一種主動式饋能懸架作動器及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車主動懸架技術(shù)，尤其涉及到一種主動式饋能懸架作動器及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]懸架一般由彈性元件、減震器和導(dǎo)向機構(gòu)組成，懸架系統(tǒng)會在路面和發(fā)動機等激勵下產(chǎn)生隨機振動，傳統(tǒng)懸架中的阻尼器，會將這部分機械能以熱能形式耗散，產(chǎn)生阻尼力，而饋能式懸架則可以將這部分機械能以電能等形式回收。
[0003]現(xiàn)代汽車懸架可以分為被動、半主動和主動式懸架三種，被動懸架雖然結(jié)構(gòu)簡單成本較低，但是只能在某種特定的路面條件下達到最優(yōu)性能；半主動懸架可以根據(jù)路面等條件調(diào)整懸架阻尼參數(shù)，實現(xiàn)一定程度的懸架性能改善;主動懸架則是在懸架系統(tǒng)中附加一個作動器，來實時調(diào)節(jié)懸架剛度和阻尼，可以最大程度的改善懸架性能。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，對懸架中的作動器，主要采用旋轉(zhuǎn)電機直接與滾珠絲杠結(jié)合的方案，該結(jié)構(gòu)的缺點在于:在饋能或者主動調(diào)節(jié)懸架過程中，旋轉(zhuǎn)電機需要頻繁改變轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致電機高頻轉(zhuǎn)換，縮短電機壽命。另外，對懸架中的作動器，在旋轉(zhuǎn)電機和滾珠絲杠之間加入行星輪系的方案也有一些設(shè)計結(jié)構(gòu)，有的研究人員在其設(shè)計的電磁饋能型半主動懸架饋能阻尼實時控制裝置中(專利申請?zhí)?01210054782.8)，將行星輪系的齒圈固定，但該結(jié)構(gòu)的不足之處在于:該結(jié)構(gòu)在饋能過程中仍然需要頻繁變換旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，從而導(dǎo)致電機高頻轉(zhuǎn)換，縮短了電機壽命；有的設(shè)計人員在其設(shè)計的饋能懸架減震器中(專利申請?zhí)?01420239203.1)也應(yīng)用了類似結(jié)構(gòu)，該方案在旋轉(zhuǎn)電機與滾珠絲杠之間設(shè)置單向離合器以及行星輪系，并使行星輪系的行星架保持固定，但該結(jié)構(gòu)的不足之處在于:只能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機在饋能過程中保持單向旋轉(zhuǎn)，不能實現(xiàn)主動調(diào)節(jié)懸架阻尼與剛度的的功能。
[0005]為了解決上述問題，根據(jù)行星齒輪系的特性，通過利用電磁離合器，依據(jù)工作需要對行星輪系不同部件進行固定，不僅可以實現(xiàn)饋能和主動調(diào)節(jié)懸架阻尼與剛度的功能，同時可以使旋轉(zhuǎn)電機在饋能和主動調(diào)節(jié)懸架兩種模式下始終保持單向旋轉(zhuǎn)，避免了高頻轉(zhuǎn)換，延長了電機壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種主動式饋能懸架作動器及其控制系統(tǒng)，依據(jù)行星齒輪系的特性，通過利用電磁離合器，依據(jù)工作需要對行星輪系不同部件進行固定，不僅可以實現(xiàn)饋能和主動調(diào)節(jié)懸架阻尼與剛度的功能，同時可以使旋轉(zhuǎn)電機在饋能和主動調(diào)節(jié)懸架兩種模式下始終保持單向旋轉(zhuǎn)，避免了高頻轉(zhuǎn)換，延長了電機壽命。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:
[0008]—種主動式饋能懸架作動器，包括上吊環(huán)、旋轉(zhuǎn)電機、太陽輪、行星架、行星輪、外齒圈、電磁離合器C1、電磁離合器C2、固定桿、電磁離合器C3、電磁離合器C4、推力軸承、滾珠螺桿、滾珠螺母、上工作缸、下工作缸和下吊環(huán)；
[0009]上吊環(huán)固定在上工作缸的外部頂端，上吊環(huán)與簧上質(zhì)量連接;所述下工作缸上端嵌入上工作缸下端;下吊環(huán)固定在下工作缸的外部底端，下吊環(huán)與簧下質(zhì)量連接；
[0010]旋轉(zhuǎn)電機安裝在上工作缸內(nèi)頂部;太陽輪位于旋轉(zhuǎn)電機下方且太陽輪的軸與旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子同軸連接，行星輪與太陽輪嚙合，行星輪與外齒圈嚙合;行星架與行星輪和太陽輪連接；
[0011 ]電磁離合器&的主動盤與行星架連接，從動盤與固定桿連接；電磁離合器C2的主動盤與滾珠螺桿連接，從動盤與行星架連接；電磁離合器C3的主動盤與外齒圈連接，從動盤與固定桿連接;電磁離合器C4的主動盤與滾珠螺桿連接，從動盤與外齒圈連接；
[0012]推力軸承安裝在電磁離合器C4正下方，滾珠絲杠安裝在推力軸承正下方;滾珠螺母固定于下工作缸上端，滾珠螺桿的上端由推力軸承定位，滾珠螺桿下端貫穿滾珠螺母并伸入到下工作缸內(nèi)。
[0013]進一步的，行星輪至少2個。
[0014]進一步的，旋轉(zhuǎn)電機采用永磁直流無刷電機，電磁離合器Cl、電磁離合器C2、電磁離合器C3、電磁離合器C4均采用干式單片離合器，推力軸承采用角接觸球軸承的成對雙聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0015]—種主動式饋能懸架作動器控制系統(tǒng)，包括阻尼器、彈性元件、作動器、簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量、整車控制器模塊、驅(qū)動電路模塊和A/D轉(zhuǎn)換器;所述作動器、阻尼器和彈性元件并聯(lián)在簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間；所述作動器包括電機、電磁離合器、螺桿;所述整車控制器模塊通過A/D轉(zhuǎn)換器收集螺桿的轉(zhuǎn)向信號、電磁離合器的狀態(tài)信號和電機的轉(zhuǎn)向和力矩信號，整車控制器模塊將收到的信號進行分析并發(fā)出信號經(jīng)驅(qū)動電路模塊控制電磁離合器的通斷和電機的工作狀態(tài)。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]1.旋轉(zhuǎn)電機與滾珠螺桿之間設(shè)置一個行星齒輪系傳遞動力，結(jié)構(gòu)緊湊，保障力矩和轉(zhuǎn)速傳遞的有效性。
[0018]2.采用電磁離合器控制行星齒輪系元件的固定與動力結(jié)合，反應(yīng)速度快，耐久性強，組裝維護容易。
[0019]3.本發(fā)明與阻尼器并聯(lián)，通過控制電磁離合器結(jié)合行星齒輪系等部件可實現(xiàn)饋能和主動調(diào)節(jié)懸架阻尼剛度及車身高度兩種模式，以及兩種模式下電機均可以保持同一方向旋轉(zhuǎn)，避免了高頻轉(zhuǎn)換，延長了電機壽命，達到節(jié)能與提高懸架性能的雙重目的。
[0020]4.根據(jù)行星齒輪系的特性，通過利用電磁離合器，依據(jù)工作需要對行星輪系不同部件進行固定，不僅可以實現(xiàn)饋能和主動調(diào)節(jié)懸架阻尼與剛度的功能，同時可以使旋轉(zhuǎn)電機在饋能和主動調(diào)節(jié)懸架兩種模式下始終保持單向旋轉(zhuǎn)，避免了高頻轉(zhuǎn)換，延長了電機壽命O
[0021 ] 5.該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可以對作動器進行準確的控制，實現(xiàn)饋能和主動懸架模式。
【附圖說明】
[0022]圖1為一種主動式饋能懸架作動器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為在饋能模式下，滾珠螺桿順時針轉(zhuǎn)動時電磁離合器狀態(tài)及傳動部件旋轉(zhuǎn)方向示意圖；
[0024]圖3為在饋能模式下，滾珠螺桿逆時針轉(zhuǎn)動時電磁離合器狀態(tài)及傳動部件旋轉(zhuǎn)方向示意圖；
[0025]圖4為在主動調(diào)節(jié)懸架模式下，滾珠螺桿順時針轉(zhuǎn)動時電磁離合器狀態(tài)及傳動部件旋轉(zhuǎn)方向示意圖；
[0026]圖5為在主動調(diào)節(jié)懸架模式下，滾珠螺桿逆時針轉(zhuǎn)動時電磁離合器狀態(tài)及傳動部件旋轉(zhuǎn)方向示意圖；
[0027]圖6為本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理圖。
[0028]附圖標記:
[0029]1-上吊環(huán);2-旋轉(zhuǎn)電機;3-太陽輪;4-行星架；17-行星輪;5_外齒圈；6_電磁離合器Ci; 7-電磁離合器C2; 8-固定桿;9-電磁離合器C3; 10-電磁離合器C4 ； 11-推力軸承；12-滾珠螺桿;13-滾珠螺母;14-上工作缸;15-下工作缸;16-下吊環(huán)。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明:
[0031]如附圖1所示，一種行星齒輪主動式饋能懸架作動器，包括上吊環(huán)1、旋轉(zhuǎn)電機2、太陽輪3、行星架4、行星輪17、外齒圈5、電磁離合器&6、電磁離合器C27、固定桿8、電磁離合器C39、電磁離合器C410、推力軸承11、滾珠螺桿12、滾珠螺母13、上工作缸14、下工作缸15、下吊環(huán)16;
[0032]上吊環(huán)I固定在上工作缸14的外部頂端與簧上質(zhì)量連接，下工作缸15上端嵌入上工作缸14下方，下吊環(huán)16固定在下工作缸15的外部底端與簧下質(zhì)量連接;旋轉(zhuǎn)電機2安裝在上工作缸14內(nèi)頂部，太陽輪3位于旋轉(zhuǎn)電機2下方且太陽輪3的軸與電機轉(zhuǎn)子同軸連接，行星輪17與太陽輪3嚙合，行星輪17與外齒圈5嚙合；電磁離合器CW的主動盤與行星架4連接，從動盤與固定桿8連接，電磁離合器C27的主動盤與滾珠螺桿12連接，從動盤與行星架4連接，電磁離合器C39的主動盤與外齒圈5連接，從動盤與固定桿8連接，電磁離合器CUO的主動盤與滾珠螺桿12連接，從動盤與外齒圈5連接，推力軸承11安裝在電磁離合器CUO下方;滾珠絲杠安裝在推力軸承11下方，滾珠螺母13固定于下工作缸15上端，滾珠螺桿12的上端由推力軸承11定位，下端貫穿滾珠螺母13伸入到下工作缸15內(nèi)。
[0033]結(jié)合附圖2所示，在饋能過程中，隨著上工作缸14、下工作缸15之間的的相對運動，滾珠螺桿12轉(zhuǎn)動，當滾珠螺桿12順時針(俯視)轉(zhuǎn)動時，傳感器信號輸入整車控制器，控制電磁離合器C27和電磁離合器C39的銜鐵通電接合，電磁離合器&6和電磁離合器CUO的銜鐵斷電分離，從而固定外齒圈5，動力由行星架4輸入，太陽輪3輸出，太陽輪3與行星架4旋轉(zhuǎn)方向相同，旋轉(zhuǎn)電機2轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。
[0034]結(jié)合附圖3所示，在饋能過程中，隨著上工作缸14、下工作缸15之間的的相對運動，滾珠螺桿轉(zhuǎn)動12，當滾珠螺桿12逆時針(俯視)轉(zhuǎn)動時，傳感器信號輸入整車控制器，控制電磁離合器&6和電磁離合器CdO的銜鐵通電接合，電磁離合器C27和電磁離合器C39的銜鐵斷電分離，從而固定行星架4，動力經(jīng)外齒圈5輸入，通過太陽輪3輸出給旋轉(zhuǎn)電機2，太陽輪3與外齒圈5轉(zhuǎn)速方向相反，旋轉(zhuǎn)電機2轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。
[0035]結(jié)合附圖4所示，在旋轉(zhuǎn)電機2作為電動機主動調(diào)節(jié)懸架性能過程中，旋轉(zhuǎn)電機2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(順時針)，整車控制器根據(jù)當前情況對滾珠螺桿12旋轉(zhuǎn)方向的要求，發(fā)出信號控制電磁離合器電流的通斷，若要求滾珠螺桿12順時針轉(zhuǎn)動，則使得電磁離合器C27和電磁離合器C39的銜鐵通電接合，電磁離合器CW和電磁離合器C41的銜鐵斷電分離，從而固定外齒圈5，動力由旋轉(zhuǎn)電機2的轉(zhuǎn)子經(jīng)太陽輪3輸入，行星架4輸出，滾珠螺桿12順時針旋轉(zhuǎn)與太陽輪3方向(S卩旋轉(zhuǎn)電機2轉(zhuǎn)子方向)相同，并通過滾珠螺母13帶動下工作缸15朝著一定的方向直線運動。
[0036]結(jié)合附圖5所示，旋轉(zhuǎn)電機2電機保持順時針旋轉(zhuǎn)不變，若要求下工作缸15朝著相反方向直線運動即滾珠螺桿12螺桿逆時針轉(zhuǎn)動，則使得電磁離合器&6和電磁離合器C41的銜鐵通電接合，電磁離