齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器及其能量回收控制方法技术

本发明专利技术公开了一种齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器，包括作动器本体、能量回收电路和能量回收控制电路，作动器本体包括作动器壳体、无刷直流电机、齿轮齿条单元、双向变单向齿轮箱和减振弹簧单元；本发明专利技术还公开了一种齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器的能量回收控制方法。本发明专利技术设通过设置双向变单向齿轮箱，能够将齿轮齿条的双向转动转变为直流无刷电机的单向转动，避免了直流无刷电机反复正反转而导致大量惯量损失，增加了直流无刷电机的转速，从而增加了馈能效率；其能量回收电路及能量回收控制方法的设计，消除了传统馈能减振器的馈能“死区”，提高了能量回收效率，减少了电压剧烈变化对车载蓄电池的冲击，延长了车载蓄电池的的寿命。

Rack and pinion semi-active energy feedback suspension actuator and its energy recovery control method

【技术实现步骤摘要】
齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器及其能量回收控制方法
本专利技术属于悬架作动器
，具体涉及一种齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器及其能量回收控制方法。
技术介绍
汽车行驶时，由于路面的不平度以及汽车的加减速、转向等操作会导致汽车簧载质量与非簧载质量之间产生相对位移，从而导致汽车产生振动。而悬架系统是汽车的重要组成部分，对车辆的操纵稳定性和平顺性有很大影响。国外环保机构对车辆的能量流动进行了大量研究，车辆怠速和整车减振器耗散的能量占整车总能量的17.2％，传统被动悬架中的减振器是以摩擦的形式将这部分机械能转变为热能耗散掉。同时，传统的被动悬架刚度和阻尼等参数是固定不变的，所以，只能保证汽车在一种特定的道路状态和行驶速度下达到最佳性能，汽车行驶平顺性和舒适性就会受到影响。齿轮齿条式悬架作动器可以将直线运动转变为旋转运动，从而进行振动能量的回收，摩擦损失很小，工作可靠。普通的齿轮齿条式悬架作动器会使发电机不停正反转，不仅会造成大量的惯性损失，使馈能效率降低，而且会缩短发电机的使用寿命，使系统的可靠性变差。例如，申请号为201310014394.1的中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体、能量回收电路和能量回收控制电路，所述作动器本体包括作动器壳体、无刷直流电机(40)、齿轮齿条单元、双向变单向齿轮箱和减振弹簧单元；/n所述作动器壳体包括从上到下依次设置的作动器上吊耳(1)、作动器上壳体(11)、作动器下壳体(16)和作动器下吊耳(18)，所述作动器上壳体(11)固定连接在动器下壳体(16)顶部，所述作动器下吊耳(18)固定连接在作动器下壳体(16)的底部，所述作动器下壳体(16)和作动器上壳体(11)围成的空间内设置有导向滑块(14)，所述导向滑块(14)的上半部分与作动器上壳体(11)固定连接，所述导向滑块...

【技术特征摘要】
1.一种齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器，其特征在于：包括作动器本体、能量回收电路和能量回收控制电路，所述作动器本体包括作动器壳体、无刷直流电机(40)、齿轮齿条单元、双向变单向齿轮箱和减振弹簧单元；
所述作动器壳体包括从上到下依次设置的作动器上吊耳(1)、作动器上壳体(11)、作动器下壳体(16)和作动器下吊耳(18)，所述作动器上壳体(11)固定连接在动器下壳体(16)顶部，所述作动器下吊耳(18)固定连接在作动器下壳体(16)的底部，所述作动器下壳体(16)和作动器上壳体(11)围成的空间内设置有导向滑块(14)，所述导向滑块(14)的上半部分与作动器上壳体(11)固定连接，所述导向滑块(14)的下半部分与作动器下壳体(16)固定连接；
所述齿轮齿条单元包括齿轮(12)和与齿轮(12)相啮合的齿条(9)，所述齿轮(12)固定连接在齿轮轴(13)上；所述齿条(9)插入导向滑块(14)内；
所述双向变单向齿轮箱包括齿轮箱壳体(24)和齿轮箱壳体盖(25)，所述齿轮箱壳体(24)内设置有齿轮箱输入轴(27)、齿轮箱输入轴齿轮(28)、中间轴(30)、中间轴第一齿轮(32)、中间轴第二齿轮(31)、转向轴(33)、转向轴齿轮(34)、齿轮箱输出轴(35)、输出轴第一齿轮(38)和输出轴第二齿轮(36)；所述齿轮箱输入轴(27)的一端通过轴承支撑安装在齿轮箱壳体盖(25)上，所述齿轮轴(13)通过齿轮箱联轴器(22)与齿轮箱输入轴(27)的另一端连接，所述齿轮箱输入轴齿轮(28)固定连接在齿轮箱输入轴(27)上；所述中间轴(30)的一端通过轴承支撑安装在齿轮箱壳体盖(25)上，所述中间轴(30)的另一端通过轴承支撑安装在齿轮箱壳体(24)上，所述中间轴第一齿轮(32)通过中间轴棘轮(29)与中间轴(30)连接，所述中间轴第二齿轮(31)固定连接在中间轴(30)上；所述转向轴(33)的一端通过轴承支撑安装在齿轮箱壳体(24)上，所述转向轴齿轮(34)固定连接在转向轴(33)上；所述齿轮箱输出轴(35)的一端通过轴承支撑安装在齿轮箱壳体盖(25)上，所述齿轮箱输出轴(35)的另一端通过轴承支撑安装在齿轮箱壳体(24)上，所述输出轴第一齿轮(38)通过输出轴棘轮(37)与齿轮箱输出轴(35)连接，所述输出轴第二齿轮(36)固定连接在齿轮箱输出轴(35)上；所述中间轴第一齿轮(32)与齿轮箱输入轴齿轮(28)相啮合，所述输出轴第一齿轮(38)与中间轴第一齿轮(32)相啮合，所述转向轴齿轮(34)与中间轴第二齿轮(31)相啮合，所述输出轴第二齿轮(36)与转向轴齿轮(34)相啮合；
所述无刷直流电机(40)的轴通过电机联轴器(41)与齿轮箱输出轴(35)连接，所述无刷直流电机(40)底部固定连接在齿轮箱壳体(24)上；
所述减振弹簧单元包括上弹簧卡座(5)和下弹簧卡座(10)，以及固定连接在上弹簧卡座(5)和下弹簧卡座(10)之间的减振弹簧(7)；所述齿条(9)的顶端与上弹簧卡座(5)固定连接，所述上弹簧卡座(5)的底部固定连接有罩在齿条(9)外围的上防尘罩(6)，所述下弹簧卡座(10)的顶部固定连接有罩在导向滑块(14)外围的下防尘罩(8)，所述减振弹簧(7)设置在上防尘罩(6)和下防尘罩(8)外围；
所述能量回收电路包括DC-DC升压模块、第一超级电容充电模块、第二超级电容充电模块、第三超级电容充电模块和车载蓄电池(65)，所述DC-DC升压模块包括第一MOS开关触发驱动模块(45)和电感(46)、全控型MOS开关触发驱动模块(48)和第一单向二极管(47)，所述第一MOS开关触发驱动模块(45)、电感(46)、第一单向二极管(47)和第三MOS开关触发驱动模块(50)串联后与第二MOS开关触发驱动模块(49)并联；所述第一超级电容充电模块包括第一超级电容(51)、第二单向二极管(52)、第四MOS开关触发驱动模块(53)和第五MOS开关触发驱动模块(54)，所述第一超级电容(51)与第二单向二极管(52)和第四MOS开关触发驱动模块(53)串联后再与第五MOS开关触发驱动模块(54)并联；所述第二超级电容充电模块包括第二超级电容组(56)、第三单向二极管(57)、第六MOS开关触发驱动模块(58)和第七MOS开关触发驱动模块(55)，所述第二超级电容组(56)与第三单向二极管(57)和第六MOS开关触发驱动模块(58)串联后再与第七MOS开关触发驱动模块(55)并联；所述第三超级电容充电模块包括第三超级电容组(59)、第四单向二极管(60)、第八MOS开关触发驱动模块(61)串联后和第九MOS开关触发驱动模块(62)，所述第三超级电容组(59)与第四单向二极管(60)和第八MOS开关触发驱动模块(61)串联后再与第九MOS开关触发驱动模块(62)并联；所述无刷直流电机(40)一端连接着电机等效内阻(66)，另一端连接着电机等效电感(43)，所述电机等效电感(43)连接着电机外接负载(44)，所述第一MOS开关触发驱动模块(45)和第二MOS开关触发驱动模块(49)的连接端与电机外接负载(44)连接，所述第一超级电容(51)和第五MOS开关触发驱动模块(54)的连接端与第三MOS开关触发驱动模块(50)和第二MOS开关触发驱动模块(49)的连接端连接，所述第七MOS开关触发驱动模块(55)和第二超级电容组(56)的连接端与第四MOS开关触发驱动模块(53)和第五MOS开关触发驱动模块(54)的连接端连接，所述第九MOS开关触发驱动模块(62)和第三超级电容组(59)的连接端与第六MOS开关触发驱动模块(58)和第七MOS开关触发驱动模块(55)的连接端连接，所述车载蓄电池(65)与第十一MOS开关触发驱动模块(64)串联后与第十MOS开关触发驱动模块(63)并联，所述车载蓄电池(65)与电机等效内阻(66)连接，所述第十MOS开关触发驱动模块(63)与全控型MOS开关触发驱动模块(48)连接，所述第十一MOS开关触发驱动模块(64)与第十MOS开关触发驱动模块(63)的连接端与第八MOS开关触发驱动模块(61)和第九MOS开关触发驱动模块(62)的连接端连接；
所述能量回收控制电路包括传感单元和能量回收控制器(67)，所述传感单元包括簧载质量加速度传感器(3)和非簧载质量加速度传感器(68)，所述簧载质量加速度传感器(3)固定连接在上弹簧卡座(5)顶部，所述作动器上吊耳(1)固定连接在簧载质量加速度传感器(3)的顶部，所述簧载质量加速度传感器(3)和非簧载质量加速度传感器(68)均与能量回收控制器(67)的输入端连接，所述第一MOS开关触发驱动模块(45)、第二MOS开关触发驱动模块(49)、第三MOS开关触发驱动模块(50)、第四MOS开关触发驱动模块(53)、第五MOS开关触发驱动模块(54)、第六MOS开关触发驱动模块(58)、第七MOS开关触发驱动模块(55)、第八MOS开关触发驱动模块(61)、第九MOS开关触发驱动模块(62)、第十MOS开关触发驱动模块(63)、第十一MOS开关触发驱动模块(64)和全控型MOS开关触发驱动模块(48)均与能量回收控制器(67)的输出端连接。


2.按照权利要求1所述的齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器，其特征在于：所述作动器上壳体(11)通过作动器壳体装配螺栓(15)固定连接在动器下壳体(16)顶部，所述作动器下吊耳(18)焊接在作动器下壳体(16)的底部，所述齿轮(12)通过内花键固定连接在齿轮轴(13)上；所述齿条(9)的顶端与上弹簧卡座(5)焊接，所述上防尘罩(6)与上弹簧卡座(5)的底部焊接，所述下防尘罩(8)与下弹簧卡座(10)的顶部焊接；所述直流无刷电机(40)底部通过电机装配螺栓(42)固定连接在齿轮箱壳体(24)上，所述作动器上吊耳(1)焊接在簧载质量加速度传感器(3)的顶部。


3.按照权利要求1所述的齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器，其特征在于：所述齿轮箱壳体盖(25)与齿轮箱壳体(24)通过齿轮箱装配螺栓(39)连接，所述齿轮箱输入轴齿轮(28)通过键固定连接在齿轮箱输入轴(27)上，所述中间轴第二齿轮(31)通过键固定连接在中间轴(30)上，所述转向轴齿轮(34)通过键固定连接在转向轴(33)上，所述输出轴第二齿轮(36)通过键固定连接在齿轮箱输出轴(35)上。


4.按照权利要求1所述的齿轮齿条式半主动馈能悬架作动器，其特征在于：所述中间轴棘轮(29)通过内花键安装于中间轴(30)上，所述中间轴第一齿轮(32)空套在中间轴棘轮(29)上；所述输出轴棘轮(37)通过内花键安装于齿轮箱输出轴(35...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇发荣，孙凯，李冬，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61