一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧

摘要

一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧，它包括磁流变弹性体橡胶气囊、上盖板、下盖板、活塞杆、活塞、工作缸、线圈、加速度传感器和控制器模块；磁流变弹性体橡胶气囊上下端分别与上下盖板连接，其内腔充有可压缩气体；活塞杆、活塞和工作缸位于磁流变弹性体橡胶气囊内部；活塞杆上端与上盖板连接，下端与活塞连接成一体在工作缸内上、下滑动；活塞的内部绕制了线圈；工作缸下端与下盖板连接，其内腔充有磁流变弹性液体，该液体通过活塞与工作缸之间的间隙来回流动；两个加速度传感器分别通过信号线连接控制器模块，控制器模块通过控制线与线圈相连。本发明结构紧凑、响应时间短，自动调节刚度和阻尼值，提高载运工具的乘坐舒适性及操作稳定性。

权利要求

1.一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧，它包括：磁流变弹性体橡胶气囊、上盖板、下盖板、线圈和控制器模块；磁流变弹性体橡胶气囊上端与上盖板连接，其下端与下盖板连接，其内腔充有可压缩气体；控制器模块通过控制线与线圈相连；

其特征在于：该基于磁流变技术的自适应空气弹簧还包括活塞杆、活塞、工作缸及加速度传感器；活塞杆、活塞和工作缸位于磁流变弹性体橡胶气囊内部；活塞杆上端与上盖板连接，其下端与活塞连接成一体，该活塞杆及活塞在工作缸内上、下滑动；活塞的内部绕制了线圈；工作缸下端与下盖板连接，其内腔充有磁流变弹性液体，该液体通过活塞与工作缸之间的间隙来回流动；两个加速度传感器分别被固定在上盖板和下盖板上，它们分别通过信号线连接控制器模块；

所述磁流变弹性体橡胶气囊由磁流变弹性体智能材料组成，该材料是由橡胶基体和磁性微米或纳米级颗粒混合后，在磁场作用下固化而成的聚合物复合材料，此材料的力学特性由外磁场调节，其形状类似于普通空气弹簧气囊，通过改变此款自适应空气弹簧中线圈的电流大小，连续实时地改变磁流变弹性体橡胶气囊的刚度值，缓冲不同幅值和频率的外界激励；

所述上盖板是圆柱体结构的盖板，用于密闭磁流变弹性体橡胶气囊，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作；

所述下盖板是圆柱体结构的盖板，用于密闭磁流变弹性体橡胶气囊，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作；

所述活塞杆是圆柱体结构的实心杆件，沿其轴线方向作往复运动，它是一个连接和运动部件，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作；

所述活塞是圆柱体结构件，沿其轴线方向做往复直线运动，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作；

所述线圈是呈环形螺旋状的导线绕组，为漆包铜导线制作，通电后，在电流的作用下将在其周围形成磁场，通过改变线圈中电流的大小调节和控制其产生磁场的强弱；

所述工作缸是圆柱状容器，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作；工作缸内腔充满的磁流变弹性液体是一种磁性颗粒悬浮液，它的流变特性将受到磁场强弱的影响而发生实时地变化，产生可控的阻尼力；

所述加速度传感器能感受加速度并转换成可用输出信号，传至控制器模块；

所述控制器模块通过编程实现信号处理与控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧，其特征在于：该磁流变弹性体橡胶气囊内腔充有的可压缩气体是惰性气体，利用惰性气体的可压缩性，实现弹簧作用。

说明书

一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧

(一)技术领域

[0001] 本发明涉及一种空气弹簧，尤其涉及一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧；该空气弹簧可以根据车身负载和实际工作路面激励状况，自动实时地调节其刚度和阻尼值，提高车辆的减振降噪性能，改善乘坐舒适性和操作稳定性。此系统也可应用在重型机械上，减小外界载荷对机械结构的冲击和振动。属于载运工具和工程机械技术领域。(二)背景技术

[0002] 在汽车正常行驶的过程中，车辆受到的作用力往往是冲击性的，加之路面状况复杂多变，外界载荷的激励幅值和频率将有所不同。重型机械结构在实际应用中，也会受到变化多样的外界载荷冲击。为提高载运工具和重型机械的抗冲击和减振性能，需要一种自适应系统能够根据外界激励的不同，实时地调节其刚度和阻尼值。

[0003] 目前现有的空气弹簧，可以通过气体的可压缩性实现高度和刚度的可调节性，起到缓冲的作用。但是，高度和刚度的调整响应时间为机械响应时间，非智能悬架系统。另外，空气弹簧在吸收外界冲击载荷的过程中，将产生振动，而其自身不具备阻尼特性，不能衰减振动。在实际使用过程中，空气弹簧通常需要和减振器配合使用，使它们分别起到弹簧和阻尼作用，才能达到抗冲击和减振的目的。

[0004] 磁流变弹性体和磁流变弹性液体是近年来出现的新型智能材料，它们在外加磁场的作用下，能够自动实时地改变力学特性。本发明基于此两种材料，设计了一种可以实时调节和控制刚度和阻尼的自适应空气弹簧。这种空气弹簧，同时集成了弹簧和减振器两个元件，能够有效缓和冲击，衰减振动，具有重要的工程应用意义。(三)发明内容

[0005] 1、目的：

[0006] 本发明的目的是提供一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧。基于磁流变技术，该装置具有响应时间短、结构紧凑的优点，能够根据外界载荷的不断变化，自动实时地调节其刚度和阻尼值，提高载运工具的乘坐舒适性及操作稳定性，也能够用于提高重型机械结构的抗冲击和减振性能。

[0007] 2、技术方案：

[0008] 见图1，本发明一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧，它包括：磁流变弹性体橡胶气囊、上盖板、下盖板、活塞杆、活塞、工作缸、线圈、加速度传感器和控制器模块。它们之间的位置连接关系是：磁流变弹性体橡胶气囊上端与上盖板连接，其下端与下盖板连接，其内腔充有可压缩气体；活塞杆、活塞和工作缸位于磁流变弹性体橡胶气囊内部；活塞杆上端与上盖板连接，其下端与活塞连接成一体，该整体可以在工作缸内上、下滑动；活塞的内部安装绕制了线圈；工作缸下端与下盖板连接，其内腔充有磁流变弹性液体，该液体可以通过活塞与工作缸之间的间隙来回流动；两个加速度传感器分别被固定在上盖板和下盖板上，它们分别通过信号线连接控制器模块；控制器模块通过控制线与线圈相连。

[0009] 所述磁流变弹性体橡胶气囊由磁流变弹性体智能材料组成，其形状类似于普通空气弹簧气囊。通过改变此款自适应空气弹簧中线圈的电流大小，可以连续实时地改变磁流变弹性体橡胶气囊的刚度值，缓冲不同幅值和频率的外界激励。

[0010] 所述上盖板是圆柱体结构的盖板，用于密闭磁流变弹性体橡胶气囊，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0011] 所述下盖板是圆柱体结构的盖板，用于密闭磁流变弹性体橡胶气囊，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0012] 所述活塞杆是圆柱体结构的实心杆件，可以沿其轴线方向作往复运动，它是一个连接和运动部件，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0013] 所述活塞是圆柱体结构部件，可沿其轴线方向做往复直线运动，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0014] 所述线圈是呈环形螺旋状的导线绕组，为漆包铜导线制作。通电后，在电流的作用下将在其周围形成磁场。通过改变线圈中电流的大小可以调节和控制其产生磁场的强弱。

[0015] 所述工作缸是圆柱状容器，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0016] 所述加速度传感器能感受加速度并转换成可用输出信号，传至控制器模块。它是按需要选购的市购件。

[0017] 所述控制器模块可以通过编程实现信号处理与控制。它是按需要选购的市购件。

[0018] 所述可压缩气体是惰性气体，利用气体的可压缩性，实现弹簧作用。

[0019] 其中，磁流变弹性体橡胶气囊由磁流变弹性体组成。该材料是由橡胶基体和磁性微米或纳米级颗粒混合后，在磁场作用下固化而成的聚合物复合材料，其力学特性(如杨氏模量、剪切模量和压缩模量等)可由外磁场调节，是一种新型的智能材料。

[0020] 其中，工作缸内腔充满的磁流变弹性液体是一种磁性颗粒悬浮液。它的流变特性将受到磁场强弱的影响而发生实时地变化，产生可控的阻尼力，属于新型智能材料。

[0021] 本发明工作流程如下：

[0022] 根据分别位于上、下盖板的加速度传感器感知的信号差值，由控制器模块自适应调节线圈输出电流信号的大小，进而改变空气弹簧中磁场的强弱，连续实时地改变磁流变弹性体的刚度和磁流变弹性液体的阻尼值，改善其抗冲击和减振特性。另外，磁流变弹性体橡胶气囊也将根据此信号差值，通过使其腔内可压缩气体受到的气压升高或者降低，调节空气弹簧的高度值。

[0023] 3、本发明一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧的优点：

[0024] ①该空气弹簧可以根据外界载荷的变化，自动实时地调节其刚度和阻尼值，实现了智能空气弹簧的设计。

[0025] ②同时集成了弹簧和减振器两个元件，结构紧凑，经济实用，体积小。

[0026] ③提高了载运工具，尤其是机动车辆和特种车辆的减振性能，改善了乘员的乘坐舒适性和操作稳定性。

[0027] ④使整体系统的安全性和可靠性得到了有效地提升。(四)附图说明

[0028] 图1本发明的自适应空气弹簧立体等轴示意图

[0029] 图2本发明的自适应空气弹簧剖面图

[0030] 图中符号说明如下：

[0031] 1磁流变弹性体橡胶气囊；2上盖板；3下盖板；4活塞杆；5活塞；6工作缸；7线圈；8加速度传感器；9控制器模块。
(五)具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本发明进行进一步详细描述：

[0033] 见图1和图2，本发明一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧，它包括：磁流变弹性体橡胶气囊1；上盖板2；下盖板3；活塞杆4；活塞5；工作缸6；线圈7；加速度传感器8；和控制器模块9。它们之间的位置连接关系是：

[0034] 磁流变弹性体橡胶气囊1上端与上盖板2连接，下端与下盖板3连接，其内腔充有可压缩气体；活塞杆4、活塞5和工作缸6位于磁流变弹性体橡胶气囊1内部；活塞杆4上端与上盖板2连接，其下端与活塞5连接成一体，该整体可以在工作缸6内上、下滑动；活塞5的内部安装绕制了线圈7；工作缸6下端与下盖板3连接，其内腔充有磁流变弹性液体，该液体可以通过活塞5与工作缸6之间的间隙来回流动；两个加速度传感器8分别被固定在上盖板2和下盖板3上，它们分别通过信号线与控制器模块9相连；控制器模块9通过控制线与活塞杆4上的线圈7相连。

[0035] 所述磁流变弹性体橡胶气囊1由磁流变弹性体智能材料组成，其形状类似于普通空气弹簧气囊。磁流变弹性体是由橡胶基体和磁性微米或纳米级颗粒混合后，在磁场作用下固化而成的聚合物复合材料，其力学特性(如杨氏模量、剪切模量和压缩模量等)可由外磁场调节，是一种新型的智能材料。

[0036] 所述上盖板2是圆柱体结构的盖板，用于密闭磁流变弹性体橡胶气囊，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0037] 所述下盖板3是圆柱体结构的盖板，用于密闭磁流变弹性体橡胶气囊，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0038] 所述活塞杆4是圆柱体结构的实心杆件，可以沿其轴线方向作往复运动，是一个连接和运动部件，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0039] 所述活塞5是圆柱体结构部件，可沿其轴线方向做往复直线运动，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0040] 所述线圈7是呈环形螺旋状的导线绕组，为漆包铜导线制作。通电后，在电流的作用下将在其周围形成磁场。通过改变线圈中电流的大小可以调节和控制其产生磁场的强弱。

[0041] 所述工作缸6是圆柱状容器，其选用合金钢或者其它高强度及高导磁率的材料制作。

[0042] 所述加速度传感器8能感受加速度并转换成可用输出信号，传至控制器模块9。它是按需要选购的市购件。

[0043] 所述控制器模块9通过编程实现信号处理与控制。它是按需要选购的市购件。

[0044] 所述可压缩气体是惰性气体，利用气体的可压缩性，实现弹簧作用。

[0045] 其中，工作缸6内腔充满的磁流变弹性液体是一种磁性颗粒悬浮液。它的流变特性将受到磁场强弱的影响而发生实时地变化，产生可控的阻尼力，响应时间为电子响应时间，属于新型智能材料。

[0046] 本发明根据分别位于上、下盖板的加速度传感器8感知的载荷信号差值，由控制器模块9自适应调节线圈7输出电流信号的大小，进而改变空气弹簧中磁场的强弱，连续实时地改变磁流变弹性体的刚度和磁流变弹性液体的阻尼值，改善其抗冲击和减振特性。另外，磁流变弹性体橡胶气囊也将根据此信号差值，通过使其腔内可压缩气体受到的气压升高或者降低，调节控制空气弹簧的高度值。