车辆用流体式馈能型减振器专利发展综述

贺燕萍

（国家知识产权局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215000）

引言

减振器是一种衰减振动的重要器具，已被广泛应用于各个工业领域，如航空航天、精密仪器、车辆。其中，减振器作为车辆悬架上最重要的部件之一，主要是用于衰减路面不平引起的车辆振动；而传统的减振器，主要是通过不可逆的阻尼作用吸收振动能量起到缓冲作用，却将吸收的振动能量转变为热能等无用的能量散失浪费掉。

虽然对于单个车辆来说，上述散失的能量并不大，但是在如今全球车辆数量攀升的趋势下，该部分能量集中起来数量还是很巨大的。而且，技术人员对减振器进行了大量研究，期望能在满足车辆减振性能的前提下，将振动能量进行回收利用，为此，馈能型减振器就应运而生了。馈能型减振器，主要是通过将振动能量最终转换成其他能量储存和利用起来，比如电能、压缩能、液压能等。

本文在所检索到的关于馈能型减振器的专利文献基础上，主要从能量转换方式以及控制方法等方面对其目前的研究内容进行技术分解。根据能量转换方式的不同主要可分为振动能转换为电能、振动能转化为其他能、以及相应的控制方法等三个一级技术分支；而具体到振动能转换为电能该一级分支又可进一步根据其转换方法分为压电式、磁电式、液电式以上述三者的联合使用方式。

一、发电式馈能型减振器简介

通过对所检索到的馈能型减振器专利文献进行分析总结可知，技术人员们主要集中对振动能转换为电能的馈能型减振器进行了大量研究，故本节以下内容主要是对振动能转换为电能的馈能型减振器进行简介。

（一）压电式减振器

压电式减振器，是指在减振器上采用压电材料，利用其压电效应将振动能转换为电能加以储存和利用（例如专利文献CN2745781Y）。其中，压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态。

（二）磁电式减振器

磁电式减振器主要是利用电磁感应原理由振动驱动馈能电机发电来完成振动能到电能的转换（例如专利文献CN103032503A）。磁电式减振器一般采用的流体为磁流变液，也可采用电流变液。此外，通过对已公开的专利文献进行分析总结可知，通常磁电式减振器根据其机械传动形式大致可分为直接式与间接式，直接式是指直接利用往复直线运动将振动能转换为电能的馈能型减振器，间接式是指首先将往复直线运动转换为旋转式运动进而将振动能转换为电能。

（三）液电式减振器

液电式减振器其工作原理是液压缸内活塞在外部激励下作往复运动时,液压缸内部的油液流出,首先通过液压整流桥,液压整流桥的作用是使减振器无论处于压缩行程还是伸张行程,均使油液从单一出口流出液压整流桥（例如专利文献CN2372177Y）。油液流出液压整流桥后经过液压蓄能器进行稳压,然后较稳定的油液始终沿单一方向驱动液压马达,马达带动发电机发电。从液压马达流出的油液再次经过蓄能器稳压后流回液压整流桥,最终回到液压缸中,从而完成油液的循环。通过这样一个过程可将外部振动能转化为电能加以回收利用。

二、中国专利技术现状

由于近年来，技术人员积极响应节能减排政策，技术人员们开始试图充分利用车辆用减振器工作过程中散失的能量，减振器馈能技术的发展在近年变化很大，尤其该技术的专利在2008 年以后一直高速增长。中国从1990 年才陆续开始针对馈能型减振器进行专利申请，因为，国内馈能型减振器的技术起步较晚，直到上个世纪90 年代才陆续有学者对其进行研究，而且其研究成果多发表在相应的学术期刊上。直到2008年，中国申请量开始直线增长，也正是这个时期，国外有些技术人员对馈能型减振器已取得一定的研究成果，故开始在中国进行专利申请。因为馈能型减振器技术发展较晚，目前，主要是大学和一些科研院所在集中对其进行研究，其也是目前专利申请的中坚力量。申请总量排名前三的申请人进行如下：江苏大学、浙江师范大学、武汉理工大学。由此可知，在国内，目前馈能型减振技术还处于高校研发阶段，实际可应用的成果还比较有限。

三、国际专利技术现状

国际上在上世纪70 年代初就开始进行馈能型减振器的专利技术布局，开启了馈能型减振器技术的萌芽期，此后一直处于一个停顿不前的状态，直至上世纪90 年代初，人们开始对其进行较为深入的研究而陆续进行专利申请。在上世纪90 年代虽然馈能型减振器的研究成果已初见端倪，申请量也较为提升，但是那个时期，各国工业正在大力发展，对环境污染整顿力度不大，节能减排意识较为薄弱，因此馈能型减振器的发展仍旧处于一个缓慢发展的阶段。

到21 世纪初，能源回收再利用的呼声日渐高涨，因此越来越多的技术人员投入大量精力研究馈能型减振器技术，研究成果日趋成熟，专利申请量也开始直线增加；分析可知，该时期，有些申请人已经开始重视专利技术的全球布局，陆续开始在中国进行专利申请。从2008 年开始，不仅中国国内申请量大幅提升，国际上的专利申请也同步增长。其中，2010-2013 年的专利申请已经呈现爆发式增长，说明馈能型减振器专利技术已经得到各国研究人员的强烈关注。

馈能型减振器技术近年来发展较为迅速，该技术的专利申请也日渐趋于全球国际化，不同国家的申请人针对目标国家共同进行科研和专利申请已经相当普遍。通过对比各国专利申请量的占比可知，国际上在美国的专利申请量为最多，占比为24%，其次WO 占比为15%，由此进一步可知，馈能型减振器技术已取得关键成果，国际申请人开始对其进行全球布局，占据先机。其中，国际申请人将中国作为申请国的申请量占比高达7%，由此可知，中国车辆市场始终得到国际申请人的重视，其已经开始将馈能型减振该新兴技术在中国进行大量专利申请。此外，日本汽车工业一直处于较为领先的水平，其对于馈能减振该技术的研究成果也比较多，在国际上其专利申请量占比为13%，位列第三。

国际上专利申请量排名前五的申请人为：TOYOTA（JP）、HYUNDAI MOTOR CO LTD（KR）、DAIMLER（DE）、GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS INC（US）、KAYABA IND CO LTD（JP）。其中，除液压领域先驱领导者KAYABA IND CO LTD 之外，目前馈能减振技术主要集中在著名汽车公司，而中国在此方面的研究成果还很有限。

四、重要申请人专利技术现状

目前，国内申请人主要集中在发电型减振器进行研究，其中只有朱洪纲该申请人在机械能转换为其他能（制冷）方面有所研究，而其他大学皆对发电型减振器比较重视。其中，江苏大学的专利技术涉及馈能型减振器的各个技术分支，研究最为全面，因此申请量也最多；而申请量排名在其后的其他大学申请人的研究方向较为集中，如浙江师范大学主要集中在压电式；武汉理工大学集中在液电式；吉林大学集中在液电式和磁电式，并就其联合作用进行了相应的研究并申请专利；而重庆大学的研究方向更为单一，只集中在磁电式该技术分支。

TOYOTA 在馈能减振方面研究的比较全面，其专利申请涉及馈能型减振器的各个技术分支，且从上世纪90 年代初就开始涉猎馈能型减振器的技术研究并进行相应的专利活动。此外，从TOYOTA 代表性专利所要取得的技术效果来看，除了充分利用利用无效振动能来产生电能以提高乘员舒适性外，还意在与阻尼力调节相结合以提高车辆行驶的综合性能。TOYOTA代表性专利（申请号表示）有：JP35956491A、JP21308490A、JP10759195A、JP2010545303A 等。

HYUNDAI MOTOR CO LTD 该公司于1995 年就磁电型减振器的各个雏形申请了专利（申请号KR19950067730A），之后，HYUNDAI MOTOR CO LTD 根据其所申请的磁电型减振器的雏形结构进行了专利申请，并另外申请了压电型减振器的相关专利，其代表性专利为KR20030039692、KR20080077141。HYUNDAI MOTOR CO LTD 该公司代表性专利的发电式馈能型减振器的结构相对于TOYOTA来说较为简单，其所要取得的技术效果也比较单一，说明该公司目前的研究重心处于发电式馈能型减振器的结构设计上。

相对TOYOTA 的全面发展来说，DAIMLER 公司在馈能型减振技术方面就显得略微单一，就检索到的专利而言，DAIMLER 公司在液电型减振器以及间接式磁电减振器方面申请的专利较为突出，其具有代表性的专利为DE10320053A、DE102009056874A、US19990298078A、DE102008063653A。从其要取得的技术效果方面来说，也是较为单一，主要集中在如何将车辆无效振动能转换为电能以为车辆提供辅助电源方面，所以其减振器的结构相对TOYOTA来说也是显得略微简单。

五、结语

本文就馈能型减振器的各个技术分支进行了简要介绍。以在CNABS 以及DWPI 中获得的车辆用流体式馈能减振器的专利文献为样本，分析了国内外车辆用流体式馈能减振器的专利申请趋势，以及主要申请人等等。通过上述分析可知，馈能型减振器从上世纪70 年代才出现雏形，经过缓慢发展，目前其专利申请活动尚处于活跃期。其中，在中国国内，高校以及科研院所为馈能型减振器的科研中坚力量，而在国际上，以TOYOTA、HYUNDAI MOTOR CO LTD、DAIMLER 为代表的著名汽车生产商技术最为先进，专利申请量也位居前列。在馈能型减振器众多技术分支中，以磁电式减振器的研究最为热门，其次为液电式、压电式；此外，也有申请人正在进行上述各种类型减振器的联合使用并申请了相关专利。