通道27流通。

所述电磁线圈11缠绕在T型盖9下部十字架结构中，且左右两侧的电磁线圈11通过十字架结构中预留的水平通道连接成一个整体线圈。活塞头部14外圆周与活塞15内筒壁面结合，活塞头部14连同永磁铁13可以在竖直方向上移动。所述橡胶管16将圆柱气室18与活塞15连通，两者内部空间内的气体处于流通状态。

所述流道盖板5与惯性通道板6、环形支撑板26与解耦膜22将悬置内部空腔分为上液室31、中液室28、下液室20。

本发明提供的基于空气弹簧的半主动控制液压悬置中的空气弹簧对圆柱气室的挤压程度可以通过控制电磁线圈中的电流动态控制，由于解耦膜两侧均与液体接触，故其可以灵敏地反馈悬置内的液体的压强状况。同时，电流的变化是一个连续的过程，从而达到悬置刚度的实时微小调整，使悬置吸收振动的频率能够覆盖从低频到高频的任意频段。由于活塞的密闭性较好，故可以很好解决空气弹簧内部和圆柱气室的密闭性。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明基于空气弹簧的半主动控制液压悬置将发动机悬置内部空腔分为上液室、中液室、下液室，悬置上壳体与悬置下壳体通过螺栓、螺母连接。惯性通道板内的T型槽惯性通道能够使液体在流经惯性通道时产生更大的流程损失和节流损失。同时，由于圆柱气室和活塞的存在，可以通过改变电磁线圈中的电流的大小来控制永磁铁和活塞头部垂直的移动距离，进而控制圆柱气室中空气压强，实现解耦膜的动态变形和悬置刚度的动态变化，最终达到悬置可吸收振动能量频带扩宽的目的。

总体而言，T型槽惯性通道实现了在惯性通道总体长度不变的条件下，实现了提升发动机悬置中液体在上液室、中液室之间流动时的流程损失和节流损失的目的。同时，在悬置工作时，可以根据汽车的实际工况调整电磁线圈中电流的大小和方向来调整圆柱气室内气体的气压，进而调整解耦膜的刚度实现汽车悬置从低频振动到高频振动的全部吸收。有利于提高驾驶舒适性，且活塞、电磁线圈和永磁铁具有结构简单，方便使用的特点。

附图说明

图1为本发明基于空气弹簧的半主动控制液压悬置整体剖视图；

图2为图1的局部放大图；

图3、图4分别为本发明基于空气弹簧的半主动控制液压悬置活塞工作时活塞头部(永磁铁)的受力图；

图5为本发明基于空气弹簧的半主动控制液压悬置T型槽惯性通道俯视图；

图6为图5的局部放大图；

图7为本发明基于空气弹簧的半主动控制液压悬置环形支撑板局部剖视图；

图8为本发明基于空气弹簧的半主动控制液压悬置流道盖板俯视图；

图中，1.连接杆 2.液体 3.橡胶主簧 4.悬置上壳体 5.流道盖板 6.惯性通道板7. 环形橡胶块 8.悬置下壳体 9.T型盖 10.导线槽 11.电磁线圈 12.弹簧 13.永磁铁14. 活塞头部 15.活塞 16.橡胶管 17.定位销 18.圆柱气室 19.通孔 20.下液室 21.橡胶底膜 22.解耦膜 23.螺栓 24.螺母 25.垫圈 26.环形支撑板 27.垂直惯性通道 28.中液室 29.T型槽惯性通道 30.环形密封圈 31.上液室 32.惯性通道入口 33.T型槽 34. 惯性通道出口。

具体实施方式

本发明提供的隔振实际思想是：橡胶主簧3变形挤压悬置内部的液体2从上液室31流经T型惯性通道29到中液室28挤压解耦膜22，解耦膜22内部的圆柱气室18气压随着活塞头部14在垂直方向的移动发生改变，而活塞头部14上下移动的距离可以通过控制电磁线圈11内部电流的大小进而控制电磁线圈11与永磁铁13之间的安培力来精准控制。当解耦膜22需要较大的刚度时，此时加大电磁线圈11中的通电电流来增大永磁铁13与电磁线圈11中的安培力而实现活塞头部14向下移动，增大活塞15和圆柱气室18内的气体的压强，表现为悬置的动刚度较小。相反地，当解耦膜22需要较小的刚度时，电磁线圈11中反向通电而使永磁铁13和活塞头部14受到向上的安培力反力，实现活塞头部14向上移动，降低活塞15和圆柱气室18内的气体的压强，表现为悬置的动刚度较大。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1，图2，图5-图8所示，橡胶主簧3与悬置上壳体4经过硫化处理连接，流道盖板5和惯性通道板6外圆周的突出的部分分别卡在悬置上壳体4和环形橡胶块7内的凹槽中，并在配合面设置环形密封圈30防止液体2泄漏。如图5所示，流道盖板5上开有通孔，其与惯性通道板6上的惯性通道入口32相通。悬置内部的液体2通过惯性通道入口32进入惯性通道板6，从惯性通道出口34出流入中液室28。由于T型槽惯性通道29侧壁设置为T 型槽33，可以增加液体流动时的流程损失和节流损失。悬置上壳体4与悬置下壳体8通过螺栓23、螺母24、垫圈25连接形成完整的悬置壳体。环形支撑板26轴向分别与环形橡胶块7和橡胶底膜21接触，橡胶底膜21圆周上开有若干个通孔，定位销17上下侧分别置于环形支撑板26下侧和悬置下壳体8上的定位销孔中且穿过橡胶底膜21上的通孔，从而实现橡胶底膜21的周向固定。环形支撑板26中部开有六边形孔、螺纹孔和垂直惯性通道27，上、下解耦膜22通过螺栓23、螺母24、垫圈25与环形支撑板26配合，并在配合面进行密封处理形成圆柱气室18，解耦膜22外侧分别与液室中的液体接触。中液室28内部的液体2 通过垂直惯性通道27流入下液室20，环形支撑板26内侧开有一圆形通道用以放置橡胶管 16。橡胶管16的一端与圆柱气室18内部连接，另外一侧与活塞15相连构成一个密闭的空腔。环形支撑板26与解耦膜22将悬置内部空腔又分为中液室28和下液室20，悬置下壳体 8底部上开有通孔19，将悬置年内气体与外部气体连通。

如图2所示，橡胶管16的一端与圆柱气室18内部连接，另外一侧与活塞15相连构成一个密闭的空腔。在活塞15内部中设有活塞头部14，永磁铁13通过活塞头部14内的“U”型凹槽固定，永磁铁13和活塞头部14可以在活塞15筒壁内同时上下移动且保证活塞15内部密封。弹簧12两端分别连接在永磁铁13和T型盖9相对的表面上，电磁线圈11绕在T 型盖9的下部十字架结构上，同时左右两侧的电磁线圈11通过T型盖9中预留的水平通道连接成一个整体线圈。T型盖9上开有两个导线槽10，T型盖9卡入活塞15上部的凹槽中实现固定。

图3、图4分别为本发明基于空气弹簧的半主动控制液压悬置活塞工作时的受力图；在图3中，用两段导线单元M和N代替整体电磁线圈11上侧和下侧的导线，其中M代表电磁线圈11中距离永磁铁13较远的一段导线单元(线圈上端)，N代表电磁线圈11中距离永磁铁13较近的一段导线单元(线圈下端)。当电磁线圈11通电时，两端导线单元M、N分别置于永磁铁13的磁场中，但是由于M和N处的磁场强度B不同，根据安培力的计算公式F＝BIL(上式中B为磁场强度，I为电磁线圈11中电流，L为导线单元的长度)知，上侧导线单元M所受的向下安培力较小，下侧导线单元N所受的向上的安培力较大，故此时电磁线圈11受到的总的安培力表现为向下。而电磁线圈11卡在活塞15上侧的凹槽中不会移动，由于力的作用是相反的，故永磁铁13受到向上的安培力反作用力，此时活塞头部14 和永磁铁13共同向上移动，活塞15和圆柱气室18内部气体的气压降低，解耦膜22的刚度较小，变形较大。相反的，如图4所示，当活塞15和圆柱气室18内部气体的气压需要升高时，只需要将电磁线圈11中的电流反向，此时电磁线圈11受到的总的安培力表现为向上。永磁铁13受到向下的安培力反作用力，此时活塞头部14和永磁铁13共同向下移动，挤压活塞15内部的气体。

具体工作流程：当发动机悬置发生振动时，橡胶主簧3的变形挤压上液室31中的液体 2通过流道盖板5和惯性通道板6组成的T型槽惯性通道29至中液室28，由于T型槽惯性通道29的侧壁设有T型槽33，故液体2在其中流动时可以增加流程损失和节流损失，表现为增大悬置的阻尼力。进入中液室28的液体2通过环形支撑板26上的垂直惯性通道27流入下液室20，此过程中同样也产生阻尼力，衰减来自发动机的振动。液体2在中液室28和下液室20同时挤压解耦膜22，故解耦膜22的变形程度可以更加灵敏地反馈悬置内部的液体压强变化，解耦膜22的形变会影响圆柱气室18内部气体的压强，进而影响活塞15内的压强。当悬置需要变现为动刚度较大时，电磁线圈11通电，在永磁铁13的磁场力作用下，电磁线圈11受到向上的安培力。由于T型盖9外圆卡在活塞15的凹槽中，故T型盖9上的电磁线圈11不会产生向上的移动，永磁铁13受到安培力的反力带动活塞头部14向下移动，挤压活塞15内部的气体。活塞15与圆柱气室18通过橡胶管16连接，故此时圆柱气室18 内部的气压也会升高，解耦膜22表现为较大的刚度，悬置可以吸收较高频率的振动。相反地，当电磁线圈11反向通电时，电磁线圈11受到向下的安培力，永磁铁13受到向下的安培力的反力，从而带动活塞头部14向上移动，此时活塞15和圆柱气室18内部的气体的气压降低，解耦膜22表现为较小的刚度，悬置可以吸收较低频率的振动。由于电流可以随时改变方向和大小，故本发明可以根据悬置具体的工作情况调节环形气室内气体的压强和解耦膜的刚度，从而使悬置可以很好地吸收从低频到高频的振动能量，提高发动机悬置的吸振能力和汽车的乘坐舒适性。

以上所述为本发明的较佳实施例而已,但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改,都落入本发明保护的范围。