一种智能型汽车用液压筒式减振器的制作方法

【技术领域】

本发明属于汽车智能化技术领域，具体涉及一种智能型汽车用液压筒式减振器。

背景技术：

随着汽车技术和高速公路的迅猛发展，对汽车运行安全、舒适、经济的要求日益迫切。传统汽车悬架系统受其结构限制，难以更好地满足车辆使用者日益提高的平顺性能需求。近些年来，以电子元器件为基础的智能化技术的迅猛发展为传统汽车悬架系统的性能提升提供了新思路。采用先进智能技术对传统悬架进行改造，及时感知车辆悬架振动状态，实时调整悬架系统弹性元件刚度和减振器阻尼特性，确保车辆悬架系统始终处于最佳跳动及减振状态，实现对车辆最安全、最平顺的悬架智能化控制已成为汽车智能化控制发展的重要领域，在这一进程中，开发具有悬架系统振动特性感知、阻尼特性可按悬架控制需求进行实时调整的智能型减振器具有重要意义。

在车辆行驶中，悬架系统由于受到来自路面的冲击而跳动，其弹性元件(各类弹簧)产生压缩和伸张行程，减振器也随之同步压缩和伸张，在此过程中，减振器内的液体在流经活塞上的阻尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦形成了振动阻力，将振动能量转变为热能，并散发到周围空气中去，达到迅速衰减振动的目的。由于汽车自身以及行驶道路状况不可能一成不变，常规减振器的阻尼特性固定不变，则对于不同状况的车辆(如空满载)，乃至同一车辆的不同行驶状态都无法做的最优配置，也就无法起到最佳的减振效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种智能型汽车用液压筒式减振器；以解决能够及时感知车辆悬架振动状态，实时调整悬架系统弹性元件刚度和减振器阻尼特性，确保车辆悬架系统始终处于最佳跳动及减振状态的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种智能型汽车用液压筒式减振器，包括工作缸和活塞杆，工作缸的内部上端填充有导向机构，内部下端固定设置有活塞；活塞杆的上端穿过导向机构后连接有微型直流伺服电动机；活塞杆的下端插入在活塞内部且连接有阻尼调节片；

活塞开设有贯穿上下表面的若干个阻尼孔，阻尼调节片上开设有若干个阻尼调节孔，阻尼调节孔的长轴到活塞杆轴线的距离和阻尼孔的圆心到活塞杆轴线的距离相等；

导向机构的内部固定设置有永磁材料圆环，永磁材料圆环围绕活塞杆设置；活塞杆内部设置有围绕其轴线的信号单元。

本发明的进一步改进在于：

优选的，活塞杆沿其轴线设置有传动轴，传动轴的上端和微型直流伺服电动机连接，传动轴的下端和阻尼调节片连接。

优选的，活传动轴和信号单元之间设置有内层结构；活塞杆的两端围绕传动轴设置有轴承密封结构。

优选的，活信号单元的外部为活塞杆的外壁，信号单元的两端设置有封装材料。

优选的，每一个阻尼孔的半径不同。

优选的，每一个阻尼调节孔的截面积不同。

优选的，信号单元为干簧管或波导丝。

优选的，工作缸的上端扣装有防尘罩，防尘罩的上端连接有上连接套，微型直流伺服电动机设置在上连接套中；工作缸的下端连接有下连接套。

优选的，活塞包括活塞上部分和活塞下部分，阻尼调节片在两部分之间；活塞杆通过活塞连接螺母和活塞上部分固定连接。

优选的，微型直流伺服电动机连接有输入输出信号接口，信号单元连接有信号输出导线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种智能型汽车用液压筒式减振器，本发明在现有汽车悬架系统普遍采用的液压筒式减振器基础上，对其部分结构进行改进，在其内部设置了相关传感单元、传动及调整机构，在其外部配置微型脉冲控制的伺服电机和所需输入输出信号接口，通过这些设置，实现减振器伸缩行程和伸缩频率的测量和信息输出功能，同时，能够在外部控制程序的指令下，实现减振器自身阻尼特性的调整。通过这一智能型减振器，能够实时准确感知车辆运行中的振动状态，并依据控制系统的预置程序，通过改变悬架减振器的阻尼特性，提供最佳的悬架减振特性，确保最舒适的车辆平顺性，满足车辆悬架系统智能化控制需求。

进一步的，活塞杆内部的传动杆两端连接微型直流伺服电动机和阻尼调节片，使得电动机带动传动杆转动时，同时能够带动阻尼调节片转动，进而调整阻尼调节片阻挡阻尼孔的面积。

进一步的，在内层结构和活塞杆外壁之间设置信号单元，实现电流脉冲和磁场的产生，通过两端的轴承密封结构，使得传动杆能够相对于活塞杆转动，同时起到密封的作用，防止减震液进入活塞杆内部。

进一步的，信号单元两侧的封装材料能够起到密封作用。

进一步的，不同的阻尼孔的面积不同，不同的阻尼调节孔的面积不同，使得随着阻尼调节片的转动，活塞机构有不同的有效工作面积。

进一步的，信号单元能够为干簧管或波导丝，干簧管测量精度较低，成本低，成熟可靠；波导丝精度高，但成本较高，选用哪种信号单元由实际需求决定。

进一步的，工作缸的上端扣装有用于防止灰尘落入工作缸的防尘罩，防尘罩上部连接有上连接套，工作缸的下端连接有下连接套，上连接套用于和车架，下连接套用于和车桥连接。

进一步的，活塞设计为两部分，上下两部分通过螺纹结构连接为一体，上半部分活塞与活塞杆连接，下半部的活塞主要起封闭和保护作用。

进一步的，整个减振器通过输入输出信号接口和信号输出导线实现信号的传递。

【附图说明】

图1为本发明的智能型液压筒式减振器整体结构示意图；

图2为本发明的智能型液压筒式减振器活塞杆结构示意图；

图3为智能型液压筒式减振器活塞上表面示意图；

图4为智能型液压筒式减振器阻尼调整片表面示意图；

其中：图中:1-上连接套、2-微型直流伺服电动机、3-导向机构、4-永磁材料圆环、5-防尘罩、6-活塞杆、7-工作缸、8-第一垫片、9-活塞上部分、10-第二垫片、11-活塞连接螺母、12-阻尼调节片、13-传动轴、14-活塞下部分、15-传动轴锁紧螺母、16-下连接套；17-轴承密封结构、18-外层结构、19-信号单元、20-内层结构；21-腔体；22-阻尼孔；23-连接孔；24-安装孔；25-阻尼调节孔；26-通孔；27-封装材料；28-信号输出导线；29-输入输出信号接口；7-1-上部分；7-2-下部分。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为实现车辆悬架所使用的液压筒式减振器随悬架振动时行程和频率的实时测量和输出，同时能够在外部悬架系统(或整车)控制程序的指令下，实现减振器自身阻尼特性的调整，满足车辆悬架系统智能化控制的需求，本发明提供了一种先进的汽车用智能型减振器。以常规汽车悬架所使用的液压筒式减振器为基础，对其部分结构进行改进，在其内部设置了相关传感单元、传动及调整机构，在其外部配置微型脉冲控制的伺服电机和所需输入输出信号接口，通过这些设置，实现减振器伸缩行程和伸缩频率的测量和信息输出功能，同时，能够在外部控制程序的指令下，实现减振器自身阻尼特性的调整。

参见图1和图2，具体包括上连接套1、微型直流伺服电动机2、导向机构3、永磁材料圆环4、防尘罩5、活塞杆6、工作缸7、第一垫片8、活塞上部分9、第二垫片10、活塞连接螺母11、阻尼调节片12、传动轴13、活塞下部分14、传动轴锁紧螺母15、下连接套16、轴承密封结构17、外层结构18、信号单元(单簧管或波导丝结构)19、内层结构20、腔体21、阻尼孔22、连接孔23、安装孔24、阻尼调节孔25、通孔26、封装材料27、信号输出导线28和输入输出信号接口29。

参见图1，减振器的主体结构包括一个工作缸7，工作缸7根据其截面直径的不同，分为上部分7-1和下部分7-2，下部分7-2的长度长于上部分7-1，下部分7-2的截面直径大于上部分7-1的截面直径，下部分7-2的内部设置有活塞，活塞包括活塞上部分9和活塞下部分14，活塞上部分9和活塞下部分14之间设置有阻尼调节片12，阻尼调节片12和活塞杆6的下端固定连接，活塞上部分9的下表面在其中心部分开设有凹槽，活塞下部分14的上表面在其中心部分开设有凹槽，两个部分的凹槽相匹配共同组成一个腔体21；活塞杆6的主体部分设置在工作缸7中，活塞杆6的上端穿过导向机构3凸出工作缸7的上端面，活塞杆6的上端和一个微型直流伺服电动机2固定连接，下端穿过活塞上部分9，插入在腔体21内部，活塞杆6的下端通过和一个连接螺母11配合，使得活塞杆6和活塞上部分9固定连接，在连接螺母11和活塞上部分9之间设置有第二垫片10。

参见图3和图4，活塞上部分9在其中心部位，开设有连接孔23，活塞杆6的下部穿过连接孔23插入在腔体21中，活塞开设有贯穿活塞上部分9和活塞下部分14的若干个阻尼孔22，所有的阻尼孔22围绕连接孔23设置；阻尼孔22的大小不同，阻尼孔22为圆形，沿阻尼孔22的布置方向，阻尼孔22的半径逐渐增加或逐渐减小，使得活塞在工作过程中，阻尼孔的加入或退出符合特定的减振器特性，且活塞工作的有效工作面积变化较为平滑，不会产生较大的冲击。优选的，阻尼孔22设置有8个；活塞上部分9和活塞下部分14之间固定设置有阻尼调节片12，阻尼调节片12在其中心部位开设有用于和活塞杆6固定连接的安装孔24，围绕安装孔24，阻尼调节片12上开设有若干个阻尼调节孔25，优选的，阻尼调节孔25设置有四个，阻尼调节孔25为不规则的椭圆形结构，设定阻尼调节孔25沿其长度方向的轴线为长轴，每一个阻尼调节孔25的长轴沿着阻尼调节片12的周向，阻尼调节孔25一端圆形的半径大于另一端圆形的半径。几个阻尼调节孔25的长轴和阻尼调节片12的圆心之间的距离相等。活塞杆6的下端和阻尼调节片12固定连接。

活塞和活塞杆6同轴，该轴线穿过阻尼调节片12的圆心，阻尼孔22的圆心到达活塞上部分9轴线的距离为a，阻尼调节孔25的长轴和阻尼调节片12圆心之间的距离为a，阻尼孔22的直径由减振器工作缸直径决定，阻尼调节孔25由减振器所要满足的输出模式决定。

活塞上部分9上设置有第一垫片8，所述第一垫片8围绕活塞杆6设置。第一垫片8的面积大于第二垫片10的面积。

工作缸7的上部分7-1内填充有导向机构3，导向机构3的下部内固定设置有永磁材料圆环4，永磁材料圆环4围绕活塞杆6设置；工作缸7的上部外部倒扣有防尘罩3，所述防尘罩3上部固定连接有上连接套1，上连接套1的下部内部固定设置有微型直流伺服电动机2，活塞杆6的上端和微型直流伺服电动机2固定连接，微型直流伺服电动机2和输入输出信号接口29连接；工作缸7的下端固定连接下连接套16。

活塞杆6内部为中空结构，活塞杆6内部沿其长度方向开设有通孔26，通孔26贯穿活塞杆6，活塞杆6的侧壁为外层结构18；活塞杆6的内部固定设置有联通微型直流伺服电动机2与阻尼调节片12的细传动轴13，传动轴13和活塞杆6同轴线；传动轴13的外部围绕安装有内层结构20，内层结构20和传动轴13之间设置有缝隙；通孔26的两端安装有轴承密封结构17，轴承密封结构17使得传动轴13能够相对于整个活塞杆转动，内层结构20的两端接触两端的轴承密封结构17，即内层结构20被轴承密封结构17密封在通孔26中；内层结构20的外部围绕设置有封装材料27和信号单元19，所述信号单元19为单簧管或波导丝结构，信号单元19和封装材料27厚度相同，信号单元19的两端为封装材料27，每一端的封装材料27的内壁一部分和轴承密封结构17接触，另一部分和内层结构20接触；封装材料27和信号单元19的外部为活塞杆的侧壁，即外层结构18。从以上描述可知，整个活塞杆6的截面从内向外有三种类型：第一类，位于整个活塞杆6的两端，从内到外依次为传动轴13→轴承密封结构17→封装材料27→外层结构18；第二类，位于整个活塞杆6接近端部的位置，从内到外依次为传动轴13→缝隙→内层结构20→封装材料27→外层结构18；第三类，位于整个活塞杆6的中间部位，从内到外依次为传动轴13→缝隙→内层结构20→信号单元19→外层结构18。活塞杆6的传动轴13的最下端和阻尼调节片12通过传动轴锁紧螺母15固定连接，最上端和微型直流伺服电动机2连接，使得当微型直流伺服电动机2转动时，带动传动轴13，进而带动阻尼调节片12转动。信号单元19，根据悬架控制系统对测量精度的不同要求，可配置干簧管和波导丝两种信号单元，其中，干簧管测量精度较低，基本以5毫米为测量单位，但成本低，成熟可靠。波导丝精度高，常规产品可达到1mm，最新产品精度已经可以达到0.1mm，但成本较高，信号单元长度由减振器的伸缩行程决定。外层结构18和内层结构20均优选为钢材质。

结合图2还可以看出，外层结构18在接近下端处，外壁的直径成台阶状的缩小，整个外层结构18外壁共设置两个台阶，外壁共设置有三个直径类型，最下端进行倒角；活塞杆6上端的封装材料27的外端部连接有信号输出导线28。

本发明汽车用智能型液压筒式减振器以常规汽车悬架所使用的液压筒式减振器为基础，对其部分结构进行改进，在其内部设置了相关传感单元、传动轴及调整机构，在其外部配置微型脉冲控制的直流伺服电机和所需输入输出电路接口，通过这些设置，实现减振器伸缩行程和伸缩频率的测量和信息输出功能，同时，能够在外部控制程序的指令下，实现减振器自身阻尼特性的调整。减振器以常规汽车用液压双筒减振器为基础，在其上安装部件处布置微型脉冲控制的伺服电机，在减振器缸筒内部，在原有导向器结构上集成活塞杆6可自由通过的永磁体材料所制作的圆环，并将原有实心活塞杆改为中空多层管状结构，在两管之间，根据悬架控制系统对测量精度的不同要求，配置干簧管或波导丝两种信号单元及其相关电路，在内层钢管中，布置一根与微型脉冲控制的伺服电机连接的细驱动轴，该轴伸入活塞内部的顶端装有阻尼特性调整片。通过这些设置，当减振器随着悬架弹性元件而同步压缩和伸张时，信号单元19测量出活塞杆6相对于标定长度拔出或压入工作缸7的长度，进而输出减振器伸缩行程信息，并依据测量变化时间，输出减振器伸缩频率，而悬架(或集成于整车)控制系统根据预置程序选择在此振动状态下减振器最佳阻尼特性，然后以特定脉冲指令安装在减振器上部的微型直流伺服电动机2转动相应角度，通过配置在中空活塞杆6内部的细长传动轴13驱动减振器活塞内部的阻尼调整片12转动，遮蔽或开启活塞上的相应阻尼孔22，通过改变活塞有效工作面积来实现预定的减振器阻尼特性。从而实现减振器对自身以及悬架系统特定弹性单元振动特性的信息反馈，并在预定程序的控制下实现减振器阻尼特性的实时调节，已达到悬架系统始终最佳工作状态的智能化控制需求。

本发明减振器的工作原理：

当驾驶员启动车辆后悬架(或集成于整车)控制系统向减振器通电，减振器活塞杆6中的信号单元19产生电流脉冲，该脉冲沿着信号单元19(干簧管或波导丝)向下传输，并产生一个环形的磁场，减振器工作缸7内导向机构3集成的永磁体材料所制作的圆环4始终存在一个磁场。当车辆行驶时，减振器的活塞杆6随着悬架弹性元件变形而伸缩工作，减振器工作缸7中的导向机构3上集成的永磁体材料圆环4所制作的圆环同时产生一个磁场，而当信号单元19的电流磁场与圆环磁场相遇时，产生一个“扭曲”脉冲，或称“返回”脉冲。将“返回”脉冲与电流脉冲的时间差转换成脉冲信号，从而得出圆环4在活塞杆6上的相对位置，根据预定程序输出活塞杆6相对于标定长度拔出或压入工作缸7的长度，即得出减振器伸缩行程，并依据行程变化时间，得出减振器伸缩频率，而悬架(或集成于整车)控制系统根据预置程序选择在此振动状态下减振器最佳阻尼特性，然后以特定脉冲指令安装在减振器上部的微型直流伺服电动机2转动相应角度，通过配置在中空活塞杆6内部的细长轴驱动减振器活塞内部的阻尼调整片转动，遮蔽或开启活塞上的相应阻尼孔22，通过改变活塞有效工作面积来实现预定的减振器阻尼特性。

通过这一过程，实现了减振器对自身以及悬架系统特定弹性单元振动特性的信息反馈，并在预定程序的控制下实现减振器阻尼特性的实时调节，以达到悬架系统始终最佳工作状态的智能化控制需求。在车辆行驶过程中，针对不同的路面情况，通过减振器对车辆振动状态的快速识别，依据控制程序，通过改变悬架减振器的阻尼特性，提供最佳的悬架减振特性，确保最舒适的车辆平顺性。

当驾驶员接通车辆电源后.悬架(或集成于整车)控制系统向减振器通电，减振器活塞杆6中的信号单元19产生电流脉冲，该脉冲沿着活塞杆6向下传输，并产生一个环形的磁场，，减振器活塞杆6随着悬架弹性元件变形而在工作缸7内带动活塞机构(包括活塞上部分9、第二垫片10、活塞连接螺母11、阻尼调节片12、传动轴13、活塞上部分14、锁紧螺母15)往复运动，在此过程中，减振器内的液体在流经活塞机构上未被阻尼调整片12遮蔽的阻尼孔22时流动摩擦和液体的粘性摩擦形成了振动阻力，将振动能量转变为热能，并散发到周围空气中去，达到迅速衰减振动的目的，当信号单元19的电流磁场与圆环4的磁场相遇时，产生一个“扭曲”脉冲，或称“返回”脉冲。将“返回”脉冲与电流脉冲的时间差转换成脉冲信号，从而得出圆环4在活塞杆6上的相对位置，根据预定程序输出活塞杆6相对于标定长度拔出或压入工作缸筒7的长度，即测出减振器伸缩行程，并依据行程变化时间，得出减振器实时的工作频率。

当悬架(或集成于整车)控制系统以据获得的减振器实时的工作频率，按照预置程序选择在此振动状态下减振器最佳阻尼特性，然后以特定脉冲指令安装在减振器上部的微型直流伺服电动机2转动相应角度，通过配置在中空活塞杆6内部的细驱动轴13带动减振器活塞机构内部的阻尼调整片12转动，阻尼调整片12的转动角度与其上的调整孔与活塞9上阻尼孔22的重合区域相对应，不同的转动角度，对应不同的活塞机构有效工作面积，进而对应不同的减振器阻尼特性。通过驱动阻尼调整片12的转动角度，实现减振器阻尼特性的实时调节，以达到悬架系统始终最佳工作状态的智能化控制需求。

在车辆行驶过程中，针对不同的路面情况，通过减振器对车辆振动状态的快速识别，依据控制程序，通过改变悬架减振器的阻尼特性，提供最佳的悬架减振特性，确保最舒适的车辆平顺性。

本智能化减振器的活塞杆为双层空心管+实心轴的复合结构，在两个同心钢管之间布置信号单元(干簧管或波导丝)及其相关电路。在内层钢管中，布置一根驱动阻尼特性调整片的实心轴，实心轴与内侧钢管之间布置两个小轴承，在钢管与活塞连接的那一端布置橡胶密封装置，橡胶密封在轴承密封结构17内，防止减振液进入活塞杆。本智能化减振器的活塞外观与常规减振器活塞相同，但采用上下分体结构，上下两部分通过螺纹结构连接为一体，上半部分与活塞杆连接，活塞杆外露的中心轴上安装着减振器阻尼特性调整片，下半部主要起封闭和保护作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。