一种阻尼可调式自供能型主动悬架作动器的制作方法

本实用新型属于车辆减振装置技术领域，具体涉及一种阻尼可调式自供能型主动悬架作动器。

背景技术：

悬架系统是汽车的重要组成部分，它决定了车辆的平顺性和操纵稳定性。目前的汽车悬架主要分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。主动悬架和被动悬架、半主动悬架相比虽然可以使车辆具有更好的平顺性和操纵稳定性，但其高耗能的缺点至今没能得到有效地结决，难以普及，而且可控悬架往往占据很大的安装空间，这在很大程度上限制了可控悬架的应用。例如申请号为201310560418.3的中国专利“一种车辆一体式惯性悬架”将悬架系统集成，但是无法实现对车辆的主动控制，难以改善车辆的平顺性和操纵稳定性。又例如申请号为CN201520148667.6的中国专利“一种可产生电能、主动控制馈能减振装置”实现了对悬架系统的主动控制和振动能量的回收但是并没有对其进行结构集成，安装时占据很大空间。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种阻尼可调式自供能型主动悬架作动器，其结构紧凑，主动控制时的响应速度快，控制精准；馈能时产生电能多，能量转化率高；实用性强，使用效果好，使用前景广阔，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种阻尼可调式自供能型主动悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体和作动器控制系统，所述作动器本体包括工作缸筒、套装在工作缸筒外部的储油缸筒和连接在储油缸筒顶部开口上的上密封端盖，所述工作缸筒底部安装有电磁压缩阀和补偿阀，所述工作缸筒与储油缸筒之间设置有液压油，所述工作缸筒内设置有向上穿出上密封端盖外部的中空式活塞杆，所述中空式活塞杆的顶部固定连接有电机安装座，所述电机安装座上安装有直流无刷电机，所述中空式活塞杆的底部连接有下密封端盖，所述中空式活塞杆上固定连接有活塞，所述活塞将工作缸筒的内腔分隔为了位于活塞上部的活塞上腔和位于活塞下部的活塞下腔，所述活塞上腔和所述活塞下腔内均设置有液压油，所述活塞上安装有电磁伸张阀和流通阀，所述中空式活塞杆内设置有向下穿出下密封端盖外部后再依次穿出工作缸筒和储油缸筒且与工作缸筒和储油缸筒均固定连接的套筒，所述套筒内套装有向上伸出套筒外部的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上连接有滚珠丝杠螺母，所述套筒固定连接在滚珠丝杠螺母底部，所述滚珠丝杠的顶部通过加长螺母与直流无刷电机的轴连接；所述中空式活塞杆下端口内与套筒间设置有且用于对中空式活塞杆沿套筒的上下运动进行导向的下导向座，所述下导向座下部设置有套装在套筒上的下油封，所述工作缸筒上端口内与中空式活塞杆间设置有且用于对中空式活塞杆沿工作缸筒的上下运动进行导向的上导向座，所述上导向座上部设置有套装在中空式活塞杆上的上油封；所述电机安装座的顶部固定连接有上吊耳，所述套筒的底部固定连接有下吊耳；

所述作动器控制系统包括作动器控制器和电能存储电路，所述作动器控制器的输入端接有用于对非簧载质量速度进行实时检测的非簧载质量速度传感器和用于对簧载质量速度进行实时检测的簧载质量速度传感器，所述电能存储电路包括整流器，均与整流器连接的第一馈能支路和馈能调节电路，以及均与所述馈能调节电路连接的第二馈能支路和第三馈能支路；所述第一馈能支路包括依次连接的第一MOS开关触发驱动模块和第一DC-DC升压模块，所述第二馈能支路包括依次连接的第三MOS开关触发驱动模块、第一超级电容和第二MOS开关触发驱动模块，所述第三馈能支路包括依次连接的第四MOS开关触发驱动模块、第二超级电容、第五MOS开关触发驱动模块、第二DC-DC升压模块和蓄电池，所述馈能调节电路包括并联的第一馈能调节支路和第二馈能调节支路，所述第一馈能调节支路包括串联的第一继电器和电阻R1，所述第二馈能调节支路包括串联的第二继电器和电阻R2；所述第一DC-DC升压模块的输出端与第一超级电容连接，所述第二MOS开关触发驱动模块的输出端与第二DC-DC升压模块连接，所述蓄电池的输出端接有第六MOS开关触发驱动模块，所述第六MOS开关触发驱动模块的输出端接有用于为直流无刷电机供电的可控恒流源电路，所述第一MOS开关触发驱动模块、第三MOS开关触发驱动模块、第二MOS开关触发驱动模块、第四MOS开关触发驱动模块、第五MOS开关触发驱动模块、所述第六MOS开关触发驱动模块、第一继电器和第二继电器均与作动器控制器的输出端连接；所述整流器的输出端接有整流器电压传感器，所述第一超级电容的输出端接有第一超级电容电压传感器，所述第二超级电容的输出端接有第二超级电容电压传感器，所述整流器电压传感器、第一超级电容电压传感器和第二超级电容电压传感器的输出端均与作动器控制器的输入端连接；所述作动器控制器的输出端接有用于驱动电磁压缩阀的第一电磁阀驱动电路和用于驱动电磁伸张阀的第二电磁阀驱动电路，所述电磁压缩阀与第一电磁阀驱动电路的输出端连接，所述电磁伸张阀与第二电磁阀驱动电路的输出端连接。

上述的一种阻尼可调式自供能型主动悬架作动器，其特征在于：所述电机安装座的底部通过防尘罩固定螺栓固定连接有罩在储油缸筒上部的防尘罩。

上述的一种阻尼可调式自供能型主动悬架作动器，其特征在于：所述套筒的下部为实心轴结构且设置有用于与工作缸筒固定连接的第一阶梯轴部分和用于与储油缸筒固定连接的第二阶梯轴部分，所述第一阶梯轴部分和第二阶梯轴部分均设置有外螺纹，所述工作缸筒的底部中心位置处设置有用于与所述第一阶梯轴部分螺纹连接的内螺纹孔，所述第一阶梯轴部分的下端面与工作缸筒的底部内壁之间设置有工作缸筒密封垫片，所述第一阶梯轴部分设置有位于工作缸筒底部且用于紧固工作缸筒的工作缸筒紧固螺母；所述储油缸筒的底部中心位置处设置有用于与所述第二阶梯轴部分螺纹连接的内螺纹孔，所述第二阶梯轴部分的下端面与储油缸筒的底部内壁之间设置有储油缸筒密封垫片，所述第二阶梯轴部分设置有位于储油缸筒底部且用于紧固储油缸筒的工作缸筒紧固螺母。

上述的一种阻尼可调式自供能型主动悬架作动器，其特征在于：所述中空式活塞杆的外壁上设置有用于对活塞进行定位的轴肩，所述活塞的下端面卡在所述轴肩上，所述中空式活塞杆上设置有位于活塞顶部且用于紧固活塞的活塞紧固螺母。

上述的一种阻尼可调式自供能型主动悬架作动器，其特征在于：所述上密封端盖螺纹连接在储油缸筒顶部，所述直流无刷电机通过电机固定螺栓安装在电机安装座上，所述套筒通过丝杠螺母固定螺栓固定连接在滚珠丝杠螺母底部，所述电机安装座通过电机安装座固定螺栓固定连接在中空式活杆塞顶部；所述上吊耳焊接在电机安装座的顶部，所述套筒的底部外壁上设置有外螺纹，所述下吊耳的内壁上设置内螺纹，所述下吊耳与套筒螺纹连接并采用下吊耳紧固螺母进行紧固。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型采用并联设计将传统的悬架作动器和液压减震器合理集成，使悬架系统结构紧凑，极大的节省了悬架系统的安装空间。

2、本实用新型的主动控制时的响应速度快，控制精准；馈能时的能量传递效率高，产生电能多，能量转化率高。

3、本实用新型能够将悬架作动器在馈能模式下回收的振动能量用于主动控制，在满足能量平衡条件下，使悬架具有良好的减振性能的同时在一定程度上实现了悬架系统的自供能。

4、本实用新型的电磁压缩阀和电磁伸张阀能够根据悬架系统的不同工作模式向悬架系统提供不同的液压阻尼力，使作动器在主动模式时充分发挥主动控制力和馈能模式时弥补电磁阻尼力的不足。

5、本实用新型通过设计独特的电能存储电路，一方面实现了对微小电压能量的回收，减少了传统作动器的“死区”范围；另一方通过采用对两个单体超级电容交替充电的方法，减少了剧烈变化的电压对蓄电池的冲击，延长了蓄电池的使用寿命。

6、本实用新型使用时，当作动器控制器发生故障时，系统工作在被动模式，通过对变阻尼减振器的电磁压缩阀和电磁伸张阀开口大小的控制能实现传统悬架的作用，避免了作动器损坏车辆无法行驶的情况。

7、本实用新型的实用性强，使用效果好，在能量优化控制策略下，悬架具有良好的减振性能的同时，在一定程度上实现悬架系统的自供能，以提高车辆的燃油经济性；满足当前既能实现更好的减振又能产生足够馈能时所消耗电能的目的，使用前景广阔，便于推广使用。

综上所述，本实用新型的结构紧凑，主动控制时的响应速度快，控制精准；馈能时产生电能多，能量转化率高；实用性强，使用效果好，使用前景广阔，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型阻尼可调式自供能型主动悬架作动器的结构示意图。

图2为本实用新型悬架系统控制器与其它各部分的电路连接关系示意图。

附图标记说明:

1—下吊耳； 2—下吊耳紧固螺母； 3—电磁压缩阀；

4—工作缸筒紧固螺母； 5—工作缸筒密封垫片； 6—下密封端盖；

7—下油封； 8—下导向座； 9—电磁伸张阀；

10—上导向座； 11—上油封； 12—上密封端盖；

13—电机固定螺栓； 14—电机安装座固定螺栓；15—电机安装座；

16—直流无刷电机； 17—上吊耳； 18—直流无刷电机总线接口；

19—防尘罩固定螺栓； 20—防尘罩； 21—加长螺母；

22—滚珠丝杠螺母； 23—丝杠螺母固定螺栓； 24—滚珠丝杠；

25—套筒； 26—中空式活塞杆； 27—工作缸筒；

28—活塞紧固螺母； 29—活塞； 30—储油缸筒；

31—流通阀； 32—补偿阀； 33—储油缸筒密封垫片；

34—工作缸筒紧固螺母； 35—整流器； 36—第一MOS开关触发驱动模块；

37—第一DC-DC升压模块；38—第三MOS开关触发驱动模块；

39—第一超级电容； 40—电压传感器； 41—第二MOS开关触发驱动模块；

42—第二DC-DC升压模块；43—第六MOS开关触发驱动模块；

44—蓄电池； 45—第五MOS开关触发驱动模块； 46—作动器控制器；

47—第二超级电容电压传感器； 48—第二超级电容；

49—第四MOS开关触发驱动模块； 50—簧载质量速度传感器；

51—非簧载质量速度传感器； 52—整流器电压传感器；

54—可控恒流源电路； 55—第一电磁阀驱动电路；

56—第二电磁阀驱动电路； 57—第一继电器； 58—第二继电器。

具体实施方式

本实用新型的阻尼可调式自供能型主动悬架作动器，包括作动器本体和作动器控制系统，如图1所示，所述作动器本体包括工作缸筒27、套装在工作缸筒27外部的储油缸筒30和连接在储油缸筒30顶部开口上的上密封端盖12，所述工作缸筒27底部安装有电磁压缩阀3和补偿阀32，所述工作缸筒27与储油缸筒30之间设置有液压油，所述工作缸筒27内设置有向上穿出上密封端盖12外部的中空式活塞杆26，所述中空式活塞杆26的顶部固定连接有电机安装座15，所述电机安装座15上安装有直流无刷电机16，所述中空式活塞杆26的底部连接有下密封端盖6，所述中空式活塞杆26上固定连接有活塞29，所述活塞29将工作缸筒27的内腔分隔为了位于活塞29上部的活塞上腔和位于活塞29下部的活塞下腔，所述活塞上腔和所述活塞下腔内均设置有液压油，所述活塞29上安装有电磁伸张阀9和流通阀31，所述中空式活塞杆26内设置有向下穿出下密封端盖6外部后再依次穿出工作缸筒27和储油缸筒30且与工作缸筒27和储油缸筒30均固定连接的套筒25，所述套筒25内套装有向上伸出套筒25外部的滚珠丝杠24，所述滚珠丝杠24上连接有滚珠丝杠螺母22，所述套筒25固定连接在滚珠丝杠螺母22底部，所述滚珠丝杠24的顶部通过加长螺母21与直流无刷电机16的轴连接；所述中空式活塞杆26下端口内与套筒25间设置有且用于对中空式活塞杆26沿套筒25的上下运动进行导向的下导向座8，所述下导向座8下部设置有套装在套筒25上的下油封7，所述工作缸筒27上端口内与中空式活塞杆26间设置有且用于对中空式活塞杆26沿工作缸筒27的上下运动进行导向的上导向座10，所述上导向座10上部设置有套装在中空式活塞杆26上的上油封11；所述电机安装座15的顶部固定连接有上吊耳17，所述套筒25的底部固定连接有下吊耳1；

如图2所示，所述作动器控制系统包括作动器控制器46和电能存储电路，所述作动器控制器46的输入端接有用于对非簧载质量速度进行实时检测的非簧载质量速度传感器51和用于对簧载质量速度进行实时检测的簧载质量速度传感器50，所述电能存储电路包括整流器35，均与整流器35连接的第一馈能支路和馈能调节电路，以及均与所述馈能调节电路连接的第二馈能支路和第三馈能支路；所述第一馈能支路包括依次连接的第一MOS开关触发驱动模块36和第一DC-DC升压模块37，所述第二馈能支路包括依次连接的第三MOS开关触发驱动模块38、第一超级电容39和第二MOS开关触发驱动模块41，所述第三馈能支路包括依次连接的第四MOS开关触发驱动模块49、第二超级电容48、第五MOS开关触发驱动模块45、第二DC-DC升压模块42和蓄电池44，所述馈能调节电路包括并联的第一馈能调节支路和第二馈能调节支路，所述第一馈能调节支路包括串联的第一继电器57和电阻R1，所述第二馈能调节支路包括串联的第二继电器58和电阻R2；所述第一DC-DC升压模块37的输出端与第一超级电容39连接，所述第二MOS开关触发驱动模块41的输出端与第二DC-DC升压模块42连接，所述蓄电池44的输出端接有第六MOS开关触发驱动模块43，所述第六MOS开关触发驱动模块43的输出端接有用于为直流无刷电机16供电的可控恒流源电路54，所述第一MOS开关触发驱动模块36、第三MOS开关触发驱动模块38、第二MOS开关触发驱动模块41、第四MOS开关触发驱动模块49、第五MOS开关触发驱动模块45、所述第六MOS开关触发驱动模块43、第一继电器57和第二继电器58均与作动器控制器46的输出端连接；所述整流器35的输出端接有整流器电压传感器52，所述第一超级电容39的输出端接有第一超级电容电压传感器40，所述第二超级电容48的输出端接有第二超级电容电压传感器47，所述整流器电压传感器52、第一超级电容电压传感器40和第二超级电容电压传感器47的输出端均与作动器控制器46的输入端连接；所述作动器控制器46的输出端接有用于驱动电磁压缩阀3的第一电磁阀驱动电路55和用于驱动电磁伸张阀9的第二电磁阀驱动电路56，所述电磁压缩阀3与第一电磁阀驱动电路55的输出端连接，所述电磁伸张阀9与第二电磁阀驱动电路56的输出端连接。

本实施例中，如图1所示，所述电机安装座15的底部通过防尘罩固定螺栓19固定连接有罩在储油缸筒30上部的防尘罩20。

本实施例中，如图1所示，所述套筒25的下部为实心轴结构且设置有用于与工作缸筒27固定连接的第一阶梯轴部分和用于与储油缸筒30固定连接的第二阶梯轴部分，所述第一阶梯轴部分和第二阶梯轴部分均设置有外螺纹，所述工作缸筒27的底部中心位置处设置有用于与所述第一阶梯轴部分螺纹连接的内螺纹孔，所述第一阶梯轴部分的下端面与工作缸筒27的底部内壁之间设置有工作缸筒密封垫片5，所述第一阶梯轴部分设置有位于工作缸筒27底部且用于紧固工作缸筒27的工作缸筒紧固螺母4；所述储油缸筒30的底部中心位置处设置有用于与所述第二阶梯轴部分螺纹连接的内螺纹孔，所述第二阶梯轴部分的下端面与储油缸筒30的底部内壁之间设置有储油缸筒密封垫片33，所述第二阶梯轴部分设置有位于储油缸筒30底部且用于紧固储油缸筒30的工作缸筒紧固螺母34。

本实施例中，如图1所示，所述中空式活塞杆26的外壁上设置有用于对活塞29进行定位的轴肩，所述活塞29的下端面卡在所述轴肩上，所述中空式活塞杆26上设置有位于活塞29顶部且用于紧固活塞29的活塞紧固螺母28。

本实施例中，如图1所示，所述上密封端盖12螺纹连接在储油缸筒30顶部，所述直流无刷电机16通过电机固定螺栓13安装在电机安装座15上，所述套筒25通过丝杠螺母固定螺栓23固定连接在滚珠丝杠螺母22底部，所述电机安装座15通过电机安装座固定螺栓14固定连接在中空式活杆塞26顶部；所述上吊耳17焊接在电机安装座15的顶部，所述套筒25的底部外壁上设置有外螺纹，所述下吊耳1的内壁上设置内螺纹，所述下吊耳1与套筒25螺纹连接并采用下吊耳紧固螺母2进行紧固。具体实施时，所述储油缸筒30的顶部内壁上设置有内螺纹，所述上密封端盖12的外壁上设置有外螺纹，所述上密封端盖12通过设置在其外壁上的外螺纹和设置在储油缸筒30顶部内壁上的有内螺纹螺纹连接在储油缸筒30顶部。

具体实施时，直流无刷电机总线接口18设置在直流无刷电机16的侧面。

本实用新型使用时，当处于被动馈能模式时，作动器控制器46控制第六MOS开关触发驱动模块43处于断开状态，车辆行驶在不平路面上时，上吊环17与下吊环1产生的相对直线运动，经由滚珠丝杠24和滚珠丝杠螺母22构成的滚珠丝杠副的传递作用，将上吊环17与下吊环1间的相对直线运动，转变为直流无刷电机16的电机转子的旋转运动，直流无刷电机16作为发电机工作具体而言，当上吊环17与下吊环1向上或向下运动时，套筒25向上或向下运动，带动滚珠丝杠螺母22向上或向下运动，滚珠丝杠螺母22带动滚珠丝杠24旋转，滚珠丝杠24带动直流无刷电机16的轴旋转；直流无刷电机16作为发电机工作后产生感应交流电流，感应交流电流首先经过整流器35进行整流成为稳定的直流电，当作动器控制器46检测到整流器35的输出电压小于2.7V时，作动器控制器46控制第一MOS开关触发驱动模块36导通，并控制第三MOS开关触发驱动模块38和第四MOS开关触发驱动模块49断开，整流器35输出的电压经第一DC-DC升压模块37升压至2.7V后暂时储存在第一超级电容39中；当作动器控制器46检测到整流器35整流器35的输出电压不小于2.7V时，作动器控制器46分别检测第一超级电容39和第二超级电容48的输出电压是否达到2.7V，当第一超级电容39的输出电压达到2.7V时，第一超级电容39为放电状态，第二超级电容48为充电状态，作动器控制器46控制第一MOS开关触发驱动模块36、第三MOS开关触发驱动模块38和第五MOS开关触发驱动模块45断开，并控制第二MOS开关触发驱动模块41和第四MOS开关触发驱动模块49导通，整流器35的输出电能流经第四MOS开关触发驱动模块49后暂时储存在第二超级电容48中，而第一超级电容39储存的电能流经第二MOS开关触发驱动模块41后，再经第二DC-DC升压模块42升压，对蓄电池44充电；当第二超级电容48的输出电压达到2.7V时，第二超级电容48为放电状态，第一超级电容39为充电状态，作动器控制器46控制第一MOS开关触发驱动模块36、第二MOS开关触发驱动模块41、第四MOS开关触发驱动模块49断开，第三MOS开关触发驱动模块38和第五MOS开关触发驱动模块45导通，整流器35的输出电能流经第三MOS开关触发驱动模块38后暂时储存在第一超级电容39中，而第二超级电容48储存的电能流经第五MOS开关触发驱动模块45后，再经第二DC-DC升压模块42升压，对蓄电池44充电；这样就实现了对第一超级电容39和第二超级电容48的交替充电；

被动馈能模式下，当悬架作动器处于压缩运动状态时，作动器控制器46通过第一电磁阀驱动电路55驱动电磁压缩阀3打开小口，同时，流通阀31全开，所述活塞下腔的容积减小，所述活塞下腔内的液压油一部分经流通阀31流到所述活塞上腔内，由于所述活塞上腔被中空式活塞杆26占去一部分容积，部分液压油经电磁压缩阀3流进储油缸筒30，虽然流通阀31的预紧力小，但电磁压缩阀3的开口小，所以此时悬架作动器会产生大的液压阻尼；例如，具体实施时，此时的液压阻尼为1500N·s/m；当悬架作动器处于伸张运动状态时，作动器控制器46通过第二电磁阀驱动电路56驱动电磁伸张阀9打开小口，同时，补偿阀32全开，所述活塞上腔的容积减小，所述活塞上腔的液压油经电磁伸张阀9流到所述活塞下腔内，由于所述活塞上腔中有中空式活塞杆26的存在，所述活塞下腔会形成一定的真空，此时储油缸筒30的部分液压油经补偿阀32流向所述活塞下腔，虽然补偿阀32的预紧力小，但电磁伸张阀9的开口小，所以此时悬架作动器会产生大的液压阻尼；例如，具体实施时，此时的液压阻尼为1500N·s/m；

主动控制模式下，当悬架作动器处于压缩运动状态时，作动器控制器46通过第一电磁阀驱动电路55驱动电磁压缩阀3打开最大口，同时，流通阀31全开，所述活塞下腔的容积减小，所述活塞下腔内的液压油一部分经流通阀31流到所述活塞上腔内，由于所述活塞上腔被中空式活塞杆26占去一部分容积，部分液压油经电磁压缩阀3流进储油缸筒30，由于电磁压缩阀3全开且流通阀31预紧力小，所以此时悬架作动器只产生小的液压阻尼；例如，具体实施时，此时的液压阻尼为700N·s/m；当悬架作动器处于伸张运动状态时，作动器控制器46通过第二电磁阀驱动电路56驱动电磁伸张阀9打开最大口，同时，补偿阀32全开，所述活塞上腔的容积减小，所述活塞上腔的液压油经电磁伸张阀9流到所述活塞下腔内，由于所述活塞上腔中有中空式活塞杆26的存在，所述活塞下腔会形成一定的真空，此时储油缸筒30的部分液压油经补偿阀32流向所述活塞下腔，由于电磁伸张阀9全开且补偿阀32预紧力小，所以此时悬架作动器只产生小的液压阻尼；例如，具体实施时，此时的液压阻尼为700N·s/m。

综上所述，本实用新型通过设计独特的电能存储电路，一方面实现了对微小电压能量的回收，减少了传统作动器的“死区”范围；另一方通过采用对两个单体超级电容交替充电的方法，减少了剧烈变化的电压对蓄电池的冲击，延长了蓄电池的使用寿命；本实用新型能够将悬架作动器在馈能模式下回收的振动能量用于主动控制，在满足能量平衡条件下，使悬架具有良好的减振性能的同时在一定程度上实现了悬架系统的自供能。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。