专利名称：：基于阻尼可调减振器的半主动悬架的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种汽车领域中的弹性传力装置，更具体的说，它涉及一种用于汽车上的基于阻尼可调减振器的半主动悬架。
背景技术：
：悬架作为车桥(或车轮)与车架(或承载式车身)之间的传力连接装置，其作用力将对轮胎的接地性和车身振动产生影响，进而影响到整车的操纵稳定性和行驶平顺性。但是，由于传统被动悬架不能保证操纵稳定性和行驶平顺性同时达到最佳效果，因而产生了包括主动悬架和半主动悬架在内的可控悬架系统。根据可控程度，可控悬架划分为主动悬架和半主动悬架，其中主动悬架可对悬架的刚度和阻尼同时进行调节，而半主动悬架则仅能对刚度或阻尼中的一项进行调节。主动悬架能够根据悬挂质量的振动加速度，利用电控部件主动地控制汽车的振动。主动悬架一般由隔振弹簧、控制器和作动器组成，主动悬架不但能很好地隔离路面振动，而且能控制车身运动，比如起步和制动时的仰俯，转弯时的侧倾等。另外还可以调节车身的高度，以适应载荷以及if各面状况的变化。虽然通过主动悬架能获得一个比较理想的隔振系统，但主动悬架能量消耗大，成本高，结构复杂，目前还难以在商业上得到大规模的推广和应用。半主动悬架是指悬架弹性元件的刚度和减振器的阻尼系数之一可以根据需要进行调节控制的悬架。目前，半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构，通过传感器检测到的汽车行驶状况和道路条件的变化以及车身的加速度，由ECU根据控制策略发出脉冲控制信号，实现对减振器阻尼系数的有级可调或无级可调。当前汽车的被动悬架采用的大多是如图1所示的普通双筒液压减振器。减振器的上端与车身相连，下端与车轴相连。车辆行驶时，活塞相对工作缸做往复运动，即交变地进行压缩和伸张行程，液体通过各阀在工作缸与储油缸之间流动，将动能转化为热能散到大气中去，从而起到减振作用。由于阻尼不可调，所以其主要缺点就在于，不能很好地保证悬挂系统的阻尼特性随车辆使用工况的变化而改变，不能同时兼顾汽车的舒适性与操纵稳定性。
发明内容本实用新型所要解决的技术问是提供一种半主动悬架，尤其是提供一种基于阻尼可调减振器的半主动悬架。参阅图l至图16,为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现。基于阻尼可调减振器的半主动悬架，是由弹簧、减振器、用于监测汽车运动状况的传感器及控制器组成。本实用新型所涉及到的阻尼可调减振器是在其中间缸与储油缸之间安装一个开关电磁阀，开关电磁阀是通过螺紋与套筒的一端螺紋连接，套筒的另一端套装在铜套的周围并与储油缸的外壁固定连接，开关电磁阀的阀体插装入铜套的孔中紧密接触连接，铜套的另一端与螺紋套筒一端的内孔螺紋连接，螺紋套筒的另一端与加工有流通孔的中间缸的外壁固定连接，固定安装后流通孔的轴线、螺紋套筒的轴线与开关电磁阀的轴线要共线。所述的控制器是由微处理器、各种信号处理电路与电磁阀驱动电路组成，它们之间依次是线连接，控制器安装在车内，控制器的各输入接口和各个传感器与开关是线连接，控制器的输出接口与开关电磁阀中的线圈线连接。技术方案中所述的铜套的内孔加工成角度为0.05-0.1度的锥孔，孔面要进行抛光处理；所述的各种信号处理电路是指能够滤掉高频信号的二阶有源低通滤波电路与轮速信号处理电路。在所述的二阶有源低通滤波电路中采用了双运算放大器LM2904,其中，l脚为输出引脚，接单片机的A/D转换电路的输入引脚，8脚接电源正极，4脚接地，3脚通过一电阻接地，传感器信号经过电阻输入的2脚通过一电容接地。在所述的轮速信号处理电路中采用了能够输出标准的TTL电平的电平转换器件CD4050,电平转换器件CD4050的3号引脚、5号引脚、7号引脚和9号引脚接轮速传感器WSO、WS1、WS2、WS3，电平转换器件CD4050的2号引脚、4号引脚、6号引脚和10号引脚接80C196KC单片机的4个高速输入口HSOO、HSOl、HS02、HS03;所述的微处理器包括复位电路、12V-5V电压转换电路与A/D转换电路。在所述的复位电路中采用了专用的复位芯片IMP706,复位芯片IMP706的7脚^r单片^L的复位引脚，2脚接电源正极，1脚接上拉电阻和二极管并联电路的一端，该并联电路的另一端接电源正极，1脚同时接手动复位开关和一个电容并联电路的一端，该并联电路的另一端接地。在所述的12V-5V电压转换电路中采用了型号为YD10-12S05用来转换单片机及其外围器件的VCC电源的芯片，该芯片的1号引脚和2号引脚分别接车载12V电源的正负极，5脚接地，3脚为输出端，3脚通过1个电阻及1个指示电源工作状态的发光二极管接地；所述的电磁阀驱动电路包括为多路集成式三极管型光电隔离器的TLP521-4光电隔离芯片、反相门74F06和作为电^兹阀驱动元器件的达林顿功率管TIP142(10A)。光电隔离芯片TLP521-4的2号引脚、4号引脚、6号引脚和8号引脚接反相门74F06的输出端，光电隔离芯片TLP521-4的1号引脚、3号引脚、5号引脚和7号引脚则通过线流电阻与12V的电源相连，光电隔离芯片TLP521-4的9号引脚、ll号引脚、13号引脚和15号引脚为输出端，它们分别与四个大功率晶体管一—达林顿功率管TIP142的基极相连，TIP142的发射极接地，集电极接电磁阀的线圈。本实用新型的有益效果为了检验所研制的基于阻尼可调减振器的半主动悬架的效果，我们首先对改进后的减振器阻尼力特性和原始减振器做了台架对比实验，然后装车，做了部分工况下的实车实验。台架实验是在德国申克公司计算机控制电液伺服激振台上进行的。试验规范为JB3901-85标准,具体规范如下试件行程s:50(mm)试验频率f:0.636,0.954,1.67,2.23，2.87,3.5,4.46，5.1(Hz)速度V:0.2,0.3，0.5,0.7,0.9,1.1,1.4,1.6(m/s)示功试验速度v:0.52(m/s)方向4&垂方向位置阻尼可调减振器的中间位置温度t=20°C实验结果如图10至图12所示，由试验结果可以看出1.无论是压缩阻力，还是复原阻力，其示功图饱满，性能良好。2.电磁阀控制的可调减振器的示功图饱满，阻尼力的变化明显，可调性能优良，其结构合理、可行。为了进一步验证阻尼可调减振器对整车垂直振动加速度、加速制动过程中俯仰、转弯侧倾以及响应时间的影响，做了如下几种工况的实车实验。1)初速度为36公里/小时的直线紧急制动工况，车身的俯仰角加速度与俯仰角分别如图13和图14所示，由实验结果得知所研制的半主动悬架对车身俯仰角的抑制效果比原悬架要好，提高了汽车的舒适性；2)车速为25公里/小时的紧急右转向工况，车身的侧倾角如图15所示；由实验结果得知所研制的半主动悬架对车身側倾角的一致比原悬架好，显著的提高了汽车的舒适性。3)低速通过减速带工况，车身俯仰角如图16所示，改工况下对车身俯仰角的影响，二种悬架查不多。另外，本发明的方法与结构完全可以推广应用到其他车辆，具有较强的通用性。以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明:图1是原悬架中原始双筒式减振器的结构示意图；图2是半主动悬架中阻尼可调减振器的结构示意图3是半主动悬架中阻尼可调减振器所采用的开关电磁阀与中间缸和工作缸安装结构的主^L图上的全剖^L图4是表示半主动悬架中控制器信号流程的流程示意框图5是半主动悬架中控制器中的复位电路的电原理图6是半主动悬架中控制器中的12V-5V电压转换电路的电原理图7是半主动悬架中控制器中的二阶有源低通滤波电路的电原理图8是半主动悬架中控制器中的轮速信号处理电路的电原理图9是半主动悬架中控制器中的电磁阀驱动电路的电原理图IO是传统减振器1.67Hz下的示功图11是半主动悬架中阻尼可调减振器1.67Hz硬阻尼状态下的示功图；图12是半主动悬架中阻尼可调减振器1.67Hz软阻尼状态下的示功图；图13是车身俯仰角加速度变化图谱；图14是车身俯仰角变化曲线；图15车身侧倾角变化曲线；图16车身俯仰角变化曲线；图中1.工作缸，2.大通道常通孔，3.储油缸，4.中间缸，5.活塞阀系，6.套筒，7.铜套，8.开关电磁阀，9.流通孔，10.螺紋套筒，11.底岡系，12.电磁阀进油孔，13.密封圈，14.电磁阀出油孔，15.密封圈，16.细牙螺紋，17.螺紋，18.顶杆。具体实施方式以下结合附图对本实用新型作进一步的详细描述参阅图2至图4，基于阻尼可调减振器的半主动悬架是由弹簧、阻尼可调减振器、用于监测汽车运动状况的传感器及控制器组成。弹簧安装在车桥(或车轮)与车架(或承载式车身)之间，一是承受重量，二是起减震作用。阻尼可调减振器通过其两端的耳环也安装在车桥(或车轮)与车架(或承载式车身)之间，起调节阻尼力的作用。传感器根据其用途不同安装在汽车的不同位置，然后，各种传感器通过电线与控制器有关接口连接，控制器的输出接口用电线与阻尼可调减振器上的开关电磁阀8的线圏连接。这样通过安装在汽车不同位置的传感器所采集的各种信号，经过控制器加工处理后传输给开关电磁阀8,进而达到阻尼可调减振器阻尼的两极或无级调整，即通过ECU及电磁阀驱动电路对电磁阀进行控制。实现抑制转向时车身侧倾、抑制制动使车身"点头"、抑制起步时车身仰俯、保证良好路面正常行驶的舒适性、抑制颠簸功能、防止停车摆动功能。下面对半主动悬架的各组成部分作进一步的详细描述弹簧在车辆上常用的弹簧有板弹簧、螺旋弹簧与扭杆弹簧，前两种比^^常用，扭杆弹簧用的较少。悬架中弹簧的作用有二条，一是承受重量，二是减震。弹簧安装在车桥(或车轮)与车架(或承载式车身)之间。阻尼可调减振器参阅图1,原始双筒式减振器的结构主要是由工作缸1、储油缸3、活塞阀系5和底阀系ll组成。活塞阀系设有伸张阀、流通阀和常通孔，底阀系设有压缩阀、补偿阀和常通孔。参阅图2,在原始双筒式减振器的工作缸1和储油缸3之间加上一个中间缸4,中间缸4内腔的上端与工作缸1的活塞杆腔连通，在中间缸4内腔的下端与储油缸3连通或封闭。中间缸4与工作缸1是套装且是通过两个螺紋套筒把中间缸4夹紧固定连接的，两个螺紋套筒的一端是插入中间缸4与工作缸1之间，两个螺紋套筒的一端与工作缸1和中间缸4之间是过盈配合，过盈配合可以起到很好密封作用，中间缸4的内腔与工作缸1活塞杆腔的连通是由大通道常通孔2实现的，共有6个，不产生阻尼；中间缸4的内腔与储油缸3的连通是采取开关电磁阀8控制其的通断与控制其中的油液流通量。在减振器中间缸4的下端加工一流通孔9,在流通孔9靠近储油缸3的一侧采用焊接的方式固定一个螺紋套筒10,固定安装后流通孔9的轴线与螺紋套筒10的轴线共线，螺紋套筒10通过内部的细牙螺紋16与铜套7螺紋连接；套筒6与储油缸3的外侧采用焊接的方式固定连结，并套装在铜套7的周围，套筒6的轴线与螺紋套筒10的轴线共线，开关电磁阀8通过螺紋17与套筒6螺紋连接；开关电磁阀8的阀体安装在铜套7的内孔里成紧密接触连接，为了保证使用的安全与可靠性，铜套7的内孔加工成角度为0.05-0.1度的锥孔，孔面要进行抛光处理，这样在电磁阀以螺紋17拧紧的过程中，阀上的密封圈13与密封圏15和铜套7配合后也会更紧密。开关电磁阀8与套筒6的边缘处，再用专用螺故胶来密封。传感器为了使半主动悬架的控制器采集所需的制动开关信号，油门位置信号，方向盘转角信号、非驱动轮轮速信号和车身垂直振动加速度信号以及分别对汽车的加速、制动以及转向工况进4亍4全测，半主动悬架必须采用所需的开关与传感器制动开关为使用原车自带的制动开关；轮速传感器采用霍尔转速传感器。通过一上拉电阻，它直接输出标准方波信号；油门位置传感器试验所采用的角位移传感器，型号为TOD35D-1;方向盘转角传感器采用WDL25型直滑式导电塑料电位器，通过齿轮副即涡轮涡杆传动机构将方向盘转角转换为直线运动，改变直滑式电位计阻值，ECU才艮据其输出电压计算方向盘转角；垂直加速度传感器为QCW-1A汽车操纵稳定性测试仪；控制器控制器硬件主要包括微处理器、各种信号输入电路与电磁阀驱动电路3部分。微处理器及其外围部件包括有复位电路、时钟信号电路、12V-5V电压转换电路、A/D转换电路与电磁阀驱动电路。控制器安装在车内。图5所表示的为复位电路。对于产品化的单片机系统，简单的RC复位电路往往不能保证系统安全可靠的工作，在这里，采用了专用的复位芯片IMP706来构成复位电路以保证复位的可靠性。此外，它还担当系统电源管理的功能。IMP706的7脚接单片机的复位引脚。2脚接电源正极，1脚接上拉电阻和二极管并联电路的一端，该并联电路的另一端接电源正极，1脚同时接手动复位开关和一个电容并联电路的一端，该并联电路的另一端接地。l脚输入低电平时会实现复位，所以当按下复位按钮时，可以实现手动复位。二极管为复位电容在掉电的情况下提供了一条迅速放电的通路，这样可以保证芯片能在反复上电的情况下可靠的复位。当系统上电时，电容器迫使RESET引脚处于低电平状态，然后通过上拉电阻将复位引脚电位逐渐变高。图6中所表示的为12V-5V电压转换电路。微处理器(ECU)的电源来自车载电源(汽车电池)，汽车在运行中，电池电压不稳定，电压波动非常大，微处理器(ECU)电源的不稳定将直接导致微处理器的不正常工作，所以在微处理器的设计中，充分考虑到汽车运行环境中电池电压的不稳定因素，采取了宽输入范围，高输出精度与大功率的DC-DC电源。采用的DC-DC电源型号为YD10-12S05,它用来转换单片机及其外围器件的VCC电源，因为VCC要驱动多个电子元器件，所以要满足一定的功率要求，在这里，选用IOW的功率。该芯片的引脚l、引脚2分别接车载12V电源的正负极，5脚接地，3脚为输出，3脚通过一电阻及一发光二极管接地，发光二极管的作用是指示电源的工作状态。图7所示的为二阶有源低通滤波电路。本实用新型中共有3路模拟输入信号，参阅表l。对于模拟信号为0—5V的输入信号，如油门位置信号及方向盘转角信号，首先经过二阶有源低通滤波电路滤掉高频信号，然后送给80C196KC单片机内部的A/D转换器。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>二阶有源低通滤波电路采用了LM2904，其中1脚为输出引脚，接单片机的A/D输入引脚，8脚接电源正极，4脚接地，3脚通过一电阻接地，2脚为输入脚，传感器信号经过电阻输入给2脚，2脚通过一电容接地图8所示的为轮速信号处理电路。对于轮速传感器，采用霍尔转速传感器。通过一上拉电阻，它直接输出标准方波信号。在这里电源直接采用车用12V直流电源，所以输出方波的幅值为12V,所以需通过一电平转换器件CD4050使其输出标准的TTL电平，轮速传感器WSO、WS1、WS2、WS3的信号通过CD4050的3号引脚、5号引脚、7号引脚和9号引脚输入，最后输入到80C196KC单片机的4个高速输入口HSOO、HSOl、HS02、HS03。图9所示的为电磁阀驱动电路，微处理器需要对电磁阀进行控制，在微处理器设计时，采用了晶体管功率驱动方式的开关量输出。在ECU设计中，考虑到整个系统的可靠性和抗干扰性，为了防止现场强电磁干扰，在ECU设计中，采用了光电隔离技术，因为光信号的传送不受电场、磁场的干扰，可以有效的隔离电信号。在该系统中采用的光电隔离芯片是TLP521-4,它是多路集成式三极管型光电隔离器，共集成了4路光电隔离器，它的输入端是一发光二极管，输出端是光敏三极管。当发光二极管中通过一定值的电流时发出一定的光被光敏三极管接受，使其导通，而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止，即通过电-光-电的转换达到隔离的功能。由于电磁阀的要求功率较高，采用达林顿功率管TIP142(10A)作为电^F兹阀的驱动元器件，同时兼^:其动作开关。单片机输出P丽信号，经发光二极74F06后输入光电隔离芯片是TLP521-4的2号引脚、4号引脚、6号引脚和8号引脚，l号引脚、3号引脚、5号引脚和7号引脚则通过线流电阻与12V电源相连，输出端为9号引脚、ll号引脚、13号引脚和15号引脚，它们分别与四个大功率晶体管——达林顿功率管TIP142的基极相连，TIP142的发射极接地，集电极接电磁阀线圏。基于阻尼可调减振器的半主动悬架的工作原理本实用新型所采用的两级可调减振器是针对普通双筒液压减振器的缺点，在原有减振器的基础上加装了一个中间缸4及一个开关电磁阀8,通过控制器的作用从而实现了对减振器阻尼的两级调节，如图2所示。车辆行驶时，由于路面的激励，引起车身和车轮间的相对运动，从而使活塞相对于工作缸1作往复运动。液压油通过各阻尼孔或阀通道在减振器的上、下腔、中间腔和储油腔之间来回流动，从而产生阻尼力，不断衰减车身和车轮的振动。通过微处理器中的控制程序控制电磁阀的开、关，来调节软，硬阻尼力。在伸张行程，活塞阀系5相对工作缸1向上移，上腔体积变小，高压工作油液通过工作缸1上端3个直径为8mm的大通道常通孔2进入工作缸1与中间缸4之间的油腔，当控制器通过传感器接受的信号使中间缸4上的开关电磁阀8开启时，中间缸4与工作缸1之间油腔的油液顶开顶杆18和球阀，通过电磁阀进油孔12、电磁阀出油孑L14与储油缸3的油腔是相通的，它们之间的油液往复流动，可以緩和油液的压力，从而实现软硬阻尼的变换。本实用新型的输入信号包括制动开关信号，油门位置信号，方向盘转角信号、非驱动轮轮速信号和车身垂直振动加速度传感器信号以及分别对汽车的加速、制动以及转向工况进行检测，传感器输出的模拟信号通过模/数(A/D)转换器ADC0809输入到微处理器，从而通过ECU及电磁阀驱动电路需要对电磁阀进行控制。从而实现抑制转向时车身侧倾、抑制制动使车身"点头"、抑制起步时车身仰俯、保证良好路面正常行驶的舒适性、抑制颠簸功能、防止停车摆动功能。权利要求1.一种基于阻尼可调减振器的半主动悬架，是由弹簧、减振器、用于监测汽车运动状况的传感器及控制器组成，其特征是在所述的减振器的中间缸(4)与储油缸(3)之间安装一个开关电磁阀(8)，开关电磁阀(8)是通过螺纹(17)与套筒(6)的一端螺纹连接，套筒(6)的另一端套装在铜套(7)的周围并与储油缸(3)的外壁固定连接，开关电磁阀(8)的阀体插装入铜套(7)的孔中紧密接触连接，铜套(7)的另一端与螺纹套筒(10)一端的内孔螺纹连接，螺纹套筒(10)的另一端与加工有流通孔(9)的中间缸(4)的外壁固定连接，固定安装后流通孔(9)的轴线、螺纹套筒(10)的轴线与开关电磁阀(8)的轴线要共线；所述的控制器是由微处理器、各种信号处理电路与电磁阀驱动电路组成，它们之间依次是线连接，控制器安装在车内，控制器的各输入接口和各个传感器与开关是线连接，控制器的输出接口与开关电磁阀(8)中的线圈线连接。2.按照权利要求1所述的基于阻尼可调减振器的半主动悬架，其特征是所述的铜套(7)的内孔加工成角度为0.05-0.1度的锥孔，孔面要进行抛光处理。3.按照权利要求1所述的基于阻尼可调减振器的半主动悬架，其特征是所述的各种信号处理电路是指能够滤掉高频信号的二阶有源低通滤波电路与轮速信号处理电路在所述的二阶有源低通滤波电路中采用了双运算放大器LM2904,其中，l脚为输出引脚，接单片机的A/D转换电路的输入引脚，8脚接电源正极，4脚接地，3脚通过一电阻接地，传感器信号经过电阻输入的2脚通过一电容接地；在所述的轮速信号处理电路中采用了能够输出标准的TTL电平的电平转换器件CD4050,电平转换器件CD4050的(3、5、7、9)引脚接轮速传感器WSO、WS1、WS2、WS3，电平转换器件CD4050的(2、4、6、10)引脚接80C196KC单片机的4个高速输入口HSOO、HSOl、HS02、HS03。4.按照权利要求1所述的基于阻尼可调减振器的半主动悬架，其特征是所述的微处理器包括复位电路、12V-5V电压转换电路与A/D转换电路；在所述的复位电路中采用了专用的复位芯片IMP706,复位芯片IMP706的7脚接单片机的复位引脚，2脚接电源正极，1脚接上拉电阻和二极管并联电路的一端，该并联电路的另一端接电源正极，1脚同时接手动复位开关和一个电容并联电路的一端，该并联电路的另一端接地；在所述的12V-5V电压转换电路中采用了型号为YD10-12S05用来转换单片机及其外围器件的VCC电源的芯片，该芯片的(1、2)引脚分别接车载12V电源的正负极，5脚接地，3脚为输出端，3脚通过1个电阻及1个指示电源工作状态的发光二极管接地。5.按照权利要求1所述的基于阻尼可调减振器的半主动悬架，其特征是所述的电磁阀驱动电路包括为多路集成式三极管型光电隔离器的TLP521-4光电隔离芯片、反相门74F06和作为电磁阀驱动元器件的达林顿功率管TIP142(10A);光电隔离芯片TLP521-4的(2、4、6、8)引脚接反相门74F06的输出端，光电隔离芯片TLP521-4的(l、3、5、7)引脚则通过限流电阻与12V的电源相连，光电隔离芯片TLP521-4的(9、11、13、15)引脚为输出端，它们分别与四个大功率晶体管一一达林顿功率管TIP142的基极相连，TIP142的发射极接地，集电极接电磁阀的线圏。专利摘要本实用新型公开了一种用于汽车上的基于阻尼可调减振器的半主动悬架。旨在克服现有调减振器不能很好地保证悬挂系统的阻尼特性随车辆使用工况的变化而改变的问题。其方案是在减振器的中间缸(4)与储油缸(3)之间安装一个开关电磁阀(8)，开关电磁阀(8)与套筒(6)的一端螺纹连接，套筒(6)的另一端套装在铜套(7)的周围并与储油缸(3)固定连接，开关电磁阀(8)的阀体插装入铜套(7)的孔中紧密接触连接，铜套(7)另一端与螺纹套筒(10)一端螺纹连接，螺纹套筒(10)另一端与加工有流通孔(9)的中间缸(4)固定连接。开关电磁阀(8)中的线圈与控制器的输出接口线连接，控制器的各输入接口和各个传感器与开关线连接。文档编号B60G13/16GK201068074SQ20072009416公开日2008年6月4日申请日期2007年8月2日优先权日2007年8月2日发明者坚吴,宋大凤,静李,李幼德,坤杨,健赵申请人:吉林大学