CN111207164B - 一种磁流变液缓速器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁流变液缓速器及其控制方法，是利用磁流变液阀门特性，应用阀门产生高背压，从而进行制动，该制动制动力矩大，响应快，极大的提高了制动系统的安全性。当不需要制动时，缓速器不工作，所有励磁线圈均不通电，当需要制动时，缓速器接到缓速制动信号时，励磁线圈模组通电，电流由小到大，油口逐渐关闭，缓速器内部背压随之逐步增大，进而导致制动力逐渐增大，达到缓速效果。
Description
技术领域
本发明涉及车辆辅助制动领域，尤其涉及一种磁流变液缓速器装置及其控制方法。
背景技术
商用车辆近些年向着高速重载方向发展，在车辆动力性能在迅速增加,行驶速度也越来越快的同时，车辆的制动负荷也随之加大，尤其对运营在城市内的公交，长期跑山路的长途客车、卡车等中重型车辆来说，其经常遇到下长坡的工况，导致车辆制动负荷的问题更是突出。如果这些制动负荷全部由车辆自身的制动系统承担，不但可能会造成制动性能下降，更可能因为频繁制动导致的制动鼓和刹车片过热，从而引发汽车跑偏、侧滑失稳和追尾等一系列事故。因此加装辅助制动装置，将车轮制动器的负荷进行分流，使车轮制动器的温度控制在安全范围内成为车辆制动系统发展的方向。目前车辆使用的辅助制动器主要有液力缓速器、电涡流缓速器和磁流变盘式缓速器。液力缓速器结构复杂，成本高，响应慢，且油耗较大。电涡流缓速器一般在车速达到以后才起作用，且在左右达到最大，辅助制动的速度空间受限，此外，电涡流缓速器靠电力制动，需要大量的电能，所需电流达上百安培，甚至需要加装电瓶，对电池、发动机的使用寿命有影响，磁流变盘式缓速器还是利用磁流变液的剪切力和挤压力而产生阻力，还是依靠摩擦产生阻力，产生的制动力比较有限，同时产生磨损，带来了散热问题解决困难等问题，所以这些在批量使用中都存在成本高、推广困难等问题。
本发明涉及的磁流变液缓速器和传统液力缓速器比较，无需将工作腔的介质排出或送入，省去了专门的储油腔和供油系统，直接利用磁流变液的特性来实现制动。
与常规的磁流变液缓速器制动原理相比，不是简单的利用磁流变液的剪切应力和挤压应力，而是利用了磁流变液的阀门特性，应用阀门磁流变液属性产生缓速器高背压，从而产生制动力进而实现缓速制动。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种新型的磁流变液缓速器，它具有结构小、能耗小、制动力矩大、响应快、成本低、可批量生产等特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种磁流变液缓速器，包括主壳体（8），内转子（15）、外转子（14）、左壳体（4）、换热器（9）、密封部和配流通道；所述的主壳体（8）内依次设置有外转子（14）和内转子（15），轴（1）穿设置于内转子（15）；左壳体（4）设置在主壳体（8）左侧，左壳体（4）内部设置有配流通道；换热器（9）设置在主壳体（8）右侧；其特征在于：
配流通道包括高压油道（21）和低压油道（5）；加油口（7）与高压油道（21）连通，低压油道（5）与排油口（6）连通；高压油道（21）中设置有高压油口（28），低压油道（5）中设置有低压油口（26）；高压油口（28）和低压油口（26）通过过流通道连通；高压油口（28）内设置有第一励磁线圈模组（27），低压油口（28）内设置有第二励磁线圈模组（29），过流通道内设置有第三励磁线圈模组（30）和第四励磁线圈模组（31）。
优选的，所述的密封部包括设置在左壳体（4）内侧的第一密封圈（16）、主壳体（8）内侧的第二密封圈（20）和设置在轴外侧的油封（2）。
优选的，所述的缓速器还包括设置在轴外侧的第一衬套（13）和第二衬套（19）。
优选的，所述的缓速器还包括冷却液进口（32）和冷却液出口（33）。
优选的，所述的励磁线圈模组包括用于对磁流变液提供激励的励磁线圈；还包括供磁流体通过的内流道。
优选的，所述的内流道为单孔式流道或多孔式流道。
优选的，一种磁流变液缓速控制系统，其具有上述提及到的磁流变液缓速器；所述控制系统还具有缓速器控制器，用以对缓速器进行控制；并联布置时, 缓速器轴与缓速器输入轴齿轮抗扭式连接，缓速器输入轴齿轮与变速箱输出轴的齿轮啮合传动；串联布置时，缓速器轴前端通过法兰与变速箱输出轴连接，缓速器输出与传动轴法连连接，通过控制缓速器轴的扭矩实现对车辆缓速制动力矩的控制。
优选的，一种磁流变液缓速器的控制方法，当不需要制动时，缓速器不工作，所有励磁线圈均不通电，缓速器的轴（1）带动内转子（15）转动、内转子（15）与外转子（14）啮合做自由旋转运动，缓速器不产生缓速制动力；
当需要制动时，缓速器接到缓速制动信号时，第三励磁线圈模组（30）通电，磁流变液粘度逐步升高，阻尼逐步增大，将过流通道封堵实现高压与低压区断开；第一励磁线圈模组（27）通电，电流由小到大，高压油口（28）逐渐关闭，缓速器内部背压随之逐步增大，进而导致制动力逐渐增大，达到缓速效果；
当车辆反向行驶时，第四励磁线圈模组（31）通电，磁流变液粘度逐步升高，阻尼逐步增大，将过流通道封堵实现高压与低压区断开；第二励磁线圈模组（29）通电，电流由小到大，低压油口（26）逐渐关闭，缓速器内部背压随之逐步增大，进而导致制动力逐渐增大，达到缓速效果。
本发明是利用磁流变液阀门特性，应用阀门产生高背压，从而进行制动，该制动原理没有摩擦，制动力矩大，响应快（毫秒量级），极大的提高了制动系统的安全性。
本缓速器的优势：
1、缓速制动扭矩变化连续，即可以根据电流的连续变化，控制缓速制动力矩的连续变化。
2、利用磁流变的效应进行控制，控制的能耗比较低。
3、磁流变由牛顿流体到粘弹性固体的响应时间比较灵敏，是毫米级。
4、比常规缓速器低速性能好，因为传统的液力缓速器低速时，制动扭矩比较差。
5、本专利的缓速器制动系统，可以连续、快速的控制，并通过传感器匹配车辆工况的变化，实现准确、快速、无压力脉动的高品质缓速制动，而且本缓速器极大的降低了成本。
6、通过增加能量回收系统，可在整车供电失效时，可通过回收的制动能量实现车辆的制动。
7、本方案可以根据需要布置在变速器输入端、变速器输出端、驱动桥输入端；本磁流变缓速器可以与变速器输入端串联、并联安装，也可以与变速器输出端串联、并联安装，也可以与后桥输入端串联、并联连接，本发明以布置在变速器输出端并联安装为例进行描述。
并联布置时, 缓速器轴与缓速器输入轴齿轮抗扭式连接，缓速器输入轴齿轮与变速箱输出轴的齿轮啮合传动；串联布置时，缓速器轴前端通过法兰与变速箱输出轴连接，缓速器输出与传动轴法连连接；
附图说明
图1是本发明磁流变缓速器控制系统控制原理示意图；
图2是本发明实施例一中的磁流变缓速器结构示意图；
图3是本发明实施例一中的主壳体的截面示意图；
图4是本发明实施例一中的左壳体的径向截面示意图；
图5是本发明实施例一中的磁流变液通道与控制原理图；
图6是本发明实施例四中的磁流变液缓速器结构示意图；
附图标记说明
主壳体8、外转子14、内转子15、左壳体4、轴1、油封2、轴承3、低压油道5、高压油道21、排油口6、加油口7、换热器9、换热器螺钉10、轴承端盖11、轴承端盖螺钉12、第一衬套13、第一密封圈16、轴承17、油封18、第二衬套19、第二密封圈20、连接螺栓22、高低压油口通道23、低压配流油道24、高压配流油道25、低压油口26、第一励磁线圈模组27、高压油口28、第二励磁线圈模组29、第三励磁线圈模组30、第四励磁线圈模组31，冷却液进口32、冷却液出口33。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一：
轴1通过轴承3和轴承17进行支撑，轴承左侧利用油封2进行密封，右侧通过衬套13进行定位；换热器9通过螺钉10与主壳体8进行连接，轴承17左侧通过衬套19、轴承端盖11进行定位，通过油封18进行密封，轴承端盖11通过螺钉12与主壳体8进行连接。
当缓速器控制器接到整车控制器的缓速制动指令后缓速器控制器发出指令控制缓速器进行缓速制动。
缓速器不工作时，缓速器高压口与低压口经过高低压油道连接，所有励磁线圈不通电，缓速器输入轴带动内转子转动、内转子与外转子啮合做自由旋转运动，缓速器不产生缓速制动力。
当缓速器接到缓速制动信号时，第三励磁线圈模组30通电，磁流变液由液体逐渐变成固体，将高低压油道完全封死，高压与低压区断开；第一励磁线圈模组27通电，受缓速器控制器控制，电流由小到大，高压油口28逐渐关闭，导致缓速器内部背压增大，进而导致制动力逐渐增大，直到高压口完全关闭，缓速制动力达到最大。
当车辆反向行驶时，第四励磁线圈模组31通电，将高低压油道完全封死，高压与低压区断开；第二励磁线圈模组29通电，受缓速器控制器控制，电流由小到大，磁流变液由液体逐渐变成固体，低压油口26逐渐关闭，导致缓速器内部背压增大，进而导致制动力逐渐增大，直到低压油口26完全关闭，缓速制动力达到最大。
工作时，磁流变液经过换热器9进行循环，车辆冷却液经过换热器9进口32循环后经由出口33循环，将缓速器产生的热量散走。
散热可以利用车辆本身自带的散热系统进行散热，也可以设置独立的散热系统，通过增加散热器、散热风扇、循环水泵、散热电机、在缓速器壳体上开散热水循环通道，具体根据热平衡进行灵活布置。
缓速器内转子15与外转子14内啮合，内转子通过抗扭花键安装在轴1上，保证能够传递足够的扭矩；当缓速制动时轴带动内转子回转，内转子带动外转子在主壳体8内回转。左壳体4与主壳体8连接在一起，通过定位止口和圆柱销进行定位，用螺栓进行联接，保证主壳体8和内外转子偏心距准确，左壳体4内开有配流油道，形成配流机构，使得内转子、外转子、左壳体形成低压腔体与高压腔体，低压腔体通过油道与低压油口相通，高压腔体与高压油口相通；高压油口与加油口7相通，低压油口与排油口6相通；同时高压油口与低压油口通过油道进行连通。
实施例二
在上述实施例结构的基础上，缓速器不但可以采用内啮合转子还可以是外啮合转子、一个轴螺旋泵式转子、二轴螺旋式转子磁流变液缓速器、三轴螺旋式转子磁流变液缓速器等。
实施例三
在上述实施例的基础上，励磁线圈模组内通道为单孔或者多孔结构，励磁线圈外侧做好隔磁处理，防止对外产生干扰，线圈内侧利用高导磁材料制作，充分利用磁场。
实施例四
如图6所示：为了进一步提高缓速制动系统的散热性能，增加了鼓风机，可以是离心式鼓风机、轴流式鼓风机等其他类型的鼓风机。本实施例以轴流式鼓风机为例，轴流式鼓风机35，鼓风机通过电磁式离合器34与轴1进行连接。36为鼓风机进风口，37为鼓风机叶轮、38为鼓风机导叶、39为鼓风机扩散筒、40为鼓风机出风口。
在缓速器上安装有温度传感器，当缓速器温度超过需要散热温度时，感应开关打开，电路接通，使电磁离合器结合，鼓风机35开始工作。当缓速器温度低于需要散热温度时，感应开关断开，电磁离合器分开，鼓风机35停止工作。
鼓风机出口40对着缓速器壳体进行散热，散热后的风通过通风口排出。
Claims (8)
1.一种磁流变液缓速器，包括主壳体（8），内转子（15）、外转子（14）、左壳体（4）、换热器（9）、密封部和配流通道；所述的主壳体（8）内依次设置有外转子（14）和内转子（15），轴（1）穿设置于内转子（15）；左壳体（4）设置在主壳体（8）左侧，左壳体（4）内部设置有配流通道；换热器（9）设置在主壳体（8）右侧；其特征在于：
配流通道包括高压油道（21）和低压油道（5）；加油口（7）与高压油道（21）连通，低压油道（5）与排油口（6）连通；高压油道（21）中设置有高压油口（28），低压油道（5）中设置有低压油口（26）；高压油口（28）和低压油口（26）通过过流通道连通；高压油口（28）内设置有第一励磁线圈模组（27），低压油口（26）内设置有第二励磁线圈模组（29），过流通道内设置有第三励磁线圈模组（30）和第四励磁线圈模组（31）。
2.如权利要求1所述的磁流变液缓速器，其特征在于：
所述的密封部包括设置在左壳体（4）内侧的第一密封圈（16）、主壳体（8）内侧的第二密封圈（20）和设置在轴外侧的油封（2）。
3.如权利要求1所述的磁流变液缓速器，其特征在于：
所述的缓速器还包括设置在轴外侧的第一衬套（13）和第二衬套（19）。
4.如权利要求1所述的磁流变液缓速器，其特征在于：
所述的缓速器还包括冷却液进口（32）和冷却液出口（33）。
5.如权利要求1所述的磁流变液缓速器，其特征在于：
所述的励磁线圈模组包括用于对磁流变液提供激励的励磁线圈；还包括供磁流体通过的内流道。
6.如权利要求5所述的磁流变液缓速器，其特征在于：
所述的内流道为单孔式流道或多孔式流道。
7.一种磁流变液缓速控制系统，其具有如权利要求1-6所述的任意一种磁流变液缓速器，其特征在于：
所述控制系统还具有缓速器控制器，用以向励磁线圈模组通电；轴（1）与变速箱输出轴通过齿轮连接；通过控制缓速器的阻尼实现对变速箱输出转速的控制。
8.一种如权利要求1-6所述的任意一种磁流变液缓速器的控制方法，其特征在于：
当不需要制动时，缓速器不工作，所有励磁线圈模组均不通电，缓速器的轴（1）带动内转子（15）转动、内转子（15）与外转子（14）啮合做自由旋转运动，缓速器不产生缓速制动力；当需要制动时，缓速器接到缓速制动信号时，第三励磁线圈模组（30）通电，磁流变液粘度逐步升高，阻尼逐步增大，将过流通道封堵实现高压与低压区断开；第一励磁线圈模组（27）通电，电流由小到大，高压油口（28）逐渐关闭，缓速器内部背压随之逐步增大，进而导致制动力逐渐增大，达到缓速效果；当车辆反向行驶时，第四励磁线圈模组（31）通电，磁流变液粘度逐步升高，阻尼逐步增大，将过流通道封堵实现高压与低压区断开；第二励磁线圈模组（29）通电，电流由小到大，低压油口（26）逐渐关闭，缓速器内部背压随之逐步增大，进而导致制动力逐渐增大，达到缓速效果。
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