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【专利说】比亚迪电磁悬架让“减震”变“摇篮”!

NE时代新能源  · 公众号  ·  · 2024-08-15 07:00

主要观点总结

本文主要介绍了比亚迪的云辇-Z技术,该技术采用高度集成化的直线电机替代传统液压减震方案,实现对车辆悬架系统的毫秒级精准控制。文章还介绍了直线电机的工作原理、结构特点以及其在车辆中的应用。此外,文章还提及了比亚迪的减振总成结构和冷却系统等相关技术。

关键观点总结

关键观点1: 云辇-Z技术采用直线电机替代传统液压减震方案,实现毫秒级精准控制。

直线电机是核心组件,取代了传统悬架系统中的复杂机械和液压部件,实现了悬架的快速响应和精确控制。

关键观点2: 直线电机的工作原理类似于电磁悬架,通过电与磁进行阻尼可调,算是主动悬架的一种。

与传统的电磁悬架不同,云辇-Z采用的直线电机在结构上有所不同,通过调节磁通量来控制产生的力的大小与方向,来输出相应的电磁力和速度对悬架系统进行主动控制。

关键观点3: 比亚迪的直线电机具有不同的结构和特点。

其专利显示,直线电机由定子总成和动子总成组成,结构紧凑,适用于汽车领域。此外,该直线电机还包括用于导引动子总成移动方向的导向组件,以提高运动稳定性。整个减振器方案通过电磁作用调节阻尼力,提升车辆的行驶稳定性和舒适性。

关键观点4: 减振总成结合了直线电机技术和传统液压阻尼技术。

两边的筒就是直线电机,通过控制接入的电流使两部分相对移动,以抵消和削减车轮向车身传递的振动。另外,减振总成还配备了冷却系统,以确保悬浮电机的正常运行。

关键观点5: 比亚迪的云辇-Z技术具有能量回收功能。

在悬架起伏运动过程中,电机可以转换为发电机模式,将车辆运动中的动能转化为电能,为车辆电池充电。


正文

比亚迪的云辇-Z技术,是采用了高度集成化的直线电机 (悬浮电机) 来替代传统的液压减震方案,实现了对车辆悬架系统Z轴方向 (即垂直方向) 的毫秒级精准控制。整体采用了纯电驱动方式,通过直线电机直接做功,消除了对油液介质的依赖,降低了能量传递过程中的损 耗。

直线电机是这项技术的核心组件,它取代了传统悬架系统中的复杂机械和液压部件,实现了悬架的快速响应和精确控制。其工作原理类似于电磁悬架都是通过电与磁来进行阻尼可调,算是主动悬架的一种,但是结构上完全是两个东西。

常规的电磁悬架MRC (Magnetic Ride Control) 它是通过改变减震器内部磁流变液的性质来调节阻尼力,从而实现对车辆悬挂特性的实时调整。

其核心部件是 磁流变减震器 (MRD) 。这种减震器与传统液压减震器的最大不同在于,它内部填充的不是普通的液压油,而是含有磁性微粒的磁流变液。这种磁流变液中包含细小的磁性微粒,这些微粒在没有磁场作用时呈自由分散状态。当外部施加磁场时,磁性微粒会在磁场作用下排列成链状结构,从而显著增加磁流变液的粘度。通过改变磁场强度,可以控制磁流变液的粘度,进而调节减震器的阻尼力。

云辇-Z则是采用直线电机 (悬浮电机) 来实现阻尼力的主动控制, 其原理是通过对磁通量进行调节来控制产生的力的大小与方向 ,来输出相应的电磁力和速度对悬架系统进行主动控制,以提高悬架系统的动力学性能,减少车辆的振动和颠簸。

其主要原理是电磁力的作用,在直线电机的初级 (相当于旋转电机的定子) 绕组中通入多相交流电,产生一个行波磁场。这个磁场与次级 (相当于旋转电机的转子) 永磁体相互作用,产生电磁力,从而驱动动子进行直线运动。当电流与气隙的磁场相互作用时,会产生电磁推力。如果初级是固定的,次级就会在推力作用下沿直线运动。反之,如果次级是固定的,初级也会在推力作用下运动。

01.

直线电机能有啥花样!

既然关键点是在直线电机,那比亚迪的直线电机又有那些不同 根据其专利 (CN117674493A) 可以看到其大致结构,该直线电机 (100) 定子总成 (1) 动子总成 (2) 组成,定子总成包括 多组电磁模块 (10) ,每组电磁模块包括 定子固定部和定子线圈 ,定子线圈连接于定子固定部;动子总成包括 多组永磁体 (20) 多组永磁体和多组电磁模块一一对应间隔设置 ,多组电磁模块连接形成第一容纳空间,动子总成可移动地设于第一容纳空间内;或把多组永磁体连接形成第二容纳空间,定子总成设于第二容纳空间内。

定子总成适于固定至车身,动子总成适于固定至车轮且相对定子总成可移动。 此外,该直线电机还包括用于导引动子总成移动方向的导向组件,以进一步提升其运动稳定性。整个结构设计看起来很合理、紧凑,非常适用于汽车领域的应用。

这项专利还介绍了传感器光栅和位置传感器的作用 ,以及如何控制直线电机的运动方向和速度。当汽车行驶过颠簸路面,车轮向上移动时,定子总成提供磁场力来减缓动子总成向上运动的速度,即直线电机提供缓冲的阻尼力,从而缓冲从车轮传向车轮的冲击力,降低冲击振动,提升汽车行驶的稳定性和舒适性。并且直线电机还可提供举升力,将整车举升到需要的高度,调整整车体态,同时也增大整车的离地间隙,从而提升了整车的通过性能。

其是通过上安装座 (61) 与下安装座 (62) 这两个部件分别固定于车身和车轮,来确保减振器在车辆中的稳定位置。减振弹簧 (63) 连接上安装座和下安装座,通过其弹性形变来吸收和缓解车轮传递至车身的冲击力。定子总成与动子总成设置于壳体 (3) 内,通过电磁作用调节阻尼力,进一步在细化和控制减振效果。

这种减振器方案是如何用在车上的呢? 根据专利信息可了解到,其动子总成通过固定连接与减振器下安装叉 (72) 和车轮相连,壳体则设有一个贯穿孔,使动子总成能够自由伸出并保持清洁。此外,保护罩 (64) 还可以防止车辆行驶中的脏污溅射到动子总成上,并且缓冲垫 (65) 可以减小减振弹簧 (63) 对上安装座和下安装座的振动,以提高安装稳定性。这种设计可以有效地缓冲从车轮传向车轮的冲击力,降低冲击振动,提升汽车行驶的稳定性和舒适性。

这种结构应用在车辆上 可提升行驶稳定性与舒适性: 通过上述减振器的设计,车辆能够更有效地吸收和缓解来自路面的冲击和振动,从而提升行驶的稳定性和乘客的舒适性。

驾驶风格可调: 减振器通过控制阻尼力的大小,可以调整整车的驾驶风格。驾驶者可以根据路况和个人喜好,选择合适的阻尼力设置,以获得最佳的驾驶体验。

提升通过性能: 减振器提供的举升力可以将整车举升到需要的高度,调整整车体态。这不仅可以改善车辆的外观和姿态,还能增大整车的离地间隙,提高车辆通过复杂地形和障碍物的能力。

增强车辆安全性: 稳定的减振系统能够减少车辆行驶中的颠簸和摇晃,提 高车辆的操控性和稳定性,从而增强行驶过程中的安全性。

其实比亚迪的这套悬浮电机可以做很多种结合,可结合空气弹簧也可以结合液压系统,在集成度和控制精度上也达到了新的水平。

02.

减振总成结构长啥样!

根据比亚迪的另一项专利信息 (CN117662661A) ,可以看到这套减振总成的结构,整体设计是结合了直线电机技术和传统的液压阻尼技术,两边的筒就是直线电机,其结构就是沿上下方向相对可移动的两部分,第一部分 (112) 连接车身,第二部分 (113) 连接轮端。然后通过控制接入的电流使两部分相对移动,以抵消和削减车轮向车身传递的振动,并可根据需要调整车身高度。

其活塞是与车身固定,部分结构伸入直线电机的第二部分内,沿第二部分在上下方向可移动,与第二部分限定出第一油腔 (104) 。其功能是随车辆颠簸振动而上下移动,改变第一油腔的容积。

调节结构 (12) 是具有容积可调的第二油腔 (105) ,与直线电机在水平面内间隔布置,不占用直线电机的安装空间。通过油液流动和通断控制,对第一活塞的移动产生阻尼力,实现减振缓冲作用。

这其中的油液流动是根据开关阀 (103) 和调节阀 (102) 来控制的,开关阀设置在第一油腔与第二油腔之间的油管上,用于控制油液的流通与断开。调节阀与开关阀串接,用于调节油液流量,进而控制减振总成的阻尼。

该减振总成通过优化布局和结构设计,提高了对不同车型的适配性,尤其在前驱或四驱车型中减少了与传动轴的干涉。在结合直线电机的主动减振和调节结构的被动阻尼,可有效提升车辆的行驶平稳性和驾乘体验。

03.
那冷却怎么办!
悬浮电机在工作过程中会产生大量热量,如果不能及时散热,是会影响悬浮电机的作用效能。因此,比亚迪的这项专利 (CN117879262A) 介绍了一种针对悬浮电机的冷却系统及其冷却控制方法,该系统采用两个液冷回路的组合设置,可以在保证冷却效果的同时,降低 加工难度。
其冷却系统包括散热器 (4) 和动力装置 (51) ,可以使冷却液在循环回路内持续流动,增强悬浮电机向外散热的能力。 同时还配备了温度检测件 (71) 和控制器 (73) ,能够实现智能化控制,不仅如此该系统还可以根据需要选择不同的液冷回路工作模式,以满足不同工况下的冷却需 求。

当温度达到一定值时,处理器 (72) 会启动冷却液的循环回路对悬浮电机进行冷却,并根据实时温度进行处理计算,分时段性的冷却控制方式可以避免能源的浪费,更加节能环保。此外,还可以根据悬浮电机设定位置的实时温度大小,对液冷回路进行适时通断,使整个冷却循环回路更加高效和节 能。

除了提供精确的悬 架控制,按其发布云辇-Z技术的信息来看,这款悬浮电机还具有能量回收功能,原理是在悬架起伏运动过程中,电机可以转换为发电机模式,将车辆运动中的动能转化为电能,为车辆电池充电。

End.

其实这种彻底颠覆传统液压减震方案不算是比亚迪先提出 来的, 80年代期间 Bose 悬挂也是使用的直线电机, 可惜由于成本和重量问题未能投入量产,以当时的情况来说, 电子部件相对于机械部件来说可能不够耐用,尤其是在恶劣的工作条件下, 而且,







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