車輛用流體式饋能型減振器專利發(fā)展綜述

賀燕萍

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

引言

減振器是一種衰減振動的重要器具，已被廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域，如航空航天、精密儀器、車輛。其中，減振器作為車輛懸架上最重要的部件之一，主要是用于衰減路面不平引起的車輛振動；而傳統(tǒng)的減振器，主要是通過不可逆的阻尼作用吸收振動能量起到緩沖作用，卻將吸收的振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿葻o用的能量散失浪費掉。

雖然對于單個車輛來說，上述散失的能量并不大，但是在如今全球車輛數(shù)量攀升的趨勢下，該部分能量集中起來數(shù)量還是很巨大的。而且，技術(shù)人員對減振器進(jìn)行了大量研究，期望能在滿足車輛減振性能的前提下，將振動能量進(jìn)行回收利用，為此，饋能型減振器就應(yīng)運而生了。饋能型減振器，主要是通過將振動能量最終轉(zhuǎn)換成其他能量儲存和利用起來，比如電能、壓縮能、液壓能等。

本文在所檢索到的關(guān)于饋能型減振器的專利文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，主要從能量轉(zhuǎn)換方式以及控制方法等方面對其目前的研究內(nèi)容進(jìn)行技術(shù)分解。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式的不同主要可分為振動能轉(zhuǎn)換為電能、振動能轉(zhuǎn)化為其他能、以及相應(yīng)的控制方法等三個一級技術(shù)分支；而具體到振動能轉(zhuǎn)換為電能該一級分支又可進(jìn)一步根據(jù)其轉(zhuǎn)換方法分為壓電式、磁電式、液電式以上述三者的聯(lián)合使用方式。

一、發(fā)電式饋能型減振器簡介

通過對所檢索到的饋能型減振器專利文獻(xiàn)進(jìn)行分析總結(jié)可知，技術(shù)人員們主要集中對振動能轉(zhuǎn)換為電能的饋能型減振器進(jìn)行了大量研究，故本節(jié)以下內(nèi)容主要是對振動能轉(zhuǎn)換為電能的饋能型減振器進(jìn)行簡介。

（一）壓電式減振器

壓電式減振器，是指在減振器上采用壓電材料，利用其壓電效應(yīng)將振動能轉(zhuǎn)換為電能加以儲存和利用（例如專利文獻(xiàn)CN2745781Y）。其中，壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。

（二）磁電式減振器

磁電式減振器主要是利用電磁感應(yīng)原理由振動驅(qū)動饋能電機發(fā)電來完成振動能到電能的轉(zhuǎn)換（例如專利文獻(xiàn)CN103032503A）。磁電式減振器一般采用的流體為磁流變液，也可采用電流變液。此外，通過對已公開的專利文獻(xiàn)進(jìn)行分析總結(jié)可知，通常磁電式減振器根據(jù)其機械傳動形式大致可分為直接式與間接式，直接式是指直接利用往復(fù)直線運動將振動能轉(zhuǎn)換為電能的饋能型減振器，間接式是指首先將往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)式運動進(jìn)而將振動能轉(zhuǎn)換為電能。

（三）液電式減振器

液電式減振器其工作原理是液壓缸內(nèi)活塞在外部激勵下作往復(fù)運動時,液壓缸內(nèi)部的油液流出,首先通過液壓整流橋,液壓整流橋的作用是使減振器無論處于壓縮行程還是伸張行程,均使油液從單一出口流出液壓整流橋（例如專利文獻(xiàn)CN2372177Y）。油液流出液壓整流橋后經(jīng)過液壓蓄能器進(jìn)行穩(wěn)壓,然后較穩(wěn)定的油液始終沿單一方向驅(qū)動液壓馬達(dá),馬達(dá)帶動發(fā)電機發(fā)電。從液壓馬達(dá)流出的油液再次經(jīng)過蓄能器穩(wěn)壓后流回液壓整流橋,最終回到液壓缸中,從而完成油液的循環(huán)。通過這樣一個過程可將外部振動能轉(zhuǎn)化為電能加以回收利用。

二、中國專利技術(shù)現(xiàn)狀

由于近年來，技術(shù)人員積極響應(yīng)節(jié)能減排政策，技術(shù)人員們開始試圖充分利用車輛用減振器工作過程中散失的能量，減振器饋能技術(shù)的發(fā)展在近年變化很大，尤其該技術(shù)的專利在2008 年以后一直高速增長。中國從1990 年才陸續(xù)開始針對饋能型減振器進(jìn)行專利申請，因為，國內(nèi)饋能型減振器的技術(shù)起步較晚，直到上個世紀(jì)90 年代才陸續(xù)有學(xué)者對其進(jìn)行研究，而且其研究成果多發(fā)表在相應(yīng)的學(xué)術(shù)期刊上。直到2008年，中國申請量開始直線增長，也正是這個時期，國外有些技術(shù)人員對饋能型減振器已取得一定的研究成果，故開始在中國進(jìn)行專利申請。因為饋能型減振器技術(shù)發(fā)展較晚，目前，主要是大學(xué)和一些科研院所在集中對其進(jìn)行研究，其也是目前專利申請的中堅力量。申請總量排名前三的申請人進(jìn)行如下：江蘇大學(xué)、浙江師范大學(xué)、武漢理工大學(xué)。由此可知，在國內(nèi)，目前饋能型減振技術(shù)還處于高校研發(fā)階段，實際可應(yīng)用的成果還比較有限。

三、國際專利技術(shù)現(xiàn)狀

國際上在上世紀(jì)70 年代初就開始進(jìn)行饋能型減振器的專利技術(shù)布局，開啟了饋能型減振器技術(shù)的萌芽期，此后一直處于一個停頓不前的狀態(tài)，直至上世紀(jì)90 年代初，人們開始對其進(jìn)行較為深入的研究而陸續(xù)進(jìn)行專利申請。在上世紀(jì)90 年代雖然饋能型減振器的研究成果已初見端倪，申請量也較為提升，但是那個時期，各國工業(yè)正在大力發(fā)展，對環(huán)境污染整頓力度不大，節(jié)能減排意識較為薄弱，因此饋能型減振器的發(fā)展仍舊處于一個緩慢發(fā)展的階段。

到21 世紀(jì)初，能源回收再利用的呼聲日漸高漲，因此越來越多的技術(shù)人員投入大量精力研究饋能型減振器技術(shù)，研究成果日趨成熟，專利申請量也開始直線增加；分析可知，該時期，有些申請人已經(jīng)開始重視專利技術(shù)的全球布局，陸續(xù)開始在中國進(jìn)行專利申請。從2008 年開始，不僅中國國內(nèi)申請量大幅提升，國際上的專利申請也同步增長。其中，2010-2013 年的專利申請已經(jīng)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，說明饋能型減振器專利技術(shù)已經(jīng)得到各國研究人員的強烈關(guān)注。

饋能型減振器技術(shù)近年來發(fā)展較為迅速，該技術(shù)的專利申請也日漸趨于全球國際化，不同國家的申請人針對目標(biāo)國家共同進(jìn)行科研和專利申請已經(jīng)相當(dāng)普遍。通過對比各國專利申請量的占比可知，國際上在美國的專利申請量為最多，占比為24%，其次WO 占比為15%，由此進(jìn)一步可知，饋能型減振器技術(shù)已取得關(guān)鍵成果，國際申請人開始對其進(jìn)行全球布局，占據(jù)先機。其中，國際申請人將中國作為申請國的申請量占比高達(dá)7%，由此可知，中國車輛市場始終得到國際申請人的重視，其已經(jīng)開始將饋能型減振該新興技術(shù)在中國進(jìn)行大量專利申請。此外，日本汽車工業(yè)一直處于較為領(lǐng)先的水平，其對于饋能減振該技術(shù)的研究成果也比較多，在國際上其專利申請量占比為13%，位列第三。

國際上專利申請量排名前五的申請人為：TOYOTA（JP）、HYUNDAI MOTOR CO LTD（KR）、DAIMLER（DE）、GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS INC（US）、KAYABA IND CO LTD（JP）。其中，除液壓領(lǐng)域先驅(qū)領(lǐng)導(dǎo)者KAYABA IND CO LTD 之外，目前饋能減振技術(shù)主要集中在著名汽車公司，而中國在此方面的研究成果還很有限。

四、重要申請人專利技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)申請人主要集中在發(fā)電型減振器進(jìn)行研究，其中只有朱洪綱該申請人在機械能轉(zhuǎn)換為其他能（制冷）方面有所研究，而其他大學(xué)皆對發(fā)電型減振器比較重視。其中，江蘇大學(xué)的專利技術(shù)涉及饋能型減振器的各個技術(shù)分支，研究最為全面，因此申請量也最多；而申請量排名在其后的其他大學(xué)申請人的研究方向較為集中，如浙江師范大學(xué)主要集中在壓電式；武漢理工大學(xué)集中在液電式；吉林大學(xué)集中在液電式和磁電式，并就其聯(lián)合作用進(jìn)行了相應(yīng)的研究并申請專利；而重慶大學(xué)的研究方向更為單一，只集中在磁電式該技術(shù)分支。

TOYOTA 在饋能減振方面研究的比較全面，其專利申請涉及饋能型減振器的各個技術(shù)分支，且從上世紀(jì)90 年代初就開始涉獵饋能型減振器的技術(shù)研究并進(jìn)行相應(yīng)的專利活動。此外，從TOYOTA 代表性專利所要取得的技術(shù)效果來看，除了充分利用利用無效振動能來產(chǎn)生電能以提高乘員舒適性外，還意在與阻尼力調(diào)節(jié)相結(jié)合以提高車輛行駛的綜合性能。TOYOTA代表性專利（申請?zhí)柋硎荆┯校篔P35956491A、JP21308490A、JP10759195A、JP2010545303A 等。

HYUNDAI MOTOR CO LTD 該公司于1995 年就磁電型減振器的各個雛形申請了專利（申請?zhí)朘R19950067730A），之后，HYUNDAI MOTOR CO LTD 根據(jù)其所申請的磁電型減振器的雛形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了專利申請，并另外申請了壓電型減振器的相關(guān)專利，其代表性專利為KR20030039692、KR20080077141。HYUNDAI MOTOR CO LTD 該公司代表性專利的發(fā)電式饋能型減振器的結(jié)構(gòu)相對于TOYOTA來說較為簡單，其所要取得的技術(shù)效果也比較單一，說明該公司目前的研究重心處于發(fā)電式饋能型減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計上。

相對TOYOTA 的全面發(fā)展來說，DAIMLER 公司在饋能型減振技術(shù)方面就顯得略微單一，就檢索到的專利而言，DAIMLER 公司在液電型減振器以及間接式磁電減振器方面申請的專利較為突出，其具有代表性的專利為DE10320053A、DE102009056874A、US19990298078A、DE102008063653A。從其要取得的技術(shù)效果方面來說，也是較為單一，主要集中在如何將車輛無效振動能轉(zhuǎn)換為電能以為車輛提供輔助電源方面，所以其減振器的結(jié)構(gòu)相對TOYOTA來說也是顯得略微簡單。

五、結(jié)語

本文就饋能型減振器的各個技術(shù)分支進(jìn)行了簡要介紹。以在CNABS 以及DWPI 中獲得的車輛用流體式饋能減振器的專利文獻(xiàn)為樣本，分析了國內(nèi)外車輛用流體式饋能減振器的專利申請趨勢，以及主要申請人等等。通過上述分析可知，饋能型減振器從上世紀(jì)70 年代才出現(xiàn)雛形，經(jīng)過緩慢發(fā)展，目前其專利申請活動尚處于活躍期。其中，在中國國內(nèi)，高校以及科研院所為饋能型減振器的科研中堅力量，而在國際上，以TOYOTA、HYUNDAI MOTOR CO LTD、DAIMLER 為代表的著名汽車生產(chǎn)商技術(shù)最為先進(jìn)，專利申請量也位居前列。在饋能型減振器眾多技術(shù)分支中，以磁電式減振器的研究最為熱門，其次為液電式、壓電式；此外，也有申請人正在進(jìn)行上述各種類型減振器的聯(lián)合使用并申請了相關(guān)專利。