使用电动再生力管理噪音和振动的系统及具有其的车辆

摘要

本发明提供了使用电动再生力管理噪音和振动的系统及具有其的车辆。用于管理车辆中的噪音和振动的系统包括限定内腔室的壳体。顺应构件附接至壳体并且进一步限定内腔室。磁体在腔室中操作地固定至壳体并且具有磁场。线圈定位在腔室中并且构造为使得在磁场中线圈和磁体之间存在响应于顺应构件相对于壳体的移动的相对移动。电阻器与线圈电连通以形成电路。磁场中的线圈的相对移动在电路中感生产生相反磁场的电流，由此减少了传输的动力。

说明书

技术领域

本教导总体包括使用电动再生力管理车辆中的噪音和振动的系统。

背景技术

车辆具有几百个互连的部件。这些部件中的一个或多个相对于其他部件 的运动通过阻尼器和固定架管理。例如，由于汽缸中周期性的点火产生的发 动机的噪音和振动通过发动机固定架的使用来管理，以控制传输至车辆主 体。一些发动机固定架被认为是被动系统，因为它们依赖于液压或减振机构 管理噪音和振动传输，而非主动控制。另一些发动机固定架则被认为是主动 系统，因为电子控制器最终使用车辆操作参数的反馈控制发动机固定架的操 作。主动发动机固定架相比于被动发动机固定架通常更复杂且更昂贵。

发明内容

用于管理车辆中的噪音和振动的系统包括限定内腔室的壳体。顺应构件 附接至该壳体并进一步限定内腔室。磁体操作地在所述内腔室中固定至壳体 并且具有磁场。线圈被定位在腔室中并且被构造为使得磁场中存在响应于顺 应构件相对于壳体的移动的线圈和磁体之间的相对移动。

电阻器能够置于与线圈电连通以形成电路。线圈在磁场中的移动在电路 中感生产生与线圈和磁场之间的相对移动成比例的相反磁场的电流，由此减 下被传输的动力。

换句话说，感生电流产生与施加至顺应构件的力相反的再生力。因为感 生电流是自动产生的并且自动地与施加的力成比例，因此该系统被称为被动 系统。在其他实施例中，该系统能够是主动的，比如通过控制开关，该开关 在第一位置中允许将电流从电池供给线圈，并且在第二位置闭合具有电阻器 的电路。当开关处于第一位置中时，主动供给的电流能够产生线圈的额外的 运动。处理器能够执行存储的算法，通过该算法，处理器仅在预定的车辆操 作参数(比如，高于预定振动频率)期间将开关移动至第一位置以将电池置 于与线圈连通。

优选地，其中所述电路没有电子控制器。

优选地，该系统进一步包括：

隔膜，其操作地连接至所述线圈并且将所述内腔室至少部分地分隔为第 一部分和第二部分；其中所述第一部分在所述顺应构件和所述隔膜之间并且 容纳第一流体，所述第二部分容纳所述磁体、所述线圈和所述电阻器；其中 作用在所述顺应构件上的力通过所述第一流体被传递至所述隔膜，从而相对 于所述磁体和所述线圈中的所述一个移动所述磁体和所述线圈中的所述另 一个。

优选地，其中所述顺应构件是第一顺应构件，并且进一步包括：

液压阻尼器，其定位为在所述壳体中与所述隔膜并行；其中所述液压阻 尼器具有：

定位在所述第一部分中的结构，其限定通道并且将所述第一部分分 成第一流体腔室和第二流体腔室，并且所述通道流体地连接所述第一流体腔 室至所述第二流体腔室，和

第二顺应构件，其定位在所述第二流体腔室中并可操作响应于所述 第一流体通过所述通道的流动而改变所述第二流体腔室的容量。

优选地，该系统进一步包括：

电池；

开关，其能够在第一位置和第二位置之间移动以将所述电池与所述线圈 连接和断开；和

处理器，其操作地连接至所述开关和所述电池，并且构造为响应于至少 一个预定的操作参数而执行储存的算法以将所述开关移动至第一位置，由此 仅在开关处于所述第一位置中时从所述电池提供电流至所述线圈，以基于所 述至少一个预定操作参数影响所述线圈的的硬度或移动。

优选地，其中所述处理器和所述开关集成为电子控制模块。

根据本发明另一方面，提供一种车辆，包括：

第一车辆部件和第二车辆部件；

壳体，其操作地固定至所述第二车辆部件并且限定内腔室；

顺应构件，其附接至所述壳体并且进一步限定所述内腔室；

其中所述第一车辆部件被相对于所述第二车辆部件由所述顺应构件操 作地支撑，使得当所述第一车辆部件相对于所述第二车辆部件移动时，所述 顺应构件移动；

磁体，其操作地固定至所述壳体并且具有磁场；

线圈，其定位在所述腔室中并且构造为使得响应于所述顺应构件相对于 所述壳体的移动，在所述磁场中存在所述线圈和所述磁体之间的相对运动； 和

电阻器，其与所述线圈电连通以形成电路；在磁场中所述线圈和所述磁 体之间的相对移动在所述电路中感生产生与在所述磁场中所述线圈与所述 磁体之间的相对运动成比例的相反磁场。

优选地，其中所述电路没有电子控制器。

优选地，该车辆进一步包括：

隔膜，其操作地连接至所述线圈并且将所述内腔室至少部分地分隔为第 一部分和第二部分；其中所述第一部分在所述顺应构件和所述隔膜之间并且 容纳第一流体；并且其中所述第二部分容纳所述磁体、所述线圈和所述电阻 器。

优选地，其中所述顺应构件是第一顺应构件，并且进一步包括：

液压阻尼器，其定位为在所述壳体中与所述隔膜并行；其中所述液压阻 尼器具有：

定位在所述第一部分中的结构，其限定通道并且将所述第一部分分 成第一流体腔室和第二流体腔室，并且所述通道流体地连接所述第一流体腔 室至所述第二流体腔室，和

第二顺应构件，其定位在所述第二流体腔室中并可操作为响应于所 述第一流体通过所述通道的流动而改变所述第二流体腔室的容量。

优选地，该车辆进一步包括：

电池；

开关，其能够选择地在第一位置和第二位置之间移动；其中当开关处于 第一位置中时，线圈操作地连接到电池；其中当开关处于第二位置中时，线 圈操作地连接到电阻器；和

处理器，其操作地连接至所述开关和所述电池，并且构造为执行储存的 算法以响应于至少一个预定操作参数将所述开关移动至第一位置，由此仅在 开关处于所述第一位置中时从所述电池提供电流至所述线圈，以基于所述至 少一个预定操作参数影响所述线圈的硬度或移动。

优选地，其中所述处理器和所述开关集成为电子控制模块。

优选地，其中所述至少一个预定车辆操作参数是所述车辆部件中的一个 的振动频率；并且其中当所述车辆部件中的所述一个的所述振动频率高于预 定振动频率时，所述开关被移动至所述第一位置。

根据本发明的又一方面，提供一种管理车辆中的噪音和振动的方法，包 括：

确定所述车辆的至少一个操作参数；

当所述至少一个操作参数在第一预定数值范围内时，从电池向电动固定 架的线圈提供电流；其中所述电动固定架操作地连接第一车辆部件至第二车 辆部件；和

当所述至少一个操作参数在第二预定频率范围内时，在闭合电路中操作 地连接电阻器至所述线圈，由此由于所述线圈在所述磁体的磁场中的相对移 动在所述电路中感生电流。

优选地，其中所述提供电流是通过将开关移动至操作地连接所述电池和 所述线圈的第一位置实现的；其中当所述开关处于所述第一位置中时，所述 电阻器从所述线圈操作地断开；

其中，所述操作地连接电阻器至线圈是通过将开关移动至第二位置实现 的；并且其中当开关处于第二位置中时，电池从所述线圈操作地断开。

优选地，其中所述至少一个操作参数是所述第一车辆部件和所述第二车 辆部件中的一个的振动频率，并且其中所述第一预定数值范围是高于预定频 率的频率范围。

当结合附图时，本发明的上述特征和优势，以及其他特征和优势从下面 对用于实现本发明的最佳模式的详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1是具有通过被动电动固定架管理噪音和振动的系统的第一实施例的 车辆的局部剖视示意性图示。

图2是图1的电动固定架的磁体和线圈的示意性图示，用虚线示出了移 动至第二位置的线圈。

图3是图1的被动电动固定架的示意性图示。

图4是用于图1的车辆的具有根据本教导的替代方面的主动控制的电动 固定架的系统的第二实施例的示意性图示。

图5是示出了图1的系统的具有和不具有电阻器的情况下到车辆主体的 传输率与发动机的振动频率的示意性曲线图。

具体实施方式

参见附图，图1示出了车辆10，其包括第一车辆部件(其在本实施例中 为发动机12)，相对于第二车辆部件(其在本实施例中为车辆主体14)操作 地安装的。车辆部件并不限于发动机和车辆主体，而是能够为其间需要(被 动或主动地)管理振动和噪音传输的任何两个部件。例如，第一车辆部件可 以是变速器，而第二车辆部件可以是车辆框架。如本文中更详细地描述的， 车辆10包括振动和噪音管理系统16，该振动和噪音管理系统16包括电动固 定架18并利用感应电流产生的反电动势(即，再生力)影响操作性地连接 至发动机12的电动固定架18的运动，并由此减轻从发动机到车辆主体14 的噪音和振动传输。系统16能够是完全被动的。在图4示出的替代实施例 中，电动固定架18能够被主动地控制。虽然仅一个系统16被示出为操作地 连接至发动机12，但是类似的系统16能够用在发动机12相对于主体14安 装所在的其他位置处。

系统16包括限定内腔室22的壳体20。第一顺应构件24附接至壳体20 并且进一步限定内腔室22。壳体20可以是诸如钢等刚性材料，而顺应构件 24是柔性和弹性的材料，比如橡胶。壳体20以示意性的剖视图示出，并且 能够具有圆形、正方形或矩形的周边，或具有任何其他适合的形状。顺应构 件24具有允许顺应构件24的外周26摩擦地接合壳体20的内周28或通过 粘合剂粘合、结构粘合剂、紧固件或任何其他适合的器件固定至壳体20的 内周28的互补的形状。中央支撑件30被通过紧固件34固定至顺应构件24 并且被固定至支架32。支架32通过单独的紧固件38被固定至发动机12的 凸台36。任何其他适合的器件能够用于将发动机12固定至顺应构件24，使 得产生施加在系统16上的力39(由双向箭头表示)的发动机12的竖直运动 被传递至顺应构件24。

电动固定架18包括在腔室22中操作性地固定至壳体20的磁体40。磁 体40是永磁体。举个非限制性的示例，可假设磁体40被布置在图1中，从 而其具有延伸出图1所在的页面的磁力线的磁场。电动固定架18还包括定 位在腔室22中的线圈42。线圈42是环形线圈，其构造为可响应于顺应构件 24相对于壳体20的移动在在磁场中相对于磁体40运动，如下文中更详细描 述的。在要求保护的本发明的范围内的另一个实施例中，线圈42和磁体40 可构造为响应于顺应构件24相对于壳体20的移动，相对于线圈42移动磁 体40。在这样的实施例中，线圈42将固定至壳体20，并且磁体40将操作 地连接至顺应构件24。

线圈42以环形的构造缠绕并且具有第一端部44A和第二端部44B，第一 端部44A和第二端部44B通过电线电连接至电阻器46以形成闭合电路48。 线圈42相对于磁体40和磁体40的磁场的竖直移动将导致通过线圈42的磁 通量的改变。因为电阻器46被连接以与线圈42形成闭合电路，因此由于磁 通量的改变将在电路48中感应出电流以流动通过线圈42和电阻器46。根据 楞次定律，感生电流具有与造成磁通量中的改变的力相反的电动势(即，与 导致线圈42移动的力相反的力)。

电动固定架18包括隔膜50，该隔膜50在外周52处延伸至壳体20的内 壳体支撑部58，并且在在内周54处通过中央固定架56操作地连接至线圈 42。内壳体支撑部58相对于壳体20结构性地支撑隔膜50和磁体40。隔膜 50将内腔室22分隔为第一部分60和第二部分62。第一部分60在顺应构件 24和隔膜50之间并且容纳第一不可压缩流体64，比如包括乙二醇的液压流 体。第二部分62容纳磁体40、线圈42和电阻器46，并且被以空气填充。 作用在顺应构件24上的力通过第一流体64传递至隔膜50。因为线圈42通 过固定架56固定至隔膜50，因此当隔膜50由于作用在顺应构件24上的力 移动时，线圈42也移动。线圈42的移动程度取决于电动固定架18的硬度， 该硬度部分地取决于隔膜50的硬度。

线圈42在磁场中的移动在电路48中感生电流，该电流产生与通过线圈 42的磁通量的改变成比例的相反的磁场。换句话说，该相反的磁场与磁体 40的“母”磁场相反并且与线圈42在母磁场中的移动成比例。该相反的磁场 与线圈42上的净力相关，其总是与线圈42的移动方向相反并且不同相。因 为线圈42的移动与发动机12的移动成比例，这导致线圈上的相反的力。该 相反的力被传递至车辆主体14，这减小了由于发动机12的移动而被传输的 力。发动机12的振动和/或噪音可以是正弦函数形的，使得感生电流和相反 的力为正弦函数形的，并且沿与施加的力39相反的方向。因而，虽然系统 16是完全被动的，因为其不具有电子控制器以基于操作条件的反馈控制控制 被传输的噪音和振动，但是系统16提供振动减轻，其自动地与变化的施加 力成比例，因为感生电流与通过线圈42的磁通量的改变成比例。

图2示意性地示出了当线圈42由于图1中暂时向下施加的力39而从位 置A向下朝着磁体40移动至位置B(以虚线示出)时线圈42中的感生电流 产生的相反的力F。仅示出了线圈42在端部44A、44B处的上限70。磁通量 随着线圈42移动通过更多的环形母磁场72(仅示出了其部分)而增加。感 生电流I在线圈42中是顺时针的，因为感生电流I具有相反的磁场和相反 的合力F，该磁场与感生出电流的磁通量的变化相反，和相反的合力F与施 加的力39相反。

再次参见图1，可选的液压固定架76(也称为液压阻尼器)在壳体20 中与电动固定架18并行放置以将发动机噪音和振动到主体的传输进一步减 轻。液压固定架76在壳体20中与隔膜50并行定位。液压固定架76包括形 成通道78的内壳体支撑部58。内壳体支撑部58和通道78用作惯性轨道， 该惯性轨道将内腔室22的第一部分60分为第一流体腔室80和第二流体腔 室82，其中通道78流体地连接第一流体腔室80和第二流体腔室82。

液压固定架76包括定位在第二流体腔室82中的第二顺应构件84。第二 顺应构件84示出为固定至壳体20和支撑部58的波纹管，但是可以是任何 适合的顺应构件。第二顺应构件84是柔性的，并且因此可操作以响应于第 一流体64通过通道78的流动使第二流体腔室82的容量变化。当第一顺应 构件24由于发动机12的振动移动时，不可压缩流体64被迫使通过第一流 体腔室80和第二流体腔室82之间的通道78。箭头77表示从第一腔室80 移动至第二腔室82的流体64，其与第一顺应构件24上的暂时向下的力39 一致。在该情况中，第二顺应构件84朝着壳体20的底步向外弯曲进入在第 二顺应构件84的相反侧上的空气腔室86中，扩展了第二流体腔室82。空气 能够被迫使通过壳体20中的一个或多个开口88离开空气腔室86至大气环 境。当暂时的力39向上移动第一顺应构件24时，流体64还能够从第二流 体腔室82移动到第一流体腔室80，导致第二流体腔室82尺寸减小并且第二 顺应构件84远离壳体20弯曲，通过开口88将空气吸入空气腔室86中。因 为通道78是流体腔室80、82之间的限制部，并且当第一顺应构件24移动 时，流体64必须行进通过限制性通道78，因此通道78减慢了流体64在腔 室80、82之间的移动，并且进一步转轻了第一顺应构件24相对于壳体20 的移动，减少了噪音和振动向主体14的传输。

虽然液压固定架76在图1的振动和噪音管理系统16中被示出为与电动 固定架18并行，但是图3中示出的替代的振动和噪音管理系统16A仅包括 具有电阻器46而不具有电动控制器的被动电动固定架18。系统16A的电动 固定架18包括隔膜50、中央固定架56、支撑构件58、壳体20、线圈42和 磁体40。用于系统16A中的支撑构件58将不包括通道78。系统16A中的隔 膜50可以更大，以延伸到壳体20的内周28，并且支撑构件58可被取消， 因为没有液压固定架76。

图4示出了用于诸如车辆10的车辆的替代的振动和噪音管理系统16B， 其中除了可能通过电动固定架18A和电阻器46的进行被动控制，还可用振 动和噪音管理的主动控制。具体地，开关90由处理器92主动地控制，以响 应于预定的车辆操作参数选择地移动以执行被动模式或主动模式的。开关90 和处理器92被示出为集成在电子控制模块85中(在此也称为电子控制器)。 开关90和电阻器46设置在包括在电子控制模块85中的开关模块89上。替 代地，开关模块89可与电子控制模块85分开。处理器92通过导体96、98 操作地连接至开关90，电信号和电流可在所述导体96、98上传送。当在启 动主动模式的第一位置(以虚线示出为图4中的90A)中时，开关90闭合主 动模式电路以使得来自电池91的电流能够沿着导体87被供给至电动固定架 18A的线圈(类似于图1中示出的线圈42)，并且同时断开包括电阻器46的 被动模式电路。开关90被处理器92根据储存在处理器92上的算法移动， 处理器92执行该算法。电动控制模块85在地G处接地。如果需要，该算法 能够被构造为使得处理器92响应于来自发动机控制模块(ECM)94的控制信 号93或者响应于其他输入信号95将开关90移动至第一位置90A，以使得来 自电池91的电流能够被供给至线圈42而与线圈42的相对移动无关。例如， 即使没有线圈42和磁体40之间的相对运动，电流也能够被供给至线圈42 以由此改变电动固定架18A的硬度。所述算法还能够被构造为使得当线圈42 由于图1的顺应构件24上的力而移动时电池91提供电流至线圈42，其中供 给的电流被构造为其在线圈42中的方向产生与施加的力39相反的力。换句 话说，由线圈42在磁体40的母磁场中的自动进行的移动产生的感生电流能 够在主动和被动控制之间转换。可通过延伸通过类似于图1的壳体20的壳 体20的电连接器使用固定架18A的线圈42。导体97、99将通过电连接器把 线圈42连接至电连接器。包括开关90和电阻器46的电子控制模块85将移 动到壳体20外面。

处理器92可构造为基于作为信号93从ECM94输入到电子控制模块85 和作为来自车辆上与电子控制模块85电子通信的其他传感器或控制模块(未 示出)的信号95的操作参数来移动开关90。在示出的实施例中，举个非限 制性示例，作为输入信号93由ECM94供给的车辆操作参数包括由图1的发 动机12的转动产生的脉冲。举个非限定性示例，作为输入信号93或95供 给至电子控制模块85的的其他车辆操作参数包括发动机速度(比如以转每 分钟为单位)、发动机转矩(比如以牛米(N-m)为单位)、操作地连接至车 辆的变速器的档位状态和发动机温度。

储存的算法包括基于一个或多个输入信号93、95确定车辆10的一个或 多个操作参数。当一个或多个操作参数在第一预定数值范围内(比如，振动 频率高于预定频率)时，处理器92于是使得电流能够从电池91提供至电动 固定架18A的线圈42。当处理器92将开关90移动到第一位置90A时，电流 被从电池91提供。当开关90处于第一位置90A中时，电阻器46没有操作 地连接至线圈42(即，电阻器46从线圈42操作地断开)。另地，如果开关 90处于第一位置90A中，并且该算法确定操作参数不在第一预定数值范围 内，则处理器92将移动开关90至第二位置90B，这使得能够进行被动模式， 其中电池91不操作地连接至电动固定架18A(即，电池91从线圈42操作地 断开)并且电动固定架18A与电阻器46处于闭合电路中。

举个非限制性示例，算法能够从输入信号93、95确定发动机的振动频 率是否预期在第一频率范围内，或在第二频率范围内。例如，第一频率范围 能够为从0-200赫兹(在本文中称为值的第二预定范围)，并且第二频率范 围能够包括高于200赫兹的频率(在本文中称为第一数值范围)，但是其他 的频率范围能够被替代地使用。在第一频率范围中，由连接到闭合电路48 中的电阻46和电动固定架18的线圈42中的感生电流产生的相反力可足以 减轻振动。系统16B的振动管理因而在第一频率范围内是完全被动的。在第 一频率范围期间，开关90处于第二位置90B中。在第二频率范围中，处理 器92移动开关90置第一位置90A，以使电阻器电路断开并且电流以主动模 式主动地从电池90供给，从而产生电动固定架18的线圈的运动，由此可选 地增大相反力。图1示出的液压固定架76在主动控制系统16B中能够可选 地与电动固定架18A并行使用。

图5示出了向图1的电动固定架18增加电阻器46的效果。图5的曲线 图在Y轴上以主体14上的传输的力与顺应构件24上的发动机12的输入力 39的无量纲的比率显示了表示发动机振动到车辆主体14的预期传输率的数 学模型。单位为赫兹的发动机12的振动的轴向频率102表示在X轴上(其 中轴向频率是关于通过发动机12的曲柄轴的轴线的振动频率)。固定架16 的谐振导致传输率100高于在某个轴向频率范围中的传输率。曲线104示出 了当图1的电动固定架18不包括电阻器46时的传输率100，使得线圈42 不在闭合电路中并且没有感生电流能够在线圈42中流动。曲线106示出了 当在闭合电路中将电阻器46增加至线圈42时的传输率100，并且表明由于 感生电流的相反力，传输率100尤其在接近固定架18的谐振频率的频率范 围中被降低。

因而，通过在电动固定架18中增加电阻器46以与线圈42形成闭合电 路，被动噪音和振动控制在比如系统16和16A中是可能的。可选地，噪音 和振动能够通过增加开关90而被主动地管理，开关90被控制为使得能够选 择地向线圈42从电源91增加电流到电动固定架18A和/或切换到比如在系 统16B中的电动固定架18A的被动操作。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术 人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计 和实施例。