专利名称：用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器。
背景技术：
当汽车行驶在路面上时，会有一些让人觉得不舒服而且有害健康的垂直方向的振动加在车身和乘客的身体上。这种振动的本质就是簧载质量的加速度，传统悬架主要是通过液压形式的减振器来吸收这部分能量的，但是这部分能量通常是作为热量散失掉了，于是有人开始考虑用电磁的方式来取代液压减振器。
例如，葡萄牙的Ismenio Martins、Jorge Esteves和Fernando Pina da Silva等人所发表的文章《Energy Recovery from an Electrical Suspension for EV》中就提出了这样一种电磁悬架(该项目受JNICT项目n.PBIC/C/CEG/2363/95支持)，如图1所示，该悬架包括一个电磁减振器和一套能量回收系统。
但是由于技术还不够成熟，现阶段电磁悬架的工作稳定性还远不如传统悬架，限制了它的应用。
发明内容本发明的目的在于，克服现有技术中存在的系统稳定性不够的问题，提供一种新的用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器，更好的抑制簧载质量的振动，并在电磁失效的时候保证减振器不失效。
为实现上述目的，本发明提出的用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器包括电磁减振器，用于根据簧载质量和簧下质量之间的相对运动速度产生一个振动阻尼，其特征是所述电磁减振器为双套筒结构，在内筒和外筒的间隙中绕有若干励磁线圈，在内筒内有活塞杆、活塞和液压油储存腔，所述活塞杆和活塞至少其中之一是条形磁铁；活塞上还开有若干用于让液压油从中流过的阻尼孔。
按照本发明的优选方案，本悬架还包括进油口、出油口和储油罐，所述进油口和出油口分别通过加油阀与卸油阀与储油罐相连。
还包括电控活塞，位于储油罐上方，其控制端与控制单元ECU相连还包括浮动活塞，位于储油罐下方。
所述浮动活塞下方有密封氮气。
由于本发明采用了上述方案，将新兴的电磁悬架与传统的液压悬架有机地结合在一起，二者同时起作用，既具有电磁悬架可回收能量的优点，又具有传统悬架性能稳定的优点，可以更好的抑制簧载质量的振动，并在电磁失效的时候保证减振器不失效。
图1是现有技术可回收能量的电磁减振器示意图。
图2a是本发明永磁线性激励减振发生器的内部构造简化示意图。
图2b是本发明减振器活塞横截面示意图。
图3是本发明减振器与控制单元以及电子断路器、蓄电池、外油路的连接情况示意图。
具体实施方式
如图2a所示，本悬架中的减振器采用的是双套筒结构，在内筒和外筒的间隙中绕有若干励磁线圈1示。活塞杆2是一块条形永磁铁，它被固定连接在活塞3的中心孔内。活塞3采用的是铁材料，这样有助于增加线圈与永磁铁之间的磁导率。
4和5分别为进油口和出油口，分别通过一个加油阀6和卸油阀7与储油罐9相连，活塞上还开有若干阻尼孔31，如图2b所示。它们的采用是为了使本悬架成为结合电磁减振和传统液压减振的混合悬架系统。其中阻尼孔31采用的是直径很小的阻尼孔，事实上由于这套补充的常规悬架只有在电磁悬架失效的时候才采用，因此采用最简单的阻尼孔即可，当然如果改用传统悬架上的流通阀，效果会更好，但成本会上升。图中32为中心孔，用于连接条形永磁铁。
图3表示的是减振器与控制单元以及电子断路器、蓄电池、外油路的连接情况。由图可见，进油口4和出油口5分别通过加油阀6与卸油阀7与储油罐9相连。还包括电控活塞8，位于储油罐上方，其控制端与控制单元ECU相连；浮动活塞10，位于储油罐下方，所述浮动活塞10下方有密封氮气。
工作情况如下永磁线性激励减振发生器工作在交流发电机模式。当活塞杆2、活塞3与双筒缸体之间发生相对运动时，通过励磁线圈1的磁通量将会发生变化，也就是说励磁线圈势必会切割永磁铁产生的磁力线，产生电磁力。由于线圈在切割磁力线时，在径向是对称的，所以电磁力在径向上的分力是大小相等，方向相反的，从而我们可以得出结论，电磁力的合力是轴向力。根据楞次定律，当线圈与永磁体之间产生磁通变化时，线圈产生感应电动势是要能抑制这种变化，即产生反向磁通，这就意味着产生的电磁力是抑制这种相对运动发生的，于是可以作为本套减振装置的减振力。
在线圈与永磁铁之间有相对运动时，由于线圈切割磁力线，必然产生了感应电动势，与外电路相连，就产生了感应电流，事实上，本装置就是通过调整感应电流来调节减振力的。在图3中，由二极管组成的电桥用来调整输出的感应电流的相位，电感作为能量缓存器，开关闭合时储存能量，开关断开再将能量转移到电池里，从而完成对电池的充电过程。图3中上面与电池直接相连的单独的二极管事实上是对电流的一个单通阀，它通过对电流方向的控制，保证悬架只能对电池充电，而不能导致电池放电，从而达到了节能的目的。
根据相关文献，可得减振力的计算公式FA=-i·KΦ·sign(z·s-z·u)=-(KΦ)2(z·s-z·u)RΣ]]>其中，Φ表示通过线圈绕组的磁通量，K是一结构系数，它们共同决定了永磁线性激励减振发生器的输出电压u， 表示簧载质量与非簧载质量之间的相对速度，事实上也就是线圈和永磁铁之间的相对运动速度。R∑表示的是整个电路的总电阻，如果减振器工作在纯电阻模式，这是一个定值。感应电动势e=|KΦ(z·s-z·u)|,]]>而感应电流i＝e/R∑如果把上式写成传统减振力的形式，我们可以得出阻尼的计算公式bs＝(KΦ)2/R∑如果激励工作在纯电阻模式，减振器将会具有一个固定的阻尼，悬架也就是被动式悬架了，然而，激励并非工作在纯电阻模式，系统产生的减振力是通过电流来调节的，电流可以通过控制单元对开关档位进行转换来加以调节，事实上，对电池的充电也是通过开关档位的转换实现的，因此可以实现变阻尼。
以下是我们预备实现的变阻尼
bs=-(z··s)2·B1+C1⇐bs>0]]>bs=B⇐bs≤0]]>我们可以将Fref=|bs(z·s-z·u)|]]>预先设定好，存储在控制单元中，作为减振力的检验值，当|FA|＜Fref时，控制单元让开关闭合，感应电流增大，减振力增大；当|FA|＞Fref时，控制单元让开关断开，感应电流减小，减振力减小。这种控制方法不是本装置采用的，但本装置采用的控制是建立在这种方法的基础上的，因此有必要交代一下。
我们是直接通过电流的检验值来控制减振力的。通常，汽车上的悬架系统不能对周围的变化反应太敏感。为了避免一些过于灵敏的感应现象发生，有必要对一些参数值进行估算。由于(z·s-z·u)=eKΦ=u+i·RAKΦ,]]>其中e表示感应电动势，而RA表示的永磁线性激励减振发生器的电阻值。有了这个式子以及减振力的检验值，我们可以估算一个值，作为电流的检验值，从而直接对电流进行控制，而不需要再与减振力进行比较，这使得控制变得更加容易。以下是电流检验值的估算结果iref=ubs(KΦ)2-bsRa]]>本装置的控制过程可以这样描述当i＜iref时，开关闭合，电流增大，减振力增大；当i＞iref时，开关断开，电流减小，减振力减小。
悬架回收能量的过程可以这样描述系统采用了一套电子断路器与电桥相连，用来实现电压的跃变。当开关闭合(S＝1)时，能量被存入电感；当开关断开(S＝0)时，电感内的能量被转移到蓄电池，即给电池充电。
结合图2，从下面的式子可以看出电动阻尼器是如何回收能量的e-i·(RA+RL)-Ldidt=0,]]>(S＝1)当开关闭合时，能量被存入电感e-i·(RA+RL+Rbat)-Ldidt-Ebat=0,]]>(S＝0，i＞0)，当开关断开时，电感内的能量被转移到蓄电池，即给电池充电其中，下标A表示励磁线圈上的物理量，下标L表示电感L上的物理量，下标bat表示电池上的物理量，e和E表示电动势。
由于激励没办法做到一直工作在发电机模式，在某些特定的瞬间，它也会以电动机模式来工作，这时就会出现电信号中断而导致此时系统工作的不可靠。另外，由于目前电磁悬架目前的技术还很不成熟，在恶劣的工作条件下有失效的可能，但如果汽车在行驶的过程中，悬架必须要保证具有减振的功能，于是我们在电磁悬架的基础上增加了一套设备，使得电磁悬架失效时，悬架依然能实现减振的功能。
如图2a所示，进油口4通过加油阀6、出油口5通过卸油阀7与储油罐9相连，加油阀和卸油阀都受控制单元ECU通过储油罐中的电控活塞8控制；活塞3外圆面还开有若干阻尼孔，如图2b所示；ECU与各元件的连接关系如图3所示。当控制单元接收到加速度传感器传来的信号大于预先存储在控制单元中的簧载质量加速度的最大值，控制单元则输出信号从而使电控活塞向靠近工作缸一侧运动，从而顶开加油阀将油液压入减振器的工作缸，当缸内油压达到门限值时，有压力传感器将信号传输给ECU，ECU输出指令给电控活塞，强行将电控活塞锁死，此时储油罐中电控活塞上下仍存在的油压差通过浮动活塞来加以调整。同样，当簧载质量的加速度如果小于预先存储在控制单元中的簧载质量加速度的最小值，事实上此时启动辅助传统悬架抑制簧载质量加速度对于改善行驶平顺性没有太大的实际意义，而且由于摩擦等原因损失了大量的热能，本着节能的目的，这时控制单元将会给电控活塞一信号，使它向远离工作缸一侧运动，造成真空度从而顶开卸油阀将油液吸出工作缸。当缸内油压低于门限值时，有压力传感器将信号传递给ECU，ECU输出控制指令锁止电控活塞运动，通过浮动活塞调整使压力平衡，电控活塞应采用耐磨材料。
上述实施例只是用于对本发明进行说明，除此之外，本发明还可以有一些变型比如，如果不考虑节能目的，可以把双套筒结构的内筒做成封闭形式，在其中充上液压油。这样，不论簧载质量的加速度有多大，液压减振都起作用。即主辅减振都同时起作用。再如，加油阀和卸油阀可以用其他方式控制，比如，可以分别用一个电控活塞控制，或用油泵来控制。再如，永磁体也可以考虑采用电磁体。
权利要求
1.一种用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器，包括电磁减振器，用于根据簧载质量和簧下质量之间的相对运动速度产生一个振动阻尼，其特征是所述电磁减振器为双套筒结构，在内筒和外筒的间隙中绕有励磁线圈，在内筒内有活塞杆(2)、活塞(3)和液压油储存腔，所述活塞杆(2)和活塞(3)至少其中之一是条形磁铁；活塞上还开有若干用于让液压油从中流过的阻尼孔(31)。
2.如权利要求1所述的用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器，其特征是还包括进油口(4)、出油口(5)和储油罐(9)，所述分别通过加油阀(6)与卸油阀(7)与储油罐(9)相连。
3.如权利要求2所述的用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器，其特征是还包括电控活塞(8)，位于储油罐上方，其控制端与控制单元(ECU)相连
4.如权利要求2或3所述的用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器，其特征是还包括浮动活塞(10)，位于储油罐下方。
5.如权利要求4所述的用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器，其特征是所述浮动活塞(10)下方有密封氮气。
全文摘要
本发明公开一种用于电动汽车半主动电磁悬架的减振器，包括电磁减振器，用于根据簧载质量和簧下质量之间的相对运动速度产生一个振动阻尼，所述电磁减振器为双套筒结构，在内筒和外筒的间隙中绕有若干励磁线圈，在内筒内有活塞杆、活塞和液压油储存腔，所述活塞杆和活塞至少其中之一是条形磁铁；活塞上还开有若干用于让液压油从中流过的阻尼孔。由于将新兴的电磁悬架与传统的液压悬架有机地结合在一起，二者同时起作用，既具有电磁悬架可回收能量的优点，又具有传统悬架性能稳定的优点，可以更好地抑制簧载质量的振动，并在电磁失效的时候保证减振器不失效。
文档编号B60G17/00GK1912420SQ20051002148
公开日2007年2月14日 申请日期2005年8月11日 优先权日2005年8月11日
发明者邵睛 申请人:比亚迪股份有限公司