諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振裝置，利用超磁致伸縮材料能量密度大，轉(zhuǎn)換效率高，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，將超磁致伸縮材料嵌入車輛懸架減振裝置，通過(guò)磁致伸縮逆效應(yīng)和電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電磁能，通過(guò)具有頻率跟蹤功能的控制器調(diào)節(jié)多個(gè)LRC振蕩回路的諧振頻率點(diǎn)，使電路達(dá)到共振耗能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)被動(dòng)減振；通過(guò)控制電路來(lái)發(fā)出減振控制信號(hào)，通過(guò)磁致伸縮正效應(yīng)驅(qū)動(dòng)GMM抵消振動(dòng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)減振，本實(shí)用新型的有益效果是實(shí)現(xiàn)了減振裝置的諧振頻率自跟蹤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，減振效果好。
【專利說(shuō)明】諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車輛懸架減振器，特別涉及一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振器。

【背景技術(shù)】
[0002]車輛懸架由于彈性元件受到?jīng)_擊會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，影響車輛行駛的安全性和平順性。為了避免車輛懸架振動(dòng)帶來(lái)不利的影響，可以在車輛懸架安裝減振器以達(dá)到減振的目的。
[0003]車輛懸架的減振器多是液力減振器，其工作原理是當(dāng)車架(或車身)和車橋間受到振動(dòng)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器腔內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過(guò)不同的孔隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使汽車振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到空氣中。
[0004]上述傳統(tǒng)的彈簧一質(zhì)量一阻尼式車輛懸架減振器的剛度及振動(dòng)特性疊加于車輛懸架上，而車輛懸架的頻率響應(yīng)特性附加于減振器之上，并在減振器的固定自由諧振頻率表現(xiàn)出反共振特點(diǎn)。減振器的阻尼可以影響振動(dòng)頻率超過(guò)系統(tǒng)反諧振響應(yīng)時(shí)的衰減特性，從而改變系統(tǒng)的振動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)有效的減振。但上述傳統(tǒng)的車輛懸架減振器的諧振頻率和阻尼系數(shù)固定，致使減振器無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜的車輛振動(dòng)工況。
[0005]近年來(lái)不少研宄人員開展了自適應(yīng)阻尼系數(shù)減振器研宄，這些減振器的阻尼自適應(yīng)大體采用兩種方法:第一種方法通過(guò)調(diào)節(jié)減振器腔室間的通孔大小來(lái)改變減振器阻尼；第二種方法通過(guò)改變減振器內(nèi)流體的黏度實(shí)現(xiàn)減振器阻尼的改變。基于第一種方法，中國(guó)發(fā)明專利2010105522620提出了一種通過(guò)在傳統(tǒng)雙筒液壓減振器的工作缸管壁鉆有規(guī)定數(shù)量、位置及大小的圓孔，改變減振器在不同工況下油液流過(guò)的通道面積來(lái)達(dá)到改變阻尼力的目的。中國(guó)發(fā)明專利2005100212129提出的減振器的上活塞體和下活塞體在相對(duì)應(yīng)的位置處各自設(shè)置有相對(duì)應(yīng)的油液流通孔，并且上活塞體和下活塞體中至少有一個(gè)與動(dòng)力裝置相連，可在動(dòng)力裝置的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，使油液流通孔錯(cuò)位，改變油液流通通道的截面積，改變油液從一個(gè)腔體流到另一個(gè)腔體的總量流速，達(dá)到調(diào)整阻尼的要求。基于第二種方法，美國(guó)專利US7112474B2提出了一種磁流變自適應(yīng)減振器，通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)改變磁流變液粘度，實(shí)現(xiàn)減振器阻尼大小控制。中國(guó)發(fā)明專利200710068598.8,201010241273.7，201010249025.7提出了一種磁流變復(fù)合阻尼控制方法與裝置，綜合使用磁流變液阻尼控制技術(shù)和超磁致伸縮材料分路阻尼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)減振器阻尼控制。
[0006]上述專利設(shè)計(jì)的自適應(yīng)阻尼系數(shù)減振器實(shí)現(xiàn)了阻尼系數(shù)的可調(diào)控制，但無(wú)論是通過(guò)改變通孔大小的機(jī)械式阻尼控制技術(shù)，還是磁流變液阻尼控制技術(shù)或者超磁致伸縮材料分路阻尼技術(shù)，其諧振頻率都是固定的。因此上述自適應(yīng)阻尼系數(shù)減振器只能在較窄的諧振頻率帶寬范圍內(nèi)具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，將振動(dòng)的機(jī)械能有效地耗散。實(shí)際工況下，車輛懸架的振動(dòng)頻率隨路況、負(fù)載等多種因素影響，往往不處于減振器的諧振頻率帶寬范圍，使得減振器的減振效果變差。為提高減振器的有效減振頻率范圍，有必要設(shè)計(jì)自跟蹤諧振頻率的超磁致伸縮車輛懸架減振器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振器，可以對(duì)振動(dòng)頻率進(jìn)行自跟蹤，使減振器在較寬的頻率范圍內(nèi)都能有效地減小車輛懸架振動(dòng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振器，包括車輛懸架、信號(hào)調(diào)理放大電路、鑒頻電路、減振控制器；所述的車輛懸架減振器通過(guò)發(fā)送GMM傳感信號(hào)傳遞給信號(hào)調(diào)理放大電路，并依此通過(guò)鑒頻電路、減振控制器；減振控制器通過(guò)主動(dòng)減振信號(hào)發(fā)生器和諧振耗能電路來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)GMM分路阻尼和被動(dòng)GMM分路阻尼。
[0009]本發(fā)明還提供一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振裝置，包括外筒、內(nèi)置有GMM的軟磁體內(nèi)筒以及控制電路系統(tǒng)。
[0010]軟磁體內(nèi)筒的兩端分別與導(dǎo)向活塞和活塞桿相連，并通過(guò)彈性元件固定在外筒。
[0011]安裝在軟磁體內(nèi)筒中的GMM的上下兩端分別與下永磁體和上永磁體相連，其外圍繞有線圈。
[0012]控制電路系統(tǒng)包括振動(dòng)分析控制電路和GMM控制電路。
[0013]振動(dòng)分析控制電路由線圈、信號(hào)調(diào)理放大電路、鑒頻電路和減振控制電路構(gòu)成。
[0014]所述的GMM控制電路為單模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼控制電路、多模態(tài)分路阻尼控制電路或主被動(dòng)雜交GMM分路阻尼控制電路一種。
[0015]所述的單模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼控制電路由線圈、電阻R、可調(diào)電容Cx構(gòu)成。通過(guò)可調(diào)電容Cx，使線圈、電阻R、可調(diào)電容Cx構(gòu)成的諧振電路處于諧振點(diǎn)。車輛懸架系統(tǒng)振動(dòng)能量通過(guò)逆磁致伸縮效應(yīng)轉(zhuǎn)化成的電能在諧振點(diǎn)能以最大程度地以熱能的形式耗散，從而實(shí)現(xiàn)減振的目標(biāo)。
[0016]所述的多模態(tài)分路阻尼控制電路由多個(gè)LRC調(diào)諧電路，具體為電阻Rl、Cxl并聯(lián)的LRC電路，所述的LRC電路包依次串聯(lián)的電容C2、R2和一 LC并聯(lián)諧振電路，在單模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼控制電路基礎(chǔ)上，多模態(tài)被動(dòng)GMM分路采用隔流電路原理實(shí)現(xiàn)多模態(tài)分路阻尼振動(dòng)控制，可以同時(shí)對(duì)振動(dòng)的多個(gè)振動(dòng)頻率分量進(jìn)行有效抑制。
[0017]所述的主被動(dòng)雜交GMM分路阻尼控制電路由線圈、電阻R、電流源i，可調(diào)電容Cx構(gòu)成。主動(dòng)控制則是根據(jù)車輛懸架振動(dòng)產(chǎn)生與振動(dòng)信號(hào)反相位的減振控制信號(hào)，通過(guò)磁致伸縮效應(yīng)驅(qū)動(dòng)GMM抵消振動(dòng)。主被動(dòng)雜交GMM分路阻尼控制的被控控制可使結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，而主動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)更好的控制效果。
[0018]所述的彈性元件為彈簧。
[0019]本發(fā)明基于GMM換能原理，集成振動(dòng)信號(hào)鑒頻技術(shù)，形成了一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振新技術(shù)。本發(fā)明的被動(dòng)GMM分路阻尼控制利用諧振電路在諧振點(diǎn)時(shí)GMM具有最大換能效率的特點(diǎn)，將車輛懸架振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散。本發(fā)明的主被動(dòng)GMM分路阻尼控制采用GMM實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)減振，與被動(dòng)減振共同作用使主被動(dòng)GMM分路阻尼控制的減振效果更加理想。上述車輛懸架減振技術(shù)可以對(duì)振動(dòng)頻率進(jìn)行自跟蹤，使減振裝置在較寬的頻率范圍內(nèi)都能有效地減小車輛懸架系統(tǒng)振動(dòng)，克服了傳統(tǒng)車輛懸架減振方法工作頻率帶寬較窄的缺點(diǎn)。而且本發(fā)明設(shè)計(jì)的車輛懸架減振裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，能夠適應(yīng)復(fù)雜工況下車輛懸架減振的需要。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖2是減振控制器工作流程圖。
[0022]圖3是諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖4是被動(dòng)GMM分路阻尼控制示意圖。
[0024]圖5是單模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻抗-頻率特性圖。
[0025]圖6是多模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻抗-頻率特性圖。
[0026]圖7是主被動(dòng)雜交GMM分路阻尼控制示意圖。
[0027]圖中:1、外筒，2、彈簧，3、導(dǎo)向活塞，4、軟磁體內(nèi)筒，5、下永磁體，6、線圈，7、GMM，8、上永磁體，9、活塞桿。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029]如圖1所示是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖，包括車輛懸架、信號(hào)調(diào)理放大電路、鑒頻電路、減振控制器；所述的車輛懸架減振裝置通過(guò)發(fā)送GMM傳感信號(hào)傳遞給信號(hào)調(diào)理放大電路，并依此通過(guò)鑒頻電路、減振控制器；減振控制器通過(guò)主動(dòng)減振信號(hào)發(fā)生器和諧振耗能電路來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)GMM分路阻尼和被動(dòng)GMM分路阻尼。線圈、GMM變壓電路、信號(hào)調(diào)理放大電路、鑒頻電路和減振控制器構(gòu)成了振動(dòng)感知電路其作用是將GMM中由振動(dòng)帶來(lái)的磁疇偏轉(zhuǎn)在線圈感應(yīng)出來(lái)的電壓信號(hào)經(jīng)變壓電路耦合到信號(hào)調(diào)理放大電路進(jìn)行調(diào)理放大，通過(guò)鑒頻電路確定車輛懸架振動(dòng)的頻率分量，在此基礎(chǔ)上根據(jù)振動(dòng)情況確定適當(dāng)?shù)臏p振策略。車輛懸架的振動(dòng)會(huì)在GMM7中通過(guò)逆磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)變化，導(dǎo)致線圈6中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理放大電路處理后，由鑒頻電路來(lái)確定車輛懸架的振動(dòng)頻率。減振控制器根據(jù)車輛懸架的振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)主動(dòng)減振信號(hào)發(fā)生器和諧振耗能電路，實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)GMM分路阻尼控制。
[0030]如圖2所示是減振控制器的減振策略流程圖，減振控制器通過(guò)鑒頻電路獲取的振動(dòng)頻率確定車輛懸架主要振動(dòng)能量的頻率分布。如果振動(dòng)能量分布在一個(gè)頻率點(diǎn)，則采用單模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼控制；如果振動(dòng)能量分布在多個(gè)頻率點(diǎn)，則采用多模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼控制。同時(shí)根據(jù)車輛懸架大小確定采用被動(dòng)GMM分路阻尼控制還是主被動(dòng)GMM分路阻尼控制。確定減振策略后，通過(guò)切換開關(guān)將電路切換到所需要的減振電路。在此基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)可調(diào)電容以調(diào)整被動(dòng)GMM分路的諧振頻率以及主動(dòng)GMM分路的振動(dòng)頻率和幅值等參數(shù)。
[0031]如圖3所示，諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架系統(tǒng)減振裝置的外筒1內(nèi)安裝有軟磁體內(nèi)筒4，軟磁體內(nèi)筒4的兩端分別與導(dǎo)向活塞3和活塞桿9相連，通過(guò)彈簧2固定在外筒1中，安裝在軟磁體內(nèi)筒4中的GMM7的上下兩端分別與下永磁體5和上永磁體8相連，其外圍繞有線圈6。GMM7，下永磁體5、軟磁體內(nèi)筒4和上永磁體8構(gòu)成了磁回路，線圈6、信號(hào)調(diào)理放大電路、鑒頻電路和減振控制電路構(gòu)成了振動(dòng)分析控制電路。線圈6、電阻R、可調(diào)電容Cx構(gòu)成了被動(dòng)GMM分路阻尼控制電路。線圈6、電阻R、電流源i，可調(diào)電容Cx構(gòu)成了主被動(dòng)雜交GMM分路阻尼控制電路。GMM、永磁體和軟磁體內(nèi)筒構(gòu)成的磁回路。
[0032]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
[0033]被動(dòng)GMM分路阻尼控制過(guò)程如圖4所示，初始狀態(tài)時(shí)，GMM7在下永磁體5、上永磁體8的作用下，其磁疇沿軸向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。預(yù)壓載荷F通過(guò)活塞桿9施加到減振器上，并通過(guò)彈簧2提供支持反力。車輛懸架系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)載荷疊加到預(yù)壓載荷F上，使GMM7內(nèi)部的磁疇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過(guò)GMM7的磁通量發(fā)生變化，進(jìn)而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。將感應(yīng)電壓調(diào)理放大后，通過(guò)鑒頻電路獲得車輛懸架系統(tǒng)的振動(dòng)頻率。減振控制器根據(jù)振動(dòng)的主頻率分量數(shù)量確定采用單模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼控制還是多模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼控制。以圖4實(shí)例，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)或兩個(gè)振動(dòng)頻率分量的消減。當(dāng)振動(dòng)頻率發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)RC電路中的可調(diào)電容Cxl和Cx2值，使LRC電路始終處于諧振狀態(tài)，確保線圈中的感應(yīng)電流盡可能轉(zhuǎn)化為熱能消耗，可以同時(shí)對(duì)振動(dòng)的單個(gè)或兩個(gè)振動(dòng)頻率分量進(jìn)行有效抑制。
[0034]單模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼的阻抗-頻率特性曲線如圖5所示，諧振電路在諧振頻率f0處具有最大的阻抗，此時(shí)RC電路處于諧振狀態(tài)，能將線圈中的感應(yīng)電流最大程度轉(zhuǎn)化為熱能消耗。
[0035]多模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼的阻抗-頻率特性曲線如圖6所示，諧振電路在諧振頻率fl和f2處具有最大的阻抗，此時(shí)RC電路在頻率fl和f2均處于諧振狀態(tài)，能將線圈中的感應(yīng)電流最大程度轉(zhuǎn)化為熱能消耗，適合消除兩個(gè)頻率分量較大的振動(dòng)。
[0036]主被動(dòng)雜交GMM分路阻尼控制過(guò)程如圖7所示，其電路在LRC電路中串入主動(dòng)電流源。該電路的被動(dòng)控制工作過(guò)程與上述的被動(dòng)GMM分路阻尼控制過(guò)程類似，其主動(dòng)控制過(guò)程則是根據(jù)感應(yīng)到的振動(dòng)信號(hào)發(fā)生減振控制信號(hào)，施加到線圈6后驅(qū)動(dòng)GMM7以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的主動(dòng)控制。主被動(dòng)雜交GMM分路阻尼控制的被控控制可使結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，而主動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)更好的控制效果。
[0037]本文中提到的GMM為超磁致伸縮材料，如Terfeol-D，上述【具體實(shí)施方式】用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振裝置，其特征在于包括車輛懸架、GMM變壓電路、信號(hào)調(diào)理放大電路、鑒頻電路、減振控制器；所述的車輛懸架諧振頻率自跟蹤通過(guò)發(fā)送GMM傳感信號(hào)傳遞給信號(hào)調(diào)理放大電路，并依此通過(guò)鑒頻電路、減振控制器；減振控制器通過(guò)主動(dòng)減振信號(hào)發(fā)生器和諧振耗能電路來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)GMM分路阻尼和被動(dòng)GMM分路阻尼。
2.一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振裝置結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括外筒、內(nèi)置有GMM的軟磁體內(nèi)筒以及控制電路系統(tǒng)； 軟磁體內(nèi)筒的兩端分別與導(dǎo)向活塞和活塞桿相連，并通過(guò)彈性元件固定在外筒； 安裝在軟磁體內(nèi)筒中的GMM的上下兩端分別與下永磁體和上永磁體相連，其外圍繞有線圈； 控制電路系統(tǒng)包括振動(dòng)分析控制電路和GMM控制電路； 振動(dòng)分析控制電路由線圈、信號(hào)調(diào)理放大電路、鑒頻電路和減振控制電路構(gòu)成； 所述的GMM控制電路為單模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼控制電路、多模態(tài)分路阻尼控制電路或主被動(dòng)雜交GMM分路阻尼控制電路一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架減振裝置，其特征在于所述的單模態(tài)被動(dòng)GMM分路阻尼控制電路由線圈、電阻R、可調(diào)電容Cx構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架裝置，其特征在于，所述的多模態(tài)分路阻尼控制電路由多個(gè)LRC調(diào)諧電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架裝置，其特征在于，所述的主被動(dòng)雜交GMM分路阻尼控制電路由線圈、電阻R、電流源i，可調(diào)電容Cx構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架裝置，其特征在于，所述的彈性元件為彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的一種諧振頻率自跟蹤的超磁致伸縮車輛懸架裝置，其特征在于，所述的多模態(tài)分路阻尼控制電路包括與電阻Rl、Cxl并聯(lián)的LRC電路，所述的LRC電路包依次串聯(lián)的電容C2、R2和一 LC并聯(lián)諧振電路。
【文檔編號(hào)】B60G17/015GK204222577SQ201420680411
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】唐志峰, 竇月濤, 周泓 申請(qǐng)人:徐州華夏電子有限公司