本发明涉及汽车悬架系统部件，特别涉及一种阻尼可调的能量回馈式汽车主动悬架电磁减振装置。
二、
背景技术：
减振器是汽车悬架系统的重要零部件，其主要功能是吸收路面不平产生的振动，缓解路面带来的冲击，满足汽车运行过程中的乘坐舒适性和操纵稳定性要求。目前在汽车上常用的筒式液压减振器是利用活塞在活塞缸中运动时油液与活塞孔之间的摩擦以及油液分子间的内摩擦形成阻尼力，使汽车的振动能量转化为油液的热能，再由减振器散发到大气中。这种方式无法对振动的能量进行有效回收，造成了能量的浪费。同时，汽车在不同等级的路面上行驶以及加速、减速和转向等不同的工况下，车辆对减振器阻尼大小的要求不同，而传统的筒式液压减振器无法根据行车工况实时进行阻尼调节，限制了车辆乘坐舒适性和操纵稳定性的提高。
经文献检索发现，中国国家知识产权专利局于2005年1月5日公开了一项公开号为cn1559819a，名称为“车辆悬架用能量回馈型电磁减振装置”的专利申请。该技术提出利用直线发电机、电力变换器和能量存储单元进行能量回馈，通过控制功率晶体管的通断调节直线发电机的阻尼，但其阻尼仅能实现两级可调，且电路结构的安全性不高。中国国家知识产权局专利局于2012年10月05日公开了一项公开号为cn102700378a，名称为“电磁馈能型半主动悬架馈能阻尼实时控制装置及方法”的专利申请。该技术通过馈能电机、行星齿轮升速机构、滚珠丝杠和馈能控制电路实现能量回馈，通过改变馈能电机的充电电压对阻尼进行分级控制，但是所采用的滚珠丝杠机构和行星齿轮机构具有一定的机械传动损失，降低了减振器的能量回收效率。
三、
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种阻尼可调的能量回馈式汽车主动悬架电磁减振装置。
本发明安装在汽车的悬架系统中并与车载电子控制单元ecu以及车载蓄电池相连接，其技术方案是由电磁减振器、控制电路、加速度传感器、陀螺仪传感器组成；
所述电磁减振器由定子外筒、线圈绕组、动子拉杆、磁轭筒、永磁体、防尘罩、缓冲垫片、下吊耳、滑动轴承、上吊耳组成；定子外筒为软磁材料制作的筒体，在其外圆柱面上设置等距、均布的环形槽，在每个环形槽中安装线圈绕组；在定子外筒的外圆柱面上安装防尘罩，用于线圈绕组的防尘；每组线圈绕组首端a和尾端b穿过防尘罩上的小孔通过导线与控制电路相连接，构成电磁减振器的定子；动子拉杆是一端带有丁字凸台，一端有连接螺纹的阶梯轴，动子拉杆的阶梯轴上固定安装磁轭筒，由丁字凸台定位；磁轭筒为软磁材料制作的筒体，在筒体上固定安装等距、均布的环形永磁体，环形永磁体外径与定子外筒的内腔直径相匹配，构成电磁减振器的动子；滑动轴承带有法兰端面，其外圆与定子外筒的内腔相匹配，其内孔与动子拉杆杆体的移动部分的直径相匹配；将由动子拉杆、磁轭筒、永磁体组成的电磁减振器的动子，安装进定子外筒内腔构成间隙配合，将滑动轴承安装进动子拉杆的移动杆体，通过滑动轴承的法兰端面用螺钉固定在定子外筒内腔的上端面，上吊耳通过螺纹固定安装在动子拉杆上；在定子外筒的下端固定安装下吊耳，缓冲垫片固定安装在下吊耳内壁；上吊耳与汽车簧载质量相连接，下吊耳与汽车非簧载质量相连接；
所述的控制电路是由线圈绕组调节电路、变压器和整流稳压电路组成，并与车载电子控制单元ecu连接；其中线圈绕组调节电路是由每一组线圈绕组与相对应的双向触发三极管以及变压器初级线圈的a端相连接组成，线圈绕组有首端a和尾端b两个接头，线圈绕组的a端与双向触发三极管的输入极i相连接，双向触发三极管的输出极o与变压器初级线圈的a端相连，线圈绕组的b端与变压器初级线圈的b端相连接，双向触发三极管的栅极s与车载电子控制单元ecu相连接；变压器的次级线圈与整流稳压电路相连接；加速度传感器和陀螺仪传感器安装在车身上，通过信号线与车载电子控制单元ecu相连接；
所述的整流稳压电路由二极管d组成的整流桥、电容c、电阻r、稳压二极管d1组成的整流电路连接到变压器的次级端构成，并与车载蓄电池相连接；变压器的次级线圈的a端和b端分别通过导线接入整流稳压电路的整流桥的两个交流输入端；整流稳压电路的两个直流输出端分别通过导线与车载蓄电池的正极和负极相连接。
本发明产生的有益效果是：
(1)通过电磁减振器和控制电路实现能量回收，无需进行运动形式的变换，减少了机械传动损失，提高了能量回收效率。
(2)利用线圈绕组调节电路实现了电磁减振器阻尼的多级调节，可靠性和精确性高，可以满足不同行车工况的要求。
(3)利用加速度传感器进行路面不平度等级的监测和控制效果的反馈，提高了汽车在不同等级路面上行驶时的乘坐舒适性。
(4)利用陀螺仪传感器进行车身角度的监测和控制效果的反馈，提高了汽车在加速、减速、转向等不同行驶工况下的操纵稳定性。
四、附图说明
图1为本发明的电磁减振器结构示意图的剖视图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明的系统运行控制示意图。
附图标记：
1、定子外筒1-1、线圈绕组1-2、线圈绕组1-n、线圈绕组2、动子拉杆2-1、磁轭筒2-2、永磁体3、防尘罩4、缓冲垫片5、下吊耳6、导线7、滑动轴承8、上吊耳9、车载蓄电池10、整流稳压电路11、变压器12、线圈绕组调节电路12-1、双向触发三极管12-2、双向触发三极管12-n、双向触发三极管13、加速度传感器14、陀螺仪传感器15、车载电子控制单元ecu
五、具体实施方式
1、实施方式一：
下面结合附图详细描述本发明的实施过程，如图1、图2、图3所示。
本发明安装在汽车的悬架系统中并与车载电子控制单元ecu15以及车载蓄电池9相连接，是由电磁减振器、控制电路、加速度传感器13、陀螺仪传感器14组成。
如图1所示，所述电磁减振器由定子外筒1、线圈绕组、动子拉杆2、磁轭筒2-1、永磁体、防尘罩3、缓冲垫片4、下吊耳5、滑动轴承7、上吊耳8和螺钉组成；定子外筒1为软磁材料制作的筒体，在其外圆柱面上加工等距、均匀分布的环形槽，在每个环形槽中安装线圈绕组；定子外筒1的外圆柱面上安装有防尘罩3，用于线圈绕组的防尘；每组线圈绕组首端a和尾端b穿过防尘罩3上的小孔通过导线6与控制电路连接，构成电磁减振器的定子；
动子拉杆2是一端带有丁字凸台，一端有连接螺纹的阶梯轴，动子拉杆的阶梯轴上固定安装磁轭筒2-1，由丁字凸台定位；磁轭筒2-1为软磁材料制作的筒体，在筒体上固定安装等距、均布的环形永磁体2-2，环形永磁体2-2外径与定子外筒1的内腔直径相匹配，构成电磁减振器的动子；
滑动轴承7带有法兰端面，其外圆与定子外筒1的内腔相匹配，其内孔与动子拉杆2杆体的移动部分的直径相匹配；将由动子拉杆2、磁轭筒2-1、环形永磁体2-2组成的电磁减振器的动子，安装进定子外筒1内腔构成间隙配合，将滑动轴承7安装进动子拉杆2的移动杆体，通过滑动轴承7的法兰端面用螺钉固定在定子外筒1内腔的上端面，上吊耳8通过螺纹固定安装在动子拉杆2上；在定子外筒1的下端固定安装下吊耳5，缓冲垫片4固定安装在下吊耳5内壁；上吊耳8与汽车簧载质量连接，下吊耳5与汽车非簧载质量连接；
所述的控制电路是由线圈绕组调节电路12、变压器11和整流稳压电路10组成，并与车载电子控制单元ecu15相连接；其中线圈绕组调节电路12是由每一组线圈绕组与相对应的双向触发三极管以及变压器11初级线圈的a端连接组成，线圈绕组有a端和b端两个接头，线圈绕组的a端与双向触发三极管的输入极i相连接，双向触发三极管的输出极o与变压器11初级线圈的a端相连，线圈绕组的b端与变压器11初级线圈的b端相连接，双向触发三极管的栅极s与车载电子控制单元ecu15连接；变压器11的次级线圈与整流稳压电路10相连接；加速度传感器13和陀螺仪传感器14安装在车身上，通过信号线与车载电子控制单元ecu15相连接；
所述的整流稳压电路10由二极管d组成的整流桥、电容c、电阻r、稳压二极管d1组成的整流电路连接到变压器11的次级端构成，并与车载蓄电池9相连接；变压器11的次级线圈的a端和b端分别通过导线接入整流稳压电路10的整流桥的两个交流输入端；整流稳压电路10的两个直流输出端分别通过导线与车载蓄电池9的正极和负极相连接。
2、实施方式二：
本发明应用于由20个线圈绕组组成的电磁减振器构成的，一种阻尼可调的能量回馈式汽车主动悬架电磁减振装置的实施方式。
如图1、图2、图3所示，本发明安装在汽车的悬架系统中并与车载电子控制单元ecu15以及车载蓄电池9相连接，是由电磁减振器、控制电路、加速度传感器13、陀螺仪传感器14组成。
如图1所示，所述电磁减振器由定子外筒1、线圈绕组1-1至1-20(n＝20)、动子拉杆2、磁轭筒2-1、永磁体2-2、防尘罩3、缓冲垫片4、下吊耳5、滑动轴承7、上吊耳8和螺钉组成；定子外筒1为软磁材料制作的筒体，在其外圆柱面上加工有20个等距、均匀分布的环形槽，在每个环形槽中分别安装线圈绕组1-1至1-20；定子外筒1的外圆柱面上安装有防尘罩3，用于线圈绕组1-1至1-20的防尘；每组线圈绕组首端a和尾端b穿过防尘罩3上的小孔通过导线6与控制电路连接，构成电磁减振器的定子；
动子拉杆2是一端带有丁字凸台，一端有连接螺纹的阶梯轴，动子拉杆的阶梯轴上固定安装磁轭筒2-1，由丁字凸台定位；磁轭筒2-1为软磁材料制作的筒体，在筒体上固定安装等距、均布的环形永磁体2-2，环形永磁体2-2外径与定子外筒1的内腔直径相匹配，构成电磁减振器的动子；
滑动轴承7带有法兰端面，其外圆与定子外筒1的内腔相匹配，其内孔与动子拉杆2杆体的移动部分的直径相匹配；将由动子拉杆2、磁轭筒2-1、环形永磁体2-2组成的电磁减振器的动子，安装进定子外筒1内腔构成间隙配合，将滑动轴承7安装进动子拉杆2的移动杆体，通过滑动轴承7的法兰端面用螺钉固定在定子外筒1内腔的上端面，上吊耳8通过螺纹固定安装在动子拉杆2上；在定子外筒1的下端固定安装下吊耳5，缓冲垫片4固定安装在下吊耳5内壁；上吊耳8与汽车簧载质量连接，下吊耳5与汽车非簧载质量连接；
所述的控制电路是由线圈绕组调节电路12、变压器11和整流稳压电路10组成，并与车载电子控制单元ecu15连接；其中线圈绕组调节电路12是由每一组线圈绕组1-1至1-20与相对应的双向触发三极管12-1至12-20以及变压器11初级线圈的a端连接组成，每一组线圈绕组1-1至1-20有a端和b端两个接头，每一组线圈绕组1-1至1-20的a端与相对应的双向触发三极管12-1至12-20的输入极i相连接，每一个双向触发三极管12-1至12-20的输出极o与变压器11初级线圈的a端相连，每一组线圈绕组1-1至1-20的b端与变压器11初级线圈的b端相连接，每一个双向触发三极管12-1至12-20的栅极s与车载电子控制单元ecu15连接；变压器11的次级线圈与整流稳压电路10相连接；加速度传感器13和陀螺仪传感器14安装在车身上，通过信号线与车载电子控制单元ecu15相连接；
所述的整流稳压电路10由二极管d组成的整流桥、电容c、电阻r、稳压二极管d1组成的整流电路连接到变压器11的次级端构成，并与车载蓄电池9相连接；变压器11的次级线圈的a端和b端分别通过导线接入整流稳压电路10的整流桥的两个交流输入端；整流稳压电路10的两个直流输出端分别通过导线与车载蓄电池9的正极和负极连接。
本发明应用于由20个线圈绕组组成的电磁减振器构成的，一种阻尼可调的能量回馈式汽车主动悬架电磁减振装置的运行过程：
在汽车行驶过程中，由于路面不平和加速、减速、制动等原因，车辆的簧载质量和非簧载质量的相对位置不断变化，导致电磁减振器的动子部分和定子部分发生相对运动，定子外筒1上的线圈绕组1-1至1-20不断切割动子上的永磁体2-2产生的磁感线，由电磁感应原理在线圈绕组1-1至1-20中感应出单相交变电流，该电流经过线圈绕组调节电路12和整流稳压电路10转变成直流电存储在车载蓄电池9中，从而将电磁减振器往复移动的动能转变为电能，实现了能量的回馈。永磁体2-2和线圈绕组1-1至1-20之间的电磁力形成了电磁减振器的阻尼。回馈的电能可以直接供给车辆的电子电气设备使用。
当路面不平度等级发生变化时，由安装在车身上的加速度传感器13输出车身振动加速度信号，经由车载电子控制单元ecu15处理后得到路面不平度等级信息，并计算得到此时减振器所需提供的最佳阻尼力，进而得到需要接入线圈绕组调节电路12的线圈绕组数量信号，并将此信号转变成高低电位数字信号，然后输出数字信号给线圈绕组调节电路12中每个双向触发三极管12-1至12-20的栅极s，控制每个双向触发三极管12-1至12-20的通断。当数字信号为高电位时，双向触发三极管导通，与双向触发三极管的输入极i相连的线圈绕组导通，感应出电流并产生阻尼力；当数字信号为低电位时，双向触发三极管断开，与双向触发三极管的输入极i相连的线圈绕组断开，无法感应出电流并产生阻尼力。因此可以通过接入控制电路中的线圈绕组1-1至1-20的数量调节电磁减振器的阻尼力，从而适应不同等级路面的要求，提高汽车的乘坐舒适性。通过加速度传感器13输出的车身振动加速度信号可以实现反馈控制。
当车身由于加速、减速、转向等原因出现俯仰和侧倾时，由安装在车身上的陀螺仪传感器14输出车身角度位移信号，经由车载电子控制单元ecu15处理后计算得到此时减振器所需提供的最佳阻尼力，输出控制信号给线圈绕组调节电路12，调节减振器的阻尼力；左、右两侧及前、后两侧的四个减振器的阻尼力可以独立控制，从而调节车身的角度，提高汽车的操纵稳定性。通过陀螺仪传感器14输出的车身角度位移信号可以实现反馈控制。
3、实施方式三：
本发明应用于由16个线圈绕组组成的电磁减振器构成的，一种阻尼可调的能量回馈式汽车主动悬架电磁减振装置的实施方式。
如图1、图2、图3所示，本发明安装在汽车的悬架系统中并与车载电子控制单元ecu15以及车载蓄电池9连接，是由电磁减振器、控制电路、加速度传感器13、陀螺仪传感器14组成。
如图1所示，所述电磁减振器由定子外筒1、线圈绕组1-1至1-16(n＝16)、动子拉杆2、磁轭筒2-1、永磁体2-2、防尘罩3、缓冲垫片4、下吊耳5、滑动轴承7、上吊耳8和螺钉组成；定子外筒1为软磁材料制作的筒体，在其外圆柱面上加工有16个等距、均匀分布的环形槽，在每个环形槽中分别安装线圈绕组1-1至1-16；定子外筒1的外圆柱面上安装有防尘罩3，用于线圈绕组1-1至1-16的防尘；每组线圈绕组首端a和尾端b穿过防尘罩3上的小孔通过导线6与控制电路连接，构成电磁减振器的定子；
动子拉杆2是一端带有丁字凸台，一端有连接螺纹的阶梯轴，动子拉杆的阶梯轴上固定安装磁轭筒2-1，由丁字凸台定位；磁轭筒2-1为软磁材料制作的筒体，在筒体上固定安装等距、均布的环形永磁体2-2，环形永磁体2-2外径与定子外筒1的内腔直径相匹配，构成电磁减振器的动子；
滑动轴承7带有法兰端面，其外圆与定子外筒1的内腔相匹配，其内孔与动子拉杆2杆体的移动部分的直径相匹配；将由动子拉杆2、磁轭筒2-1、环形永磁体2-2组成的电磁减振器的动子，安装进定子外筒1内腔构成间隙配合，将滑动轴承7安装进动子拉杆2的移动杆体，通过滑动轴承7的法兰端面用螺钉固定在定子外筒1内腔的上端面，上吊耳8通过螺纹固定安装在动子拉杆2上；在定子外筒1的下端固定安装下吊耳5，缓冲垫片4固定安装在下吊耳5内壁；上吊耳8与汽车簧载质量连接，下吊耳5与汽车非簧载质量相连接；
所述的控制电路是由线圈绕组调节电路12、变压器11和整流稳压电路10组成，并与车载电子控制单元ecu15连接；其中线圈绕组调节电路12是由每一组线圈绕组1-1至1-16与相对应的双向触发三极管12-1至12-16以及变压器11初级线圈的a端连接组成，每一组线圈绕组1-1至1-16有a端和b端两个接头，每一组线圈绕组1-1至1-16的a端与相对应的双向触发三极管12-1至12-16的输入极i相连接，每一个双向触发三极管12-1至12-16的输出极o与变压器11初级线圈的a端相连，每一组线圈绕组1-1至1-16的b端与变压器11初级线圈的b端相连接，每一个双向触发三极管12-1至12-16的栅极s与车载电子控制单元ecu15连接；变压器11的次级线圈与整流稳压电路10相连接；加速度传感器13和陀螺仪传感器14安装在车身上，通过信号线与车载电子控制单元ecu15相连接；
所述的整流稳压电路10可选用单相整流桥模块mdq100-12及稳压模块lm2596组成的整流电路连接到变压器11的次级端构成，并与车载蓄电池9相连接；变压器11的次级线圈的a端和b端分别通过导线接入单相整流桥模块mdq100-12的两个交流输入端，单相整流桥模块mdq100-12的两个输出端分别接入稳压模块lm2596的两个输入端，最终稳压模块lm2596的两个直流输出端分别与车载蓄电池9的正极和负极相连接。
本发明应用于由16个线圈绕组组成的电磁减振器构成的，一种阻尼可调的能量回馈式汽车主动悬架电磁减振装置的运行过程：
在汽车行驶过程中，由于路面不平和加速、减速、制动等原因，车辆的簧载质量和非簧载质量的相对位置不断变化，导致电磁减振器的动子部分和定子部分发生相对运动，定子外筒1上的线圈绕组1-1至1-16不断切割动子上的永磁体2-2产生的磁感线，由电磁感应原理在线圈绕组1-1至1-16中感应出单相交变电流，该电流经过线圈绕组调节电路12和整流稳压电路10转变成直流电存储在车载蓄电池9中，从而将电磁减振器往复移动的动能转变为电能，实现了能量的回馈。永磁体2-2和线圈绕组1-1至1-16之间的电磁力形成了电磁减振器的阻尼。回馈的电能可以直接供给车辆的电子电气设备使用。
当路面不平度等级发生变化时，由安装在车身上的加速度传感器13输出车身振动加速度信号，经由车载电子控制单元ecu15处理后得到路面不平度等级信息，并计算得到此时减振器所需提供的最佳阻尼力，进而得到需要接入线圈绕组调节电路12的线圈绕组数量信号，并将此信号转变成高低电位数字信号，然后输出数字信号给线圈绕组调节电路12中每个双向触发三极管12-1至12-16的栅极s，控制每个双向触发三极管12-1至12-16的通断。当数字信号为高电位时，双向触发三极管导通，与双向触发三极管的输入极i相连的线圈绕组导通，感应出电流并产生阻尼力；当数字信号为低电位时，双向触发三极管断开，与双向触发三极管的输入极i相连的线圈绕组断开，无法感应出电流并产生阻尼力。因此可以通过接入控制电路中的线圈绕组1-1至1-16的数量调节电磁减振器的阻尼力，从而适应不同等级路面的要求，提高汽车的乘坐舒适性。通过加速度传感器13输出的车身振动加速度信号可以实现反馈控制。
当车身由于加速、减速、转向等原因出现俯仰和侧倾时，由安装在车身上的陀螺仪传感器14输出车身角度位移信号，经由车载电子控制单元ecu15处理后计算得到此时减振器所需提供的最佳阻尼力，输出控制信号给线圈绕组调节电路12，调节减振器的阻尼力；左、右两侧及前、后两侧的四个减振器的阻尼力可以独立控制，从而调节车身的角度，提高汽车的操纵稳定性。通过陀螺仪传感器14输出的车身角度位移信号可以实现反馈控制。