一种发电效率高的汽车防倾杆的制作方法

本发明涉及汽车悬架技术领域，特别涉及一种发电效率高的汽车防倾杆。

背景技术：

防倾杆是汽车独立悬架系统中的重要部件，一般安装于汽车的前桥或后桥上，连接左右悬架，其结构一般包括水平设置在车身底部、可相对于车身自由旋转的带有弹性的扭杆，扭杆两端通过连接臂与悬架摆臂连接，扭杆与连接臂形成u型结构，当车身只作垂直运动时，两侧悬架变形相同，防倾杆不起作用。当车身侧倾时，两侧悬架跳动不一致，防倾杆发生扭转，杆身的弹力成为车身继续侧倾的阻力，起到防倾的作用。

为了减少车轮垂向跳动时的冲击力，一般希望尽量减小汽车的簧下质量，但是防倾杆中部的扭杆一般采用实芯弹簧钢材料制成，自重大、材料消耗多，扭杆两端的连接臂传递的弯矩较大，因此连接臂一般采用铸铁或铸钢制作，其截面尺寸和重量也较大，为了减小簧下质量，防倾杆的重量应尽量小。

汽车正常行驶时，车轮垂向振动的幅度变化较大，希望车轮垂向振幅较小时防倾杆的扭转刚度低，这样可以充分发挥垂向弹簧和减振器的作用，提高乘坐舒适性，而车轮垂向振幅较大时，希望防倾杆的扭转刚度高，这样可以提高汽车行驶稳定性，而目前的防倾杆扭转刚度往往是固定值，无法同时兼顾两种情况，现有技术中申请号为cn201511025991.x中所述的一种电控分离式主动防倾杆，包括左扭杆、右扭杆、主动控制模块、相对位移传感器和方向盘转角传感器；其中主动控制模块包含ecu、力矩电机、左主动直齿轮、右主动直齿轮、左主动锥齿轮、右主动锥齿轮、左从动锥齿轮、右从动锥齿轮、左扭杆齿轮、右扭杆齿轮、行星齿轮、左电磁离合器、行星齿轮电磁离合器和右电磁离合器，通过主动控制模块可以调整防倾杆的刚度，但是该专利的结构复杂，零件较多，导致防倾杆的重量进一步增加，且制造、维修成本很高，难以大范围推广。

且目前的振动发电装置其发电效率也较低，主要是因为目前振动发电装置的原理是通过导体切割磁感线产生电流，而受到空间限制，导体的移动范围一般很小，因此发电效率很低。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明目的是提供一种重量轻、扭转刚度可变的发电效率高的汽车防倾杆。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种发电效率高的汽车防倾杆，包括沿汽车横向方向水平设置在车架下方的扭杆，扭杆包括杆体，杆体的两端各设置一个连接套，杆体与车架之间通过两个或多个轴承连接；

连接套的一个端头穿过连接臂一端的侧面且可使连接臂沿连接套的轴线旋转一定角度，连接臂的另一端与汽车悬架的摆臂通过球铰连接；所述的连接臂由多个相互平行的连接层沿连接臂的厚度方向层叠而成，连接层与扭杆的轴线垂直设置，所述连接层是由多个六边形抗弯蜂窝单元相互连接形成的蜂窝状平板结构，抗弯蜂窝单元包括两条与连接臂的长边方向垂直的抗弯竖边以及四条与连接臂的长边呈一定角度的抗弯斜边；多个连接层之间、沿连接臂的厚度方向设置多条圆柱形弹性棒，圆柱形弹性棒位于抗弯蜂窝单元中的角点处，弹性棒的外侧面与抗弯蜂窝单元中的抗弯竖边或抗弯斜边的端头连接；

所述连接套包括与杆体同轴设置的一根中心杆以及与中心杆平行设置的导力杆，沿中心杆的径向方向环形阵列设置一排或多排导力杆；所述中心杆穿过多个连接层中位于相同位置的多个抗弯蜂窝单元的中心点，多个导力杆分别穿过中心杆所在的抗弯蜂窝单元附近的一个抗弯蜂窝单元的中心点；所述中心杆、导力杆与各自所在的抗弯蜂窝单元中的六个弹性棒之间设置弹性杆；

位于同一个环形阵列中的多个导力杆之间、穿出连接臂的部分设置与导力杆垂直的圆弧形扭力传递杆，扭力传递杆的两端分别与两个相邻的导力杆的外侧面连接；多个扭力传递杆构成一个圆环形状；沿中心杆的轴向方向设置多个由扭力传递杆构成的圆环形状；穿出连接臂的导力杆的外侧面还与圆弧形扭力辅助杆的一端连接，扭力辅助杆的另一端与中心杆的外侧面连接，多个扭力辅助杆沿中心杆的径向方向构成环形阵列结构，沿中心杆的轴向方向，设置多排由扭力辅助杆构成的环形阵列结构；

所述杆体一端连接的连接套中扭力辅助杆的圆弧凸起方向与杆体另一端连接的连接套中扭力辅助杆的圆弧凸起方向相反；

所述杆体包括位于两端的环形圈，杆体两端的环形圈的外表面与导力杆一端的端头连接，两个环形圈之间设置圆筒形扭转壳，扭转壳的筒壁由多个六边形抗扭蜂窝单元相互连接形成，抗扭蜂窝单元中每条边在空间具有一定的圆弧弧度，使抗扭蜂窝单元各条边与扭转壳的筒壁弧度相适应；

所述抗扭蜂窝单元包括两条与扭转壳的轴线垂直的抗扭竖边，以及四条与扭转壳的轴线呈一定角度的抗扭斜边；所述的抗扭竖边与抗扭斜边之间、相邻抗扭斜边之间通过导电球连接；所述的导电球包括两个金属导体芯以及一个绝缘芯，相邻导体芯之间设置绝缘垫；

所述抗扭竖边包括两条螺旋状的发电线圈相互盘旋形成的dna式双螺旋结构；沿发电线圈的轴向、两条发电线圈之间设置多组发电单元，每组发电单元包括两个同轴设置的永磁体，永磁体的轴向与发电线圈的轴向垂直，两个永磁体的外端分别与一个发电线圈绝缘连接，两个永磁体的内端相互靠近并留有一定的间隙，两个永磁体内端的极性相互反向设置；两个永磁体的内端套在导向套内，使永磁体的内端可沿导向套的轴向方向滑动。

优选的，一个发电单元中的两条发电线圈各自的端头分别与导电球中的一个导体芯的外侧面连接，多个导体芯中的一个或多个分别与带有数据采集功能的控制器连接，其余导体芯依次与控制开关、圆柱形蓄电池连接，蓄电池放置在扭转壳内且与扭转壳同轴设置，所述的控制开关与控制器通信连接。

优选的，所述杆体中设置多个同心的扭转壳，多个同心的扭转壳的两端分别与多个同心的环形圈的一侧连接，多个同心的环形圈的另一侧分别与多排环形阵列的导力杆的其中一排的导力杆的端头连接。

优选的，所述的杆体中设置两层扭转壳，扭转壳的两端各设置两个同心的环形圈；沿中心杆的径向方向环形阵列设置两排导力杆，第一排中设置6个导力杆，第二排中设置12个导力杆。

优选的，所述连接臂的上、下方各设置一个吸声板，吸声板与连接层垂直设置，吸声板的内侧面与连接层中最外侧的圆柱形弹性棒的外侧面连接。

优选的，所述的中心杆、导力杆由弹性金属材料制作而成；所述的抗弯竖边、抗弯斜边、环形圈、抗扭斜边、弹性棒由橡胶材料或带有弹性的绝缘复合材料制作而成；所述扭力传递杆、辅助扭力传递杆由弹性金属材料或橡胶材料制作而成。

本发明的有益效果在于：连接臂、连接套、扭转壳均为网格状结构，有效减小防倾杆质量；扭转壳扭转变形时，抗扭蜂窝单元中的抗扭竖边发生变形，其中的发电线圈产生了电流，把车轮跳动的能量转化成电能，有效回收能量；控制器可根据电流的大小接通部分或全部控制开关，使部分或全部抗扭竖边发电，从而改变扭转壳的扭转刚度，实现了主动调整防倾杆的扭转刚度，提高了汽车的行驶稳定性和适应能力；发电单元中的两个永磁体之间的初始间隙可以设置的很小，当间隙变化时，产生的感应电流很大，有效提高了发电效率。

附图说明

图1为防倾杆与车轮、车身连接示意图；

图2为防倾杆俯视图；

图3为图2中放大视图i；

图4为图2中a向视图；

图5为一种优选方案中连接套结构示意图；

图6为扭杆结构示意图；

图7为图6中b-b剖视图；

图8为图7中c向视图；

图9为图8中放大视图ii；

图10为抗扭竖边结构示意图；

图11为振动时两条永磁体相互远离示意图；

图12为振动时两条永磁体相互靠近示意图。

具体实施方式

如图1-图9所示的一种发电效率高的汽车防倾杆，包括沿汽车横向方向水平设置在车架下方的扭杆1，扭杆1包括杆体101，杆体101的两端各设置一个连接套102，杆体101与车架之间通过两个或多个轴承连接，使杆体101可相对于车架自由旋转；

所述连接套102的一个端头穿过连接臂2一端的侧面且可使连接臂2沿连接套102的轴线旋转一定角度，连接臂2的另一端与汽车悬架的摆臂通过球铰连接；所述的连接臂2由多个相互平行的连接层20沿连接臂2的厚度方向层叠而成，连接层20与扭杆1的轴线垂直，所述连接层20是由多个六边形抗弯蜂窝单元21相互连接形成的蜂窝状平板结构，抗弯蜂窝单元21包括两条与连接臂2的长边方向垂直的抗弯竖边以及四条与连接臂2的长边呈一定角度的抗弯斜边；多个连接层20之间、沿连接臂2的厚度方向设置多条圆柱形弹性棒22，圆柱形弹性棒22位于抗弯蜂窝单元21中的角点处，弹性棒22的外侧面与抗弯蜂窝单元21中的抗弯竖边或抗弯斜边的端头连接，连接方式可以是粘接或焊接；

所述连接套102包括与杆体101同轴设置的一根中心杆6以及与中心杆6平行设置的导力杆61，中心杆6、导力杆61可以是实心杆或空心杆，沿中心杆6的径向方向环形阵列设置一排或多排导力杆61；所述中心杆6穿过多个连接层20中位于相同位置的多个抗弯蜂窝单元21的中心点，多个导力杆61分别穿过中心杆6所在的抗弯蜂窝单元21附近的一个抗弯蜂窝单元21的中心点；所述中心杆6、导力杆61与各自所在的抗弯蜂窝单元21中的六个弹性棒22之间设置弹性杆62，弹性杆62与弹性棒22之间的连接可以是粘接或焊接，弹性杆62与中心杆6或导力杆61之间的连接可以是粘接或焊接；

位于同一个环形阵列中的多个导力杆61之间、穿出连接臂2的部分设置与导力杆61垂直的圆弧形扭力传递杆63，扭力传递杆63的两端分别与两个相邻的导力杆61的外侧面连接；同一个环形阵列中的多个导力杆61之间的多个扭力传递杆63构成一个圆环形状；沿中心杆6的轴向方向设置多排由扭力传递杆63构成的圆环形状；穿出连接臂2的导力杆61的外侧面还与圆弧形扭力辅助杆64的一端连接，扭力辅助杆64的另一端与中心杆6的外侧面连接，多个扭力辅助杆64沿中心杆6的径向方向构成环形阵列结构，沿中心杆6的轴向方向，设置多排由扭力辅助杆64构成的环形阵列结构；

为了提高扭转刚度，杆体101一端连接的连接套102中扭力辅助杆64的圆弧凸起方向与杆体101另一端连接的连接套102中扭力辅助杆64的圆弧凸起方向相反，且扭力辅助杆64的圆弧凸起方向与连接套102受力后的旋转方向相同；即一侧车轮向上跳动时带动一侧的连接臂2的一端上移，与该连接臂2连接的连接套102旋转时的方向为该连接套102中扭力辅助杆64的圆弧凸起方向；而一侧的连接套102旋转时，另一侧的连接套102中的扭力辅助杆64的圆弧凸起可以有效抵抗另一侧连接套102的旋转，这样就增大了防倾杆的扭转刚度。

所述杆体101包括位于两端的环形圈11，环形圈11的外表面与导力杆61一端的端头连接，杆体101两端的环形圈11之间设置圆筒形扭转壳10，扭转壳10的筒壁由多个六边形抗扭蜂窝单元12相互连接形成，抗扭蜂窝单元12中每条边在空间具有一定的圆弧弧度，使抗扭蜂窝单元12各条边与扭转壳10的筒壁弧度相适应；

所述抗扭蜂窝单元12包括两条与扭转壳10的轴线垂直的抗扭竖边13，以及四条与扭转壳10的轴线呈一定角度的抗扭斜边14；所述的抗扭竖边13与抗扭斜边14之间、相邻抗扭斜边14之间通过导电球15连接；所述的导电球15包括两个金属导体芯16以及一个绝缘芯17，相邻导体芯16之间设置绝缘垫18；对导电球15进行合理划分并使用不同材料，可以有效提高材料利用率，导体芯16可以采用铜芯或铝芯或钢芯制作而成，绝缘芯17、绝缘垫18采用橡胶或其他具有弹性的复合材料可以进一步增加抗扭蜂窝单元12的缓冲效果并减小其重量。

如图10所示的，所述抗扭竖边13包括两条螺旋状的发电线圈31相互盘旋形成的dna式双螺旋结构；沿发电线圈31的轴向、两条发电线圈31之间设置多组发电单元，每组发电单元包括两个同轴设置的永磁体32，永磁体32的轴向与发电线圈31的轴向垂直，两个永磁体32的外端分别与一个发电线圈31绝缘连接，两个永磁体32的内端相互靠近并留有一定的间隙，两个永磁体32内端的极性相互反向设置；两个永磁体32的内端套在导向套33内，使永磁体32的内端可沿导向套33的轴向方向滑动；

永磁体32与发电线圈31之间可以使用绝缘胶水粘接，也可以是在发电线圈31的侧面设置橡胶卡槽，将永磁体32的一端插入卡槽内。

如图11-图12所示的，当抗扭竖边13因受力而使其长度发生变化时，抗扭竖边13中的发电线圈31的长度也发生变化，由于发电线圈31在空间中是螺旋状，因此其螺旋弧线形状也发生了变化，即发电线圈的轴向长度变短，而径向尺寸变大，则两个永磁体32之间的间隙由小变大，发电线圈31内存在的磁场的磁隙发生了变化，根据电磁感应原理可知发电线圈31上会产生感应电流，实现了振动发电；同理当抗扭竖边13回复原状时，两个永磁体32之间的间隙由大变小，同样会在发电线圈31上产生感应电流；两个永磁体32之间的初始间隙可以设置的很小，这样当间隙变化时，产生的感应电流很大，有效提高了发电效率。

发电时，由于两条发电线圈31的旋向相反，使一个发电单元中的两条发电线圈31产生的电流流向相反，因此一个发电单元中的两条发电线圈31各自的端头分别与导电球15中的一个导体芯16的外侧面连接，多个导体芯16中的一个或多个分别与带有数据采集功能的控制器7连接，其余导体芯16依次与控制开关8、圆柱形蓄电池9连接，蓄电池9放置在扭转壳10内且与扭转壳10同轴设置，所述的控制开关8与控制器7通信连接。为了将扭力发电杆64压缩和回复原状时产生的电流都进行有效的储存；导体芯16与蓄电池9之间还设置有整流器。

所述防倾杆的工作原理为：当汽车转向或一侧车轮遇到障碍物时，转向中的外侧车轮或遇到障碍物的车轮向上运动，此时与向上运动的车轮连接的悬架摆臂向上摆动，带动连接臂2的一端向上运动，连接臂2的多个连接层20中的抗弯蜂窝单元21被压缩，使连接臂2变成一个弹性臂，具有一定的抗弯刚度，可以抵挡一部分车轮跳动的能量，同时抗弯蜂窝单元21将车轮跳动的能量传递到连接套102中，抗弯蜂窝单元21中的圆柱形弹性棒22将能量传递给弹性杆62，弹性杆62将能量传递给中心杆6或导力杆61，使导力杆61绕中心杆6发生旋转，扭力传递杆63、扭力辅助杆64可以有效抵抗导力杆61的旋转，使连接套102具有一定的扭转刚度；导力杆61相对于中心杆6旋转的同时依次带动同侧的环形圈11、扭转壳10的一端旋转，而由于汽车另一侧的车轮没有跳动，则与汽车另一侧车轮连接的扭转壳10的另一端不旋转，因此对于扭转壳10来说，其筒壁受到扭力，则扭转壳10中的抗扭蜂窝单元12被扭转发生变形，这样汽车车轮跳动的能量依次被连接臂、连接套、扭转壳分别抵消，从而保证了汽车稳定行驶。且连接臂、连接套、扭转壳均为网格状结构，有效减小防倾杆质量。

扭转壳10扭转变形时，抗扭蜂窝单元12中的抗扭竖边13发生变形，其中的发电线圈31产生了电流，这样就把车轮跳动的能量转化成电能，并通过导体芯16储存在蓄电池9中。

为了使防倾杆的刚度可调，一个或多个导体芯16分别与带有数据采集功能的控制器7连接，当车轮跳动幅度较小时，与控制器7连接的导体芯16传递的电流较小，此时控制器7断开部分控制开关8，使部分抗扭竖边13不发电，则此时扭转壳10的扭转刚度较小，而当与控制器7连接的导体芯16传递的电流较大时，控制器7可根据电流的大小接通部分或全部控制开关8，使部分或全部抗扭竖边13发电，从而改变了扭转壳10的扭转刚度，实现了主动调整防倾杆的扭转刚度，提高了汽车的行驶稳定性和适应能力。

更好的实施方式是：所述杆体101中设置多个同心的扭转壳10，多个同心的扭转壳10的两端分别与多个同心的环形圈11的一侧连接，多个同心的环形圈11的另一侧分别与多排环形阵列的导力杆61的其中一排导力杆61的端头连接。

其中一种效果较好的方式是：所述的杆体101中设置两层扭转壳10，扭转壳10的两端各设置两个同心的环形圈11；沿中心杆6的径向方向环形阵列设置两排导力杆61，第一排中设置6个导力杆61，第二排中设置12个导力杆61。

更好的实施方式是：所述连接臂2的上、下方各设置一个吸声板23，吸声板23与连接层20垂直设置，吸声板23的内侧面与连接层20中最外侧的圆柱形弹性棒22的外侧面连接。吸声板23可以是具有蜂窝状吸声结构的夹层板，也可以是复合塑料材料制作而成的具有吸声效果的塑料板。

更好的实施方式是：所述的中心杆6、导力杆61由弹性金属材料制作而成；所述的抗弯竖边、抗弯斜边、环形圈11、抗扭斜边14、弹性棒22由橡胶材料或带有弹性的绝缘复合材料制作而成；扭力传递杆63、辅助扭力传递杆64可以根据需要由弹性金属材料或橡胶材料制作而成。

本申请中所述的防倾杆结构较为复杂，为了提高制造精度，可以采用多喷头式3d分层打印技术生成防倾杆，在相应的软件中将防倾杆模型建立好后进行分层，然后使用多喷头式3d打印机分别在每层模型中喷出不同材料，最后将多层材料堆叠并粘接在一起，即可以制作出本申请所述的防倾杆结构。