一种可变惯质系数的双管路液体惯容器

摘要

本发明提供了一种可变惯质系数的双管路液体惯容器，包括液压缸筒、活塞、活塞杆、两条金属螺旋管路、开关控制阀以及其它一些连接件。活塞置于液压缸筒内，将液压缸分成两室，活塞杆与活塞相连，两条金属螺旋管两端分别与液压缸筒两室相连，在螺旋管与液压缸筒的连接处，安装有开关控制阀。本发明利用改变液体惯容器的油液质量来改变惯容器参数，可以通过控制阀门的开关控制管路的通断，调节油液的流通方式，实现具有“大”、“中”、“小”三级可调惯质系数的液体惯容器装置。本发明与现有技术相比具有惯质系数可调、机构运行平稳、结构简单、组件较少、加工与装配容易、成本较低、生产效率高、使用寿命长等优点。

权利要求

1.一种可变惯质系数的双管路液体惯容器，其特征在于：包括液压缸筒(1)、活塞(2)、活塞杆(3)、第一金属螺旋管路(4)、第二金属螺旋管路(6)、开关控制阀(5)，活塞(2)与活塞杆(3)相连，活塞(2)装入液压缸筒(1)中，将液压缸筒(1)分为两腔室，液压缸筒(1)的两腔室筒壁上分别开有两个小孔，第一金属螺旋管路(4)、第二金属螺旋管路(6)分别与两个腔室上的一个小孔连接，形成两条独立的液压油回路，所述第一金属螺旋管路(4)和第二金属螺旋管路(6)与小孔之间设有开关控制阀(5)，所述第一金属螺旋管路(4)、第二金属螺旋管路(6)以及液压缸筒(1)内灌满了液压油；所述第一金属螺旋管路(4)、第二金属螺旋管路(6)的半径不同、螺旋半径相同，且布置于同一圆柱面上；或者所述第一金属螺旋管路(4)、第二金属螺旋管路(6)的半径相同、螺旋半径不同，且布置于两同心的圆柱面上。

2.根据权利要求1所述的双管路液体惯容器，其特征在于：第一金属螺旋管路(4)或第二金属螺旋管路(6)的材质为铜、铝或特种塑料。

3.根据权利要求1所述的双管路液体惯容器，其特征在于：第一金属螺旋管路(4)或第二金属螺旋管路(6)的螺旋半径大于螺距。

4.根据权利要求1所述的双管路液体惯容器，其特征在于：液压缸筒(1)半径大于第一金属螺旋管路(4)、第二金属螺旋管路(6)的半径。

5.根据权利要求1所述的双管路液体惯容器，其特征在于：所述开关控制阀(5)为电磁阀或液压阀。

说明书

一种可变惯质系数的双管路液体惯容器

技术领域

[0001] 本发明属于车辆悬架系统领域，尤其是应用惯容器的汽车悬架系统的可变惯质系数的双管路惯容器装置。

背景技术

[0002] 剑桥大学学者SIMTH于2002年提出了惯容器的思想，并设计出齿轮齿条式惯容器与滚珠丝杠式惯容器后，实现了机械与电子网络之间严格的对应，促进了机械网络的发展。机械与电子网络严格对应后，大量的电子网络理论和研究方法便可以应用于机械系统，包括汽车悬架系统、车辆转向系统、火车悬架系统、建筑隔振系统、直升机隔振系统、动力吸振装置等，并且发展出了齿轮齿条式惯容器，滚珠丝杠惯容器，液力发生式惯容器，杠杠质量惯容器，扭转惯容器，少齿差行星齿轮扭转惯容器，摆线钢球扭转惯容器等多种形式。

[0003] 但是，目前的这几种惯容器都存在相当多的移动部件，造成机构加工复杂，且成本较高，且部件之间的摩擦也较多，最后机构的减振效果与预期效果还是有一定的差距。

[0004] 中国专利201410721244.9提出了一种惯容和阻尼一体式充气减振器，用液体惯性设备代替传统的飞轮来实现对机械力的控制。

[0005] 但是，汽车行驶的路况，车辆本身的载重是不断变化的，在不同情况下，惯容器的最优惯质系数也是不同的，而传统的飞轮要改变惯质系数，机构的复杂程度将会明显增加，使得加工装配更加困难、成本更高、生产效率更为低下，同时需要使用大量精密器件，导致机构容易磨损，进而导致寿命大为减少。

发明内容

[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种可变惯质系数的双管路液体惯容器，可有效解决现有惯容器设备惯质系数不可变，结构复杂，机构寿命短，加工与安装困难，生产成本高以及生产效率低下等问题。同时，双管路的设计也避免了惯质系数较大时，单管路因为受液体流动所产生的力矩导致管路的振动位移量会落后于荷载，位移量的峰值会大于静荷载峰值，进而产生较大的振动。本发明采用了双管路同时工作的方式，相互之间消减了振动，使得机构运行更为稳定，从而具有更久的寿命。

[0007] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术的目的。

[0008] 一种可变惯质系数的双管路液体惯容器，其特征在于：包括液压缸筒、活塞、活塞杆、第一金属螺旋管路、第二金属螺旋管路、开关控制阀，活塞与活塞杆相连，活塞装入液压缸筒中，将液压缸筒分为两腔室，液压缸筒的两腔室筒壁上分别开有两个小孔，第一金属螺旋管路、第二金属螺旋管路分别与两个腔室上的一个小孔连接，形成两条独立的液压油回路，所述第一金属螺旋管路、第二金属螺旋管路与小孔之间设有开关控制阀，所述第一金属螺旋管路、第二金属螺旋管路液压缸内灌满了液压油。

[0009] 优选地，所述第一金属螺旋管路、第二金属螺旋管路的半径不同、螺旋半径相同，且布置于同一圆柱面上。

[0010] 优选地，所述第一金属螺旋管路、第二金属螺旋管路的半径相同、螺旋半径不同，且布置于两同心的圆柱面上。

[0011] 优选地，第一金属螺旋管路、第二金属螺旋管路的材质为铜、铝或特种塑料。

[0012] 优选地，第一金属螺旋管路、第二金属螺旋管路的旋转半径远远大于螺距。

[0013] 优选地，液压缸筒半径远远大于第一金属螺旋管路、第二金属螺旋管路的半径。

[0014] 优选地，所述开关控制阀为电磁阀、或液压阀。

[0015] 本发明所述的可变惯质系数的双管路液体惯容器，设置两条独立的、分别与液压缸筒的两个腔室连通的金属螺旋管路，通过控制金属螺旋管路与液压缸筒腔室之间的开关控制阀的开闭，实现惯容器惯质系数的改变，可分为单独开第一金属螺旋管路，单独开第二金属螺旋管路和第一金属螺旋管路与第二金属螺旋管路同时打开三种模式，实现了惯容器参数的三级可调技术。因此，本发明所提供的可变惯质系数的双管路液体惯容器，能够根据汽车的行驶及道路状况，随时主动或被动改变自身的参数，以使汽车在各种工况下均能达到最佳行驶状态。

[0016] 并且，当两个金属螺旋管同时工作的时候，两液体飞轮转向相反，能够使螺旋管路延伸出来的四条导管形成对称的结构，消除由于不对称产生的剪切动应力，避免了惯质系数较大时，单管路因为受液体流动所产生的力矩导致管路的振动位移量会落后于荷载，位移量的峰值会大于静荷载峰值，进而产生较大的振动，可以有效消除在大惯质系数下产生的振动，使机构运行更为平稳，从而具有更久的寿命。

[0017] 此外，本发明通过液体飞轮实现对于惯质的封装使惯容器结构更加精巧，解决现有惯容器惯质系数不可变，系数不可变惯容器机构复杂，寿命短，加工与安装困难，生产成本高以及生产效率低下等问题，从而使惯容器应用于车辆悬架领域的效果更佳。同时，[0018] 本发明通过控制金属螺旋管的通断来改变惯容器的惯质系数，控制简单，易于实现。不仅能应用于传统被动悬架，还能够用于主动或半主动悬架。

附图说明

[0019] 图1为本发明所述双管路液体惯容器第一实施例的原理图。

[0020] 图2为本发明所述双管路液体惯容器第二实施例的原理图。

[0021] 图3为本发明所述双管路液体惯容器第一实施例的结构图。

[0022] 图中：

[0023] 1-液压缸筒，2-活塞，3-活塞杆，4-第一金属螺旋管路，5-开关控制阀，6-第二金属螺旋管路，7-吊耳。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

[0025] 本发明所述的可变惯质系数的双管路液体惯容器，包括液压缸筒1、活塞2、活塞杆3、第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6、开关控制阀5，活塞2与活塞杆3相连，活塞2装入液压缸筒1中，将液压缸筒1分为两腔室，液压缸筒1的两腔室筒壁上分别开有两个小孔，第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6分别与两个腔室上的一个小孔连接，形成两条独立的液压油回路，所述第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6与小孔之间设有开关控制阀5，所述第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6液压缸内灌满了液压油。

[0026] 所述开关控制阀5可以选用电磁阀或液压阀。通过控制开关控制阀5控制第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6的开闭，实现惯容器惯质系数的改变。可分为单独开第一金属螺旋管路4，单独开第二金属螺旋管路6和第一金属螺旋管路4与第二金属螺旋管路6同时打开三种模式，实现了惯容器参数的三级可调技术。因此，本发明所提供的可变惯质系数的双管路液体惯容器，能够根据汽车的行驶及道路状况，随时主动或被动改变自身的参数，以使汽车在各种工况下均能达到最佳行驶状态。并且，当两个金属螺旋管同时工作的时候，两液体飞轮转向相反，能够使螺旋管路延伸出来的四条导管形成对称的结构，消除由于不对称产生的剪切动应力，避免了惯质系数较大时，单管路因为受液体流动所产生的力矩导致管路的振动位移量会落后于荷载，位移量的峰值会大于静荷载峰值，进而产生较大的振动，可以有效消除在大惯质系数下产生的振动，使机构运行更为平稳，从而具有更久的寿命。

[0027] 所述第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6的设置有多种方式，列举以下实施例具体说明，但并不局限于以下所列举的实施例。

[0028] 实施例一：

[0029] 如图1所示，所述第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6的半径不同、螺旋半径相同，且布置于同一圆柱面上。

[0030] 设：r1是活塞2的半径，r2是液压缸筒1的内半径，r31是第一金属螺旋管路4的内半径，r32是第二金属螺旋管路6的内半径，r4是螺旋的半径，h是螺旋的螺距，n是螺旋的圈数，L是液压缸筒1的内长，ρ是液体密度。

[0031] 像弹簧、阻尼器以及电容、电阻和电感一样，惯容器也是一种理想元件，因此把实际装置抽象成惯容器时，必须忽略掉一些次要的因素，比如较小的滑动摩擦，还应当如理想液压阻尼器设备一样，要忽略活塞2、活塞杆3、液压缸筒1以及油液的质量，对于本发明同样要做忽略次要因素的理想化处理。

[0032] 液压缸的截面积A1＝π(r22-r12)，第一金属螺旋管路4的截面积A21＝πr312，第二金属螺旋管路6的截面积A22＝πr322。

[0033] 第一金属螺旋管路4中的液体总质量约等于：

[0034]

[0035] 第二金属螺旋管路6中的液体总质量约等于：

[0036]

[0037] 第一金属螺旋管路4和第二金属螺旋管路6中的液体总质量约等于：

[0038] mhel＝mhel1+mhel2  (3)

[0039] 液压缸中的液体总质量约等于：

[0040] ρπ(r22-r12)L＝mcy1  (4)

[0041] 对于仅打第一金属螺旋管路4时的情况：

[0042] 若记x1为活塞2的线位移，则第一金属螺旋管路4中的流体角位移约等于：

[0043]

[0044] 第一金属螺旋管路4中液体总质量围绕螺旋管轴线的惯性力矩约等于mhel1r42＝J1。由于两端点之间的惯性力与终端之间的相对加速度成比例。可得：

[0045]

[0046] 由此可得：惯质系数

[0047] 对于仅打开第二金属螺旋管路6时的情况：

[0048] 若记x2为活塞2的线位移，则第二金属螺旋管路6中的流体角位移约等于：

[0049]

[0050] 第二金属螺旋管路6中液体总质量围绕螺旋管轴线的惯性力矩约等于mhel2r42＝J2。由于两端点之间的惯性力与终端之间的相对加速度成比例。可得：

[0051]

[0052] 由此可得：惯质系数

[0053] 对于第一金属螺旋管路4和第二金属螺旋管路6同时打开的情况：

[0054] 这里近似两条管路油液的流速相同，

[0055] 若记x3为活塞2的线位移，则：

[0056] 第一金属螺旋管路4中流速为：

[0057] 第二金属螺旋管路6中流速为

[0058] 由此以及上面推导出的结论综合分析可得：

[0059] 惯质系数

[0060] 图3为本实施例所述变惯质系数液体惯容器的具体布置方式，液压缸两端点分别通过吊耳7与车身和车轮相连，实际布置可以与阻尼器共同安装，甚至可以设计为液压缸与阻尼器一体式的减振器。四个开关控制阀5一端与液压缸筒相连，另一端分别与两根金属螺旋管相连，通过四个控制阀5的通断可以调节惯容器的惯质系数，具体操作如下：

[0061] 仅打开第一金属螺旋管路4，为第一级惯质系数，此时惯质系数较小；

[0062] 仅打开第二金属螺旋管路6，为第二级惯质系数，此时惯质系数中等；

[0063] 第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6同时打开，为第三级惯质系数，此时惯质系数较大。

[0064] 可以看出，通过调节金属螺旋管路的通断，即可达到改变惯容系数b的目的，从而实现对惯容器的主动可调控制。开关控制阀5为一电磁阀，采用普通直动式电磁阀即可。金属管路具有成本低廉、易于生产、不宜损坏的优点，同时相比于滚珠丝杠等传统惯容器也易于在不过分增加机构复杂程度的前提下实现惯质系数的可变。

[0065] 当路况恶劣，颠簸严重时，汽车车身振动将明显加剧，此时，通过调节金属螺旋管路的通断，即可实现主动可控地增大惯容器惯质系数的目的，使得惯容器能够产生较大的惯性力，降低车身的振动；相反，在路况平滑的状况下，可断开部分阀门，使得惯容器与悬架刚度、减振器阻尼相匹配，使整个悬架始终工作在最优的状况下，达到良好的乘坐舒适性以及驾驶稳定性。

[0066] 实施例二：

[0067] 如图2所示，所述第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6的半径相同、螺旋半径不同，且布置于两同心的圆柱面上。

[0068] 设：r1是活塞2的半径，r2是液压缸筒1的内半径，第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6的半径为r3，r41是第一金属螺旋管路4的螺旋半径，r42是第二金属螺旋管路6的螺旋半径，h是螺旋的螺距，n是螺旋的圈数，L是液压缸筒1的内长，ρ是液体密度。

[0069] 与实施例1中相同，忽略掉一些次要的因素，并作理想化处理。

[0070] 液压缸的截面积A1＝π(r22-r12)，第一金属螺旋管路4、第二金属螺旋管路6的截面积A2'＝πr32。

[0071] 第一金属螺旋管路4中的液体总质量约等于：

[0072]

[0073] 第二金属螺旋管路6中的液体总质量约等于：

[0074]

[0075] 第一金属螺旋管路4和第二金属螺旋管路6中的液体总质量约等于：

[0076] mhel'＝mhel1'+mhel2'  (14)

[0077] 液压缸中的液体总质量约等于：

[0078] ρπ(r22-r12)L＝mcy1  (15)

[0079] 对于仅打开第一金属螺旋管路4时的情况：

[0080] 若记x1’为活塞2的线位移，则螺旋管中的流体角位移约等于：

[0081]

[0082] 第一金属螺旋管路4中液体总质量围绕螺旋管轴线的惯性力矩约等于mhel1'r412＝J1'。由于两端点之间的惯性力与终端之间的相对加速度成比例。可得：

[0083]

[0084] 由此可得：

[0085]

[0086] 其中，b1’为惯质系数。

[0087] 对于仅打开第二金属螺旋管路6时的情况：

[0088] 若记x2’为活塞2的线位移，则螺旋管中的流体角位移约等于：

[0089]

[0090] 第二金属螺旋管路6中液体总质量围绕螺旋管轴线的惯性力矩约等于mhel2'r422＝J2'。由于两端点之间的惯性力与终端之间的相对加速度成比例。可得：

[0091]

[0092] 由此可得：

[0093]

[0094] 其中，b2’为惯质系数。

[0095] 对于第一金属螺旋管路4和第二金属螺旋管路6同时打开的情况：

[0096] 这里近似第一金属螺旋管路4和第二金属螺旋管路6中油液的流速相同，[0097] 若记x3’为活塞2的线位移，则

[0098] 管Ⅰ'中流速为： 管Ⅱ’中流速为

[0099] 由此以及上面推导出的结论综合分析可得：

[0100]

[0101] 其中，b3’为惯质系数。

[0102] 实施例一中第一金属螺旋管4、第二金属螺旋管6的中间有着较大的空间，可以放置阻尼器或液压缸，实施例二中第一金属螺旋管4、第二金属螺旋管6布置于两个圆柱面上，虽然螺旋中的内空间相对有所减小，但是因为不需要交叉布置两根金属螺旋管，整体高度有所下降，若所需惯质系数较大，仍然因有着较大的螺旋半径而拥有较大的螺旋内空间，故相比于实施例一的布置方式，实施例二更加适宜于用在所需惯质系数较大的大型、重型车辆上面。

[0103] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。