CN101749359A - 三态可切换液压悬置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三态可切换液压悬置，公开了一种用于使第一流体腔室与第二流体腔室相联的惯性通道组件，该惯性通道组件包括与第一腔室和第二腔室流体连通的第一通道和第二通道，第二通道具有布置在其中的解耦器。一轴可运动地布置成沿轴线与第一通道和第二通道相交，并构造成选择性地在至少两个位置之间运动。第一位置允许第一腔室和第二腔室之间通过第一通道流体连通，阻挡第二通道与其中一个腔室之间的流体连通。第二位置允许第二通道与腔室之间的流体连通，阻挡通过第一通道的流体连通。轴可具有第三位置，阻挡通过第一通道和第二通道的流体连通。可在轴内布置第一通路和第二通路，以分别选择性地允许第一通道和第二通道之间的流体连通。

Description

三态可切换液压悬置

技术领域

本发明总体涉及用于减振和控制的悬置组件，更具体地涉及液压悬置组件。

背景技术

在工业应用中，操作时产生振动的发动机、动力系统部件以及其它重型部件可悬置在弹性悬置(mount)上，所述弹性悬置隔离并阻尼振动以防止振动到达车辆的乘客舱。在汽车和工业应用中可使用液压悬置组件以阻尼这样的振动。振动和激励以可变频率和幅值产生，并因此可利用可变响应来隔离或阻尼来自发动机或动力系统部件之类的源的振动。

发明内容

提供一种用于使第一流体腔室和第二流体腔室相联的惯性通道组件。该惯性通道组件包括与所述第一腔室和第二腔室流体连通的第一通道以及与所述第一腔室和第二腔室流体连通的第二通道，该第二通道中布置有解耦器。一轴可运动地布置成沿轴线与所述第一通道和第二通道相交，并构造成选择性地在至少两个位置之间运动。

第一位置允许所述第一腔室和所述第二腔室之间通过所述第一通道的流体连通，但阻挡所述第二通道与所述第一腔室和所述第二腔室之一之间的流体连通。第二位置允许所述第二通道与所述第一腔室和所述第二腔室之间的流体连通，但阻挡所述第一通道与所述第一腔室或所述第二腔室之间的流体连通。

所述轴还可构造成选择性地运动至第三位置，该第三位置阻挡所述第一腔室和所述第二腔室之间通过第一通道和第二通道的流体连通。所述惯性通道组件可包括：布置在所述轴内的第一通路，该第一通路构造成选择性地允许所述第一通道与所述第一腔室和所述第二腔室之间的流体连通；以及布置在所述轴内的第二通路，该第二通路构造成选择性地允许所述第二通道与所述第一腔室和所述第二腔室之间的流体连通。

结合附图从实施本发明的最佳模式和其它实施方式的以下详细说明将很容易清楚本发明的以上特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

图1是具有惯性通道组件的液压悬置的示意剖视图，示出了设定至第一状态的惯性通道组件；

图2是图1中所示的惯性通道组件的示意平面图，示出了设定至第二状态的惯性通道组件(其也在图3中示出)；

图3是图1中所示的惯性通道组件的示意剖视图，再次示出了设定至第二状态的惯性通道组件；以及

图4是图1中所示的惯性通道组件的示意剖视图，示出了设定至第三状态的惯性通道组件。

具体实施方式

参照附图，其中在这几幅图中的相同附图标记对应于相同或相似部件，在图1中示出了液压悬置10的实施方式，该液压悬置可以是发动机悬置或者是支撑其它结构的悬置。尽管参照汽车应用详细描述本发明，但是本领域技术人员应意识到本发明的更广泛应用。本领域普通技术人员将进一步意识到“上”、“下”、“向上”、“向下”之类的术语是用来描述附图的，其并不表示对所附权利要求限定的本发明范围进行限制。

液压悬置10包括与主橡胶元件14(图1中所示的上端)以及下壳体15(图1中所示的下端)交界的外构件12。外构件12固定地连接至车辆的下螺柱16。主橡胶元件14附连至内构件18，该内构件例如通过上螺柱17附连至发动机或其它振动物体。下螺柱16与上螺柱17之间的相对运动由箭头E示出。

液压悬置10的上部和下部通常由惯性通道组件20分开。液压悬置10填充有液体乙二醇之类的流体。主橡胶元件14、内构件18以及惯性通道组件20形成第一流体腔室22(在图1中观看时为上流体腔室)。惯性通道组件20和波纹管19形成第二流体腔室23(下流体腔室)。第一流体腔室22和第二流体腔室23通过惯性通道组件20可变地流体连通。

惯性通道组件20包括其内形成或机加工出各种腔和通路(本文有更详细地论述)的底板24和主体25。盖板27布置在主体25的一端(在图1中，朝向液压悬置10的主橡胶元件14)。惯性通道组件20的其它实施方式可由更少的元件形成，例如仅在底板24或主体25中形成所有必要的腔和通路。

当振动、激励或其它不规则位移(如箭头E所示)从发动机引入至上螺柱17时，液压悬置10阻尼或隔离振动以限制传递至下螺柱16的力的大小。液压悬置10的动态刚度及阻尼程度部分取决于流体在第一流体腔室22和第二流体腔室23之间流动的难易性。

贯通底板24、主体25和盖板27在第一流体腔室22和第二流体腔室23之间形成通路或通道。第一通道26与第一流体腔室22和第二流体腔室23流体连通。第二通道28与第一流体腔室22和第二流体腔室23流体连通。解耦器30布置在第二通道28内，使得流体不能容易地通过第二通道28在第一流体腔室22和第二流体腔室23之间连续流动。流体必须绕解耦器30的边缘流动从而流过第二通道28。

轴32可运动地布置在主体25内，以沿着纵向穿过轴32延伸的轴线33与第一通道26和第二通道28相交。因此，根据轴32的位置，流向第一通道22和第二通道23的流体流可受到阻塞、完全被阻挡或能够基本上自由流动。

继续参照图1，在图2中示出了从上方看到的(像是从主橡胶元件14向下看)图1中所示的惯性通道组件20的平面图，示出了主体25，还以虚线示出了轴32和底板24。惯性通道组件20通过改变流体在第一流体腔室22和第二流体腔室23之间位移的能力而更改动态刚度。

第三通道34也与第一流体腔室22及第二流体腔室23流体连通。第三通道34的形状和路径由底板24、主体25及盖板27限定。

第一通道26构造成与第二通道28和解耦器30相比具有更大的流动阻力。可通过使第二通道28变短或使其具有更大的截面来实现流动阻力的差异。在图1中所示的实施方式中，第二通道28显著宽于第一通道26。

解耦器30位于第二通道28中并构造成响应于振动而往复运动或振荡，从而产生第一流体腔室22和第二流体腔室23之间的小容积变化。当解耦器30朝第二流体腔室23运动时，补偿了因第一流体腔室22的压缩而引起的容积损失，并以非常低的动态阻力进行补偿。解耦器30不允许流体通过第二通道28在第一流体腔室22和第二流体腔室23之间流动。

补偿容积通过解耦器30的位移而传递至第二流体腔室23，接着可通过波纹管19的膨胀、内部损失和/或其它阻尼元件来容纳。当惯性通道组件20取向成使得解耦器30不受约束时，液压悬置10展现隔离振动的低动态刚度，并且惯性通道组件20提供小的液压阻尼。然而，该效果仅在解耦器30的补偿范围内存在，是受限制的。

第三通道34具有显著大于第一通道26的流动阻力，还具有高于第一通道26的流体惯性，并因此提供与第一通道26和第二通道28相比更大的动态刚度和阻尼。第三通道34不与轴32相交，并因此在该实施方式中总是朝第一流体腔室22和第二流体腔室23敞开。

液压悬置10通常具有两种功能：提供发动机隔离以及控制发动机运动。然而，隔离或控制之一的水平提高会引起另一功能的下降。通常，可通过增大阻尼实现控制，这样会减小发动机的振动。可通过低动态刚度实现隔离，以隔离振动；然而，增大阻尼会引起振动增大。当动态刚度和阻尼增大时，隔离振动的能力下降。

因此，液压悬置10和惯性通道组件20构造成改变状态。根据车辆的操作状态，惯性通道组件20提供小的阻尼或不提供阻尼，从而产生软响应并隔离振动。在其它操作状态下，惯性通道组件20提供更高的阻尼以控制振动。

轴32构造成选择性地打开或阻挡第一通道26和第二通道28，从而选择性地启动或停用第一通道26和第二通道28的相应阻尼响应。轴32通过选择性地定位通路或路径而选择性地允许至第一通道26和第二通道28中或通过第一通道26和第二通道28的流体连通，各所述通路或路径使第一通道26和第二通道28中的相应通道与第一流体腔室22和第二流体腔室23其中之一或二者相连。

第一通路36布置在轴32中，并构造成选择性地允许第一通道26与第一流体腔室22和第二流体腔室23之间的流体连通。在图1和图2中所示的实施方式中，第一通路36与轴32的轴线33大致垂直，并且其中心与轴线33基本相交。然而，在另选实施方式中(未示出)，所述通路无需垂直于轴线33，并且可构造有从轴线33偏移的腔，使得流体绕轴线33在轴32与底板24之间流动。

第二通路38布置在轴32中并构造成选择性地允许第二通道28与第一流体腔室22和第二流体腔室23二者之间的流体连通。打开第二通路28允许流体从第一流体腔室22流向解耦器30，并从第二流体腔室23流向解耦器30，使得解耦器30在第二通道28内自由振荡。

液压悬置10以及惯性通道组件20的操作可如以下所述。响应于发动机或道路激励(如箭头E所示)，流体通过主橡胶元件14从第一流体腔室22朝第二流体腔室23位移。液压悬置10的动态刚度及阻尼程度部分取决于流体流过惯性通道组件20的难易性以及第一流体通道26和第三流体通道34中的流体质量。

第一流体通道26和第三流体通道34中的流体参与谐振系统，该谐振系统的频率基于这样的属性，例如通道中的流体质量、主橡胶元件14和波纹管19的弹性、第一流体腔室22和第二流体腔室23的容积扩大以及流体体积排量。由于流过第一流体通道26和第三流体通道34的难易性取决于通道长度、截面、表面摩擦以及流体进出面积收缩和折射(refraction)，因而还可调节通道以提供不同的流动阻力。

轴32构造成运动至至少三个位置之一，这三个位置对应于液压悬置10的三种可选阻尼/隔离状态。在图中所示的实施方式中，通过使轴32绕轴线33旋转而产生轴32的运动。然而，在其它实施方式中，轴32可沿着轴线33线性运动；或者，另选地，可使轴32变平并垂直于轴线运动(在图2中观看时上下运动)。

图1示出处于第一位置的惯性通道组件20。轴32运动(旋转)以使第一通路36与第一通道26对准，从而允许流体通过第一通道26在第一流体腔室22和第二流体腔室23之间流动。

在第一位置，轴32还阻挡流体在第二通道28与第一流体腔室22和第二流体腔室23之一之间流动。在第二通道28被阻挡时，解耦器30受到约束，使得其不能响应于在第一流体腔室22或第二流体腔室23中的流体位移而运动或振荡。

第一位置可用于小于等于预定速度的车速，例如5英里每小时(mph)。这可被称为空转状态或空驶状态，其中发动机速度处于或接近空转速度，并且预计道路激励最小。第一通道26可被称为空转通道。

来自第一流体腔室22的流体流过第一通道26而不是流过第三通道34，因为第三通道34中的流体柱的动态阻力设计成大于第一通道26中的流体柱的动态阻力。第一通道26的截面积与长度之比可显著大于第三通道26的截面积与长度之比。

因此，流过第一通道26的情况下的谐振频率高于流过第三通道34的情况下的谐振频率。这会引起与空转操作期间通常会遇到的长期发动机激励对应的目标频率范围内的动态刚度的有利减小。

如果在惯性通道组件20处于第一位置(空转状态)时发生不寻常的大幅值激励，例如在车辆低速行驶时碰到大隆起时会发生的情况，压力的增大可克服第三通道34中的流体惯性，并致使流体还流过第三通道34。第三通道34可被称为弹跳通道或弹跳惯性通道，因为第三通道34中的流体的惯性增大会阻尼大幅值振动。

图2和图3示出了处于第二位置(即，驶离状态)的惯性通道组件20。图2是沿图3中示出的剖面线2-2截取的俯视图。在第二位置，轴32运动(旋转)以使第二通路38与第二通道28对准，从而允许流体从第一流体腔室22和第二流体腔室23流入并流出第二通道26。在第二位置，轴32还阻挡第一通道26与第一流体腔室22和第二流体腔室23其中之一之间的流体流。第三通道34保持向第一流体腔室22和第二流体腔室23二者敞开。

在第二通道28敞开时，解耦器30不受约束，并可响应于流体在第一流体腔室22或第二流体腔室23中的位移而运动或振荡。第二位置或驶离状态可对应于在约5mph至50mph之间的速度。许可解耦器30响应于第一流体腔室22的体积排量而铰接，从而没有流体流过第一通道26。在驶离状态(位置2)，液压悬置10展现低动态刚度，以在车速范围内遇到的频率范围内提供最大隔离，在该实施方式中所述车速范围约为5～50mph。

在由于第一流体腔室22的压缩而使体积排量超过或克服解耦器的能力的情况下(例如，在大幅值、低频率、道路激励期间)，流体会流过第三通道34(弹跳惯性通道)。因此，在驶离状态期间，第二位置允许惯性通道组件20提供两种不同的动态刚度率：首先是相对较低水平的阻尼和刚度，以隔离低幅值输入；接着是高水平阻尼以吸收并控制高幅值输入。在激励从低幅值过渡至高幅值时，相应发生该过渡。

解耦器30可为具有弹性膜片的固定解耦器元件或浮动解耦器元件。固定解耦器元件膨胀以在第一流体腔室22和第二流体腔室23之间传递体积排量，从而补偿小幅值体积排量，借此防止第三通道34中的流体运动。至少部分地通过弹性膜片的尺寸和弹性确定固定解耦器元件的补偿范围，并且该补偿范围通常在固定解耦器元件补偿更大体积排量时增大。

图中示出的解耦器30为浮动解耦器元件，其通过在解耦器座40中浮动或滑动来进行补偿。在解耦器30通过解耦器座40运动时，其几乎完全补偿通过上螺柱17与下螺柱16之间的相对运动排出的流体体积。在一个实施方式中，浮动解耦器30为盘状橡胶构件。本领域普通技术人员基于液压悬置10的具体应用将意识到浮动解耦器30的进一步设计。

当解耦器30达到解耦器座40的端部时，其停止并且不再补偿任何进一步体积排量。一旦浮动解耦器30达到解耦器座40的端部，第一流体腔室22和第二流体腔室23之间的基本上全部附加排量必需由流过敞开通道的流体流调节适应。然而，在浮动解耦器30的边缘周围可能会存在某些流体流或泄漏。

在惯性通道组件20的一个实施方式中，解耦器座40具有大约一毫米的总行程或间隙，其为解耦器30的峰值-峰值范围。因此，解耦器30往复运动，其中沿任一方向的位移达约0.5毫米。本领域普通技术人员将意识到在具体应用中间隙距离可更大或更小。

图4示出处于第三位置(即，公路巡航状态)的惯性通道组件20。轴32运动(旋转)以阻挡流向第一通道26和第二通道28的流体流，使得解耦器30受限，并且流体不能经由第一通道26而在第一流体腔室22和第二流体腔室23之间经过。在第三位置，仅第三通道34保持敞开以在第一流体腔室22和第三流体腔室23之间传递体积排量。

可在大于约50mph(例如公路巡航)的速度下利用第三位置。迫使任何排出的流体流过第三通道34。因而，所述悬置提供非常高的动态刚度，这可削弱车辆地板上以及方向盘处的光滑路面颤振。

本领域普通技术人员将意识到针对具体驾驶状态(空转、驶离以及公路巡航)的三种位置分配仅仅是示例性的。此外，驾驶状态的定义和范围仅仅是示例性的，并且可将其它驾驶状况作为确定因素，确定哪种阻尼特性最适于哪种驾驶状态。此外，可调整惯性通道组件20以更改液压悬置10对不同车辆和发动机状况的阻尼响应。

在图1至图4中所示的实施方式中，轴32在第一、第二和第三位置之间的运动通过电机42实现。电机42可是构造成选择性地使轴32在这三个位置中的各个位置之间旋转的步进电机。可利用控制器或处理器(未示出)确定轴32的期望位置并操作电机42。

注意，由于存在三个位置，因此当在位置之间进行转换时，轴32无需经过一个位置运动到另一位置。例如，惯性通道组件20可从第一位置(空转状态)直接运动至第三位置(公路巡航状态)而不用首先进入(或穿过)第二位置(驶离状态)。在图1至图4中所示的轴32的实施方式中，第一通路36从第二通路38偏移大约六十度。

可在一辆车辆上或一件工业设备上使用多个液压悬置10，以阻尼或隔离动力系统。这些悬置可都相同或相似，或者可在三种操作状态的各状态中结合的阻尼对隔离不同比率。

尽管已详细描述了实施所要求的发明的最佳模式及其它实施方式，但是本发明相关领域的技术人员应意识到在所附权利要求的范围内用于实施本发明的各种另选设计和实施方式。

Claims (15)

1.一种用于使第一流体腔室与第二流体腔室相联的惯性通道组件，该惯性通道组件包括：

与所述第一腔室及所述第二腔室流体连通的第一通道；

与所述第一腔室及所述第二腔室流体连通的第二通道，该第二通道具有布置在其中的解耦器元件；以及

轴，其可运动地布置成沿轴线与所述第一通道和所述第二通道相交，其中所述轴构造成选择性地运动至第一位置，从而允许所述第一腔室和所述第二腔室之间通过所述第一通道的流体连通，并阻挡所述第二通道与所述第一腔室和所述第二腔室其中之一之间的流体连通，并且所述轴构造成选择性地运动至第二位置，从而允许所述第二通道与所述第一腔室及所述第二腔室之间的流体连通，并阻挡所述第一通道与所述第一腔室和所述第二腔室其中之一之间的流体连通。

2.如权利要求1所述的组件，其中所述轴构造成选择性地运动至第三位置，以阻挡所述第一通道与所述第一腔室和所述第二腔室其中之一之间的流体连通，并阻挡所述第二通道与所述第一腔室和所述第二腔室其中之一之间的流体连通。

3.如权利要求2所述的组件，还包括：

布置在所述轴内的第一通路，该第一通路构造成选择性地允许所述第一通道与所述第一腔室和所述第二腔室之间的流体连通；以及

布置在所述轴内的第二通路，该第二通路构造成选择性地允许所述第二通道与所述第一腔室和所述第二腔室之间的流体连通。

4.如权利要求3所述的组件，还包括操作连接至所述轴的电机，其中该电机构造成选择性地使所述轴运动至所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置其中之一。

5.如权利要求4所述的组件，其中所述电机构造成使所述轴绕所述轴线旋转，以选择所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置其中之一。

6.如权利要求5所述的组件，其中所述电机为步进电机。

7.如权利要求6所述的组件，其中所述解耦器元件为浮动解耦器。

8.如权利要求7所述的组件，其中所述第一通路和所述第二通路绕所述轴线偏移大约六十旋转度。

9.如权利要求8所述的组件，还包括与所述第一腔室和所述第二腔室流体连通的第三通道，该第三通道的容积显著大于所述第一通道的容积。

10.一种用于使第一流体腔室与第二流体腔室相联的惯性通道组件，该惯性通道组件包括：

与所述第一腔室和所述第二腔室流体连通的第一通道；

与所述第一腔室和所述第二腔室流体连通的第二通道；

布置在所述第二通道内的解耦元件；

与所述第一腔室和所述第二腔室流体连通的第三通道，该第三通道的容积显著大于所述第一通道的容积；以及

轴，其可运动地布置成沿轴线与所述第一通道和所述第二通道相交，其中所述轴构造成选择性地在以下位置之间运动，即：

第一位置，该第一位置构造成允许所述第一腔室和所述第二腔室之间通过所述第一通道的流体连通，并阻挡所述第二通道与所述第一腔室和所述第二腔室其中之一之间的流体连通；以及

第二位置，该第二位置构造成允许所述第二通道与所述第一腔室及所述第二腔室之间的流体连通，并阻挡所述第一通道与所述第一腔室和所述第二腔室其中之一之间的流体连通。

11.如权利要求10所述的组件，其中所述轴进一步构造成选择性地运动至第三位置，该第三位置构造成阻挡所述第一通道与所述第一腔室和所述第二腔室其中之一之间的流体连通，并阻挡所述第二通道与所述第一腔室和所述第二腔室其中之一之间的流体连通。

12.如权利要求11所述的组件，其中所述解耦器元件为浮动解耦器。

13.如权利要求12所述的组件，还包括操作连接至所述轴的步进电机，其中该电机构造成选择性地使所述轴围绕所述轴线旋转以选择所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置其中之一。

14.如权利要求13所述的组件，还包括：

布置在所述轴内的第一通路，该第一通路构造成选择性地允许所述第一通道与所述第一腔室和所述第二腔室之间的流体连通；以及

布置在所述轴内的第二通路，该第二通路构造成选择性地允许所述第二通道与所述第一腔室和所述第二腔室之间的流体连通。

15.如权利要求14所述的组件，其中所述第一通路和所述第二通路绕所述轴线偏移大约六十旋转度。

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