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一种惯质系数多级可调的惯容装置及其控制方法

阅读：881发布：2023-09-22

专利汇可以提供一种惯质系数多级可调的惯容装置及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种惯质系数多级可调的惯容装置及其控制方法，所述惯容装置包括液压缸、液压马达、单向阀、飞轮箱、直线电机、ECU和传感器。所述飞轮箱内设有转动惯量不同的两个飞轮，ECU确定当前工况的惯质系数值，由惯质系数值差值较小值，发送命令给直线电机，直线电机驱动拨叉轴进行轴向运动，使接合套与惯质系数值差值较小的飞轮接合齿圈啮合或者不啮合，从而使液压马达输出轴带动不同的飞轮转动，进而改变整个惯容装置的惯质系数。本发明由于接合套与不同的飞轮接合齿圈啮合或者不啮合，使得惯容装置的惯质系数多级可调，提高车辆舒适性和稳定性。，下面是一种惯质系数多级可调的惯容装置及其控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种惯质系数多级可调的惯容装置，其特征在于：包括液压缸(2)、液压马达(18)、飞轮箱(19)和直线电机(20)，液压缸(2)的油口通过高压软管和单向阀与液压马达(18)的油口连通，液压马达(18)的输出轴(25)与飞轮箱(19)固定连接，飞轮箱(19)中的拨叉轴(29)与直线电机(20)的电机轴固定连接，直线电机(20)与ECU(13)信号连接，ECU(13)与传感器(12)信号连接。
2.根据权利要求1所述的惯质系数多级可调的惯容装置，其特征在于：所述液压马达(18)的油口通过整流油路与液压缸(2)的油口连通。
3.根据权利要求1所述的惯质系数多级可调的惯容装置，其特征在于：所述输出轴(25)上固定飞轮A(28)和飞轮B(31)，两飞轮之间的输出轴(25)的凸台上套设同步器。
4.根据权利要求1所述的惯质系数多级可调的惯容装置，其特征在于：所述飞轮A(28)和飞轮B(31)的转动惯量不同。
5.根据权利要求1所述的惯质系数多级可调的惯容装置，其特征在于：所述同步器包括接合套(21)，飞轮靠近同步器设有结合齿圈，接合套(21)最多与一个接合齿圈啮合。
6.根据权利要求1所述的惯质系数多级可调的惯容装置，其特征在于：所述接合套(21)与拨叉轴(29)连接。
7.一种惯质系数多级可调的惯容装置的控制方法，其特征在于：ECU(13)结合车辆基本参数和车辆运行信息，得到适合当前工况惯容装置的惯质系数值B；进而ECU(13)获取B与B1的差值Δ1、B与B2的差值Δ2、B与B3的差值Δ3，并判断Δ1、Δ2和Δ3的大小，由较小值确定第一结合齿圈(22)还是第二结合齿圈(30)与接合套(21)啮合，或者两结合齿圈与接合套(21)均不啮合；然后ECU(13)控制直线电机(20)驱动拨叉轴(29)移动，使接合套(21)与确定的接合齿圈啮合或者均不啮合；其中，B1为接合套(21)和第一结合齿圈(22)啮合时，惯容装置的惯质系数值；B2为接合套(21)和第二结合齿圈(30)啮合时，惯容装置的惯质系数值；B3为接合套(21)与第一结合齿圈(22)、第二结合齿圈(30)均不啮合时，惯容装置的惯质系数值。
8.根据权利要求7所述的惯质系数多级可调的惯容装置的控制方法，其特征在于：所述惯容装置的惯质系数值为：其中：Jm为液压马达输出轴(25)和液压马达(18)中油液的总转动惯量，JA为飞轮A(28)的转动惯量，D为液压马达(18)的流量与角速度之比，ηv为液压马达(18)的容积效率，A为活塞(4)横截面积。

说明书全文

一种惯质系数多级可调的惯容装置及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于油气悬架减振技术领域，具体涉及一种惯质系数多级可调的惯容装置及其控制方法。

背景技术

[0002] 在工业领域机电一体化的发展潮流之下，机电相似理论得到了广泛的研究。在传统理论关于机械与电子的对应关系中，不管质量元件对应电感还是电容，都是不完全正确的；因为在电子网络中，电感、电阻、电容都具有两个自由、独立的端点，而质量元件并不是一个两端元件，它的一端必须机械接地；这使得机械网络无法与电子网络严格地对应起来，使得电子网络的大量理论与方法无法运用于电子网络中，极大地阻碍了人们对机电系统的研究。

[0003] 2004年剑桥大学的SMITH教授提出了惯容器的概念，并发明了齿轮齿条式惯容器和滚珠丝杠式惯容器，使机械网络与电子网络能够严格对应起来，即惯容器、阻尼、弹簧分别与电容、电阻、电感对应，促进了机械网络的发展。在车辆减振领域中，利用惯容器、弹簧、阻尼构成的新型悬架系统也改善了车辆悬架的性能。但是齿轮齿条式惯容器和滚珠丝杠式惯容器这类机械式惯容器存在响应滞后和机械磨损的问题。

[0004] 2013年剑桥大学SMITH等人提出液力式惯容器，由液压缸、活塞、螺旋管等构成的液力式惯容器封装了流体质量的惯性，由于液压缸和螺旋管中油液流量相等以及活塞面积远大于螺旋管截面面积，所以螺旋管中油液速度较快，油液具有较大动能，从而实现惯容器功能，并且液力式惯容器具有响应速度快、机械磨损小、承载能力强的优点。

[0005] 传统惯容器一经设计，其惯质系数不可改变，但是在主动与半主动悬架的研究中，车辆需要根据具体工况调整悬架性能，因此传统惯容器难以满足这一要求。

发明内容

[0006] 为了解决传统惯容器惯质系数不可调的问题，本发明提供了一种惯质系数多级可调的惯容装置及其控制方法。

[0007] 本发明是利用以下技术手段达到上述目的的。

[0008] 一种惯质系数多级可调的惯容装置，包括液压缸、液压马达、飞轮箱和直线电机，液压缸的油口通过高压软管和单向阀与液压马达的油口连通，液压马达的输出轴与飞轮箱固定连接，飞轮箱中的拨叉轴与直线电机的电机轴固定连接，直线电机与ECU 信号连接，ECU与传感器信号连接。

[0009] 上述技术方案，所述液压马达的油口通过整流油路与液压缸的油口连通。

[0010] 上述技术方案，所述输出轴上固定飞轮A和飞轮B，两飞轮之间的输出轴的凸台上套设同步器。

[0011] 上述技术方案，所述飞轮A和飞轮B的转动惯量不同。

[0012] 上述技术方案，所述同步器包括接合套，飞轮靠近同步器设有结合齿圈，接合套最多与一个接合齿圈啮合。

[0013] 上述技术方案，所述接合套与拨叉轴连接。

[0014] 一种惯质系数多级可调的惯容装置的控制方法，ECU结合车辆基本参数和车辆运行信息，得到适合当前工况惯容装置的惯质系数值B；进而ECU获取B与B1的差值Δ1、B与B2的差值Δ2、B与B3的差值Δ3，并判断Δ1、Δ2和Δ3的大小，由较小值确定第一结合齿圈还是第二结合齿圈与接合套啮合，或者两结合齿圈与接合套均不啮合；然后ECU控制直线电机驱动拨叉轴移动，使接合套与确定的接合齿圈啮合或者均不啮合；其中，B1为接合套和第一结合齿圈啮合时，惯容装置的惯质系数值；B2为接合套和第二结合齿圈啮合时，惯容装置的惯质系数值；B3为接合套与第一结合齿圈、第二结合齿圈均不啮合时，惯容装置的惯质系数值。

[0015] 进一步，所述惯容装置的惯质系数值为：其中：Jm为液压马达输出轴和液压马达中油液的总转动惯量，JA为飞轮A的转动惯量，D为液压马达的流量与角速度之比，ηv为液压马达的容积效率，A为活塞4横截面积。

[0016] 本发明的有益效果为：本发明惯质系数值差值由ECU分析得出，选择与当前工况惯质系数值较小的差值，控制直线电机工作，由直线电机驱动拨叉轴进行轴向运动，使接合套与惯质系数值差值较小的接合齿圈啮合或者不啮合，从而使液压马达输出轴带动不同的飞轮转动，进而改变整个惯容装置的惯质系数，改善车辆乘坐舒适性。附图说明

[0017] 下面结合附图和实例对本发明进行进一步说明。

[0018] 图1是本发明惯质系数多级可调的惯容装置结构示意图；

[0019] 图2是本发明惯质系数多级可调的惯容装置的飞轮箱结构图；

[0020] 图3是图2中飞轮箱内部的局部放大图；

[0021] 图4是本发明惯质系数多级可调的惯容装置运行流程图。

[0022] 图中：1-活塞杆，2-液压缸，3-腔A，4-活塞，5-腔B，6-油口B，7-第一单向阀，8-第一高压软管，9-第二单向阀，10-油口A，11-第二高压软管，12-传感器，13-ECU，14-第三单向阀，15-第三高压软管，16-第四单向阀，17-第四高压软管，18-液压马达，19-飞轮箱，20-直线电机，21-接合套，22-第一接合齿圈，23-锁止环，24-滚针轴承，25-液压马达输出轴，26-飞轮箱盖，27-壳体，28-飞轮A，29-拨叉轴，30-第二结合齿圈，31-飞轮B，32-定位销，33-滑块，34-弹簧，35-花键毂。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

[0024] 如图1所示，一种惯质系数多级可调的惯容装置，包括液压缸2、液压马达18、第一单向阀7、第二单向阀9、第三单向阀14、第四单向阀16、飞轮箱19、直线电机20、ECU13和传感器12。

[0025] 所述液压缸2中设有活塞4，活塞4把液压缸缸体分为腔A3和腔B5，活塞4与活塞杆1相连，腔A3内靠近缸体顶端设有油口A10，腔B5内靠近缸体底端设有油口B6。液压马达18的出油口一路通过第三高压软管15、第三单向阀14与油口A10连通，另一路通过第四高压软管17、第四单向阀16与油口B6连通；液压马达18的进油口一路通过第一高压软管8、第一单向阀7与油口B6连通，另一路通过第二高压软管11、第二单向阀9与油口A10连通。液压马达输出轴25与飞轮箱19固定连接，飞轮箱19中的拨叉轴29与直线电机20的电机轴固定连接，直线电机20与ECU13、ECU13与传感器12均为信号连接。

[0026] 如图2所示，飞轮箱19由壳体27与飞轮箱盖26通过螺栓固定而成，液压马达输出轴25穿过飞轮箱盖26后，穿入壳体27中，且液压马达输出轴25由轴承固定在飞轮箱盖26和壳体27上。液压马达输出轴25通过滚针轴承24固定飞轮A28和飞轮B31。两飞轮之间的液压马达输出轴25的凸台上套设同步器，如图3所示，同步器包括花键毂35、滑块33、锁止环23和接合套21；花键毂35套设在液压马达输出轴25的凸台上，花键毂35外部依次设有锁止环23、滑块33和接合套21，且锁止环23、滑块33和接合套21通过定位销32和弹簧34固定在花键毂35上。两飞轮可以独立在液压马达输出轴25上转动，且飞轮A28靠近同步器设有第一结合齿圈
22、飞轮B31靠近同步器设有第二结合齿圈30，第一结合齿圈22、第二结合齿圈30可与接合套21啮合，接合套21最多只能与一个飞轮上的接合齿圈啮合。接合套21与拨叉轴29连接，拨叉轴29穿过壳体27与直线电机20的电机轴固定连接，直线电机20驱动拨叉轴29进行轴向运动。

[0027] 本实施例中，飞轮A28与飞轮B31的转动惯量不同，传感器12可以为加速度传感器、和位移传感器，加速度传感器设置在车身重心上，用于采集车身加速度；位移传感器设置在悬架限位块上，用于采集悬架动位移。

[0028] 如图4所示，本发明一种惯质系数多级可调的惯容装置的运行流程，包括以下步骤：

[0029] 步骤(1)，传感器12采集车辆运行信息(车身加速度、悬架动位移)，发送给ECU13。

[0030] 步骤(2)，ECU13结合车辆基本参数(簧上质量、簧下质量、悬架杠杆比、轮胎刚度、蓄能器初始气压、阻尼器阻尼系数等)、车辆运行信息，得到适合当前工况惯容装置的惯质系数值B。

[0031] 步骤(3)，接合套21和第一结合齿圈22啮合时，惯容装置的惯质系数值为B1；接合套21和第二结合齿圈30啮合时，惯容装置的惯质系数值为B2；接合套21与第一结合齿圈22、第二结合齿圈30均不啮合时，惯容装置的惯质系数值为B3；B1、B2和B3均存储在ECU13中。ECU13获取B与B1的差值Δ1、B与B2的差值Δ2、B与B3的差值Δ3，并判断Δ1、Δ2和Δ3的大小，由较小值确定第一结合齿圈22还是第二结合齿圈30与接合套21啮合或者均不啮合；然后ECU13发出指令控制直线电机20驱动拨叉轴29移动，使接合套21与确定的接合齿圈啮合或者均不啮合，从而使液压马达输出轴带动不同的飞轮转动，进而改变整个惯容装置的惯质系数，提高车辆舒适性与稳定性。

[0032] 步骤(4)，重复步骤(1)-(3)，直至车辆停止运行。

[0033] 其中惯容装置的惯质系数值的确定过程为：

[0034] 当地面和车身的外力F沿液压缸2轴向方向施加在活塞杆1时，活塞4相对缸体作直线运动，腔A3和腔B5形成压差ΔP，假设活塞4横截面积为A，活塞4位移为x。根据牛顿定律，在液压缸2中：

[0035] F＝AΔP (1)

[0036] 假设液压马达18的流量为Q，则

[0037]

[0038] 由于液压马达18存在泄漏问题，实际作用于液压马达18的有效流量为：

[0039] Qin＝Qηv (3)

[0040] 式中：ηv为液压马达18的容积效率。

[0041] 而液压马达18的有效流量与液压马达18的转速存在以下关系：

[0042]

[0043] 即

[0044] 式中：D为液压马达18的流量与角速度之比；为液压马达18的转速。

[0045] 设ηv和D为常数，对(5)式关于时间求导，得：

[0046]

[0047] 即液压马达18角加速度为：

[0048]

[0049] 假设此时接合套21与第一结合齿圈22啮合，液压马达输出轴25带动飞轮A28转动，则：

[0050]

[0051] 式中：T为惯容装置的理想转矩，ηm为惯容装置机械效率，Jm为液压马达输出轴25和液压马达18中油液的总转动惯量，JA为飞轮A28的转动惯量。

[0052] 由于液压马达18输入功率等于输出功率，即：

[0053]

[0054] 则：

[0055]

[0056] 将式(5)、(7)、(8)代入式(10)得：

[0057]

[0058] 联立式(1)和(11)，可得：

[0059]

[0060] 由此可得，惯容装置的惯质系数为：

[0061]

[0062] 以上依据本发明的技术方案详细描述了具体实施方式。根据本发明的技术方案在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，上文描述的具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

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