[0001] 本发明涉及车门技术领域，具体是一种基于磁流变液体的车门无级悬停系统、车辆及方法。

[0002] 传统车门悬停的设计主要是为了在车门打开至一定角度后，能够稳定地悬停在某个位置，而不会由于重力或其他外力而自动关闭。这种设计，有几个预设的悬停位置，被称为“三级悬停”。在此基础上，研究者进一步提出了可无级限位任意悬停的车门系统，实现辅助开关门的同时可实现无级悬停的效果。例如，使用机械抱闸器与驱动机构连接，通过摩擦阻力来实现车门的悬停。当驱动机构停止工作时，机械抱闸器提供的摩擦阻力能够阻碍传动杆的运动，使车门保持在预设角度实现悬停。另一种方案是通过电驱动器控制车门的运动，并在接收到悬停指令时使电机减速，然后通过电磁制动器为车门提供一个悬停保持力。这些技术结构复杂，且都是通过摩擦力提供保持车门悬停的力。随着使用次数的增加，摩擦面会变得光滑，可能无法提供足够的力，导致悬停效果的减弱。

[0041] 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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0042] 请参阅图1至图3，本实施例提供一种基于磁流变液体的车门无级悬停系统，包括：外壳1、活塞杆2、线圈3、信号采集模块4和电流控制模块5，还可以包括连接件6。

[0043] 本实施例中，外壳1、连接件6、活塞杆2三者沿延伸方向均可呈弧形，与车门在车身上的转动角度相对应。外壳1、连接件6、活塞杆2三者的横截面均可呈圆形。当然，在其他实施例中，也可以将三者沿延伸方向设为直线型，类似于直线气缸/液压缸，可通过一些传动装置(例如多连杆)利用车门的转动驱使为活塞杆2做直线运动。

[0044] 其中，外壳1的一端开设有和自身内部的空腔12相连通的开口11，另一端为封闭端，空腔12中填充有磁流变液体。

[0045] 磁流变液体属于流动性可控的新型流体，在外部在无磁场作用时，磁性颗粒悬浮于基液中呈随机分布，表现为线黏性牛顿流体，这个时候与普通液压悬挂没有区别。在外部施加磁场作用下，可在短时间内(10ms)由低粘度的牛顿流体变为粘度较高的半固体，外界称其为磁流变效应。磁流变液体可从液态到类固态，实现毫秒级的连续可逆变换，随着磁场强度的增加，其粘度也随之增加。

[0046] 活塞杆2的一端由开口11伸入所述空腔12并与磁流变液体充分接触，活塞杆2伸入所述空腔12的一段为伸入段。本实施例中，外壳1固定安装于车体，活塞杆2固定安装于车门，当然在其他实施例中，外壳1和活塞杆2的安装载体也可以相反。活塞杆2和外壳1能随车门的转动而彼此产生相对滑动，开口11处还设有用于防止磁流变液体外泄的密封件。

[0047] 需要说明的是，空腔12内除了填充有磁流变液体，还填充有一定的空气。磁流变液体在空腔12中的填充量，可以根据活塞杆2的伸入段完全伸入空腔12内的所占体积而定，当伸入段完全进入空腔12时，磁流变液体需要尽量将活塞杆2淹没，如图3所示(图3中A表示磁流变液体和空气的分界线)，这样可以确保在为磁流变液体提供磁场时，为活塞杆2提供充足的阻尼力，同时确保活塞杆2在空腔12中活动过程中不会将磁流变液体排挤出空腔12。

[0048] 连接件6呈管状结构且一端插接在开口11内。连接件6外壁的横截面和外壳1内壁的横截面投影相互吻合，且二者相对固定。本实施例中，连接件6外壁的中部一体连接有第二圆盘62，第二圆盘62的端面和外壳1的端面可以通过多根螺钉8固定连接，螺钉8与第二圆盘62之间可设置垫片，用于确保螺纹配合的紧固程度。

[0049] 连接件6和外壳1之间设置有一个第一密封圈71以实现单向密封，防止磁流变液体从连接件6和外壳1的配合缝隙泄漏，当然在其他实施例中，连接件6也可以和外壳1为一体式结构，这样能进一步确保密封的可靠性。连接件6内壁的横截面和活塞杆2的横截面投影相互吻合，且二者滑动式接触；连接件6内壁沿滑动的方向间隔设置有三个固定的第二密封圈72以实现双向密封，从而确保在活塞杆2从空腔12向外推出时防止磁流变液体的泄漏，同时在活塞杆2向空腔12内推进时防止外部的污染物进入空腔12。

[0050] 伸入段的圆周外缘与外壳1的圆周内壁之间存在用于供磁流变液体流动的间隙，这样不影响伸入段在空腔12中运动时磁流变液体的流动交换。所述伸入段的末端一体连接有第一圆盘21；第一圆盘21的圆周外缘投影面积大于所述伸入段的圆周外缘投影面积。如图4所示，在一些实施例中，也可以将第一圆盘21设置为其他形状，第一圆盘21的数量也可以设置为多个，多个第一圆盘21在伸入段的端部沿延伸方向间隔分布，形成类似于绝缘子的结构，这样均可以增大活塞杆2磁流变液体的接触面积即可(例如锚状)；第一圆盘21沿圆周方向可以开设有六处指向所述间隙的导流孔210。通过设置第一圆盘21，磁流变液体可以停留在第一圆盘21正反面附近，第一圆盘21相较于活塞杆2的端面增大了受力面积，当磁流变液体受磁场作用产生磁流变效应时，可以提高活塞杆2整体所受到的阻尼力，同时导流孔210可以在未施加磁场时方便磁流变液体流动。

[0051] 需要说明的是，图1和图2中的活塞杆2仅为示意，在实际应用时，活塞杆2的伸入段可以设置为相对较细的杆体(如图3和图4所示)，比如将活塞杆2和空腔12的横截面比设置为1:5，因为设置的锚状第一圆盘21是被阻尼力作用的主要来源，只要能保障活塞杆2自身的结构强度满足要求即可。这样在推进空腔12内时不会因压缩腔内空气而带来较大阻力。在一些实施例中，在系统的各部件装配好之后，也可以采用抽真空的方式令使空腔12内的气压略低于大气压强，这样也可以避免活塞杆2推进空腔12的过程中受到明显阻力，从而确保车门顺利进行正常开合。

[0052] 线圈3缠绕于外壳1的外部并用于在通电时为空腔12中的磁流变液体提供磁场。线圈3可以和车身的电路系统通过导线连接，当导线通电时，线圈3的周围会产生磁场，磁场强度和输入电流大小、线圈3圈数相关，在线圈3的圈数固定的条件下，输入电流越大，磁场强度则越大。同时，活塞杆2作为铁芯可以增强磁场强度。

[0053] 请参阅图5，信号采集模块4用于实时采集用于反映车门状态的响应信号。本实施例中，信号采集模块4可包括压力采集单元41和角度采集单元42。

[0054] 压力采集单元41安装在车门的把手上，并用于采集反映把手受力F1的第一信号。

[0055] 请参阅图6，压力采集单元41可以包括至少两个压力传感器，分别放置于车门把手的内外两侧的合适位置。通常用户在握持把手开启车门时(把手被拉动)，内侧的压力传感器411会受到按压，产生电信号；而用户在关闭车门时(把手被推动)，外侧的压力传感器412会受到按压，产生电信号。而无论是哪个压力传感器产生的电信号，都可以作为压力采集单元41采集第一信号的依据，因为该信号的作用仅在于评判用户是否在握持车门把手。

[0056] 角度采集单元42用于采集反映车门的开合角度C1的第二信号。角度采集单元42可以采用光电传感器或霍尔传感器，安装在车门的转轴附近，能够监测到车门的开合角度。本领域技术人员可以根据公知技术常识自行布置，在此不再赘述。在一些实施例中，还可以直接从车辆出厂自带的车门角度监测单元获取开合角度C1。

[0057] 压力采集单元41和角度采集单元42可以向电流控制模块5周期性报告状态(每400ms报告一次)

[0058] 电流控制模块5用于根据所述响应信号并按照预设的控制策略调节线圈3的输入电流大小，从而调节空腔12中磁流变液体对活塞杆2产生的阻尼力大小以实现车门的可旋转或无级悬停。

[0059] 电流控制模块5为一种电子设备，包括电流放大器、存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序。

[0060] 所述控制策略如下：

[0061] 判断车门的开合角度C1是否处于一个预设的初始角度值C0。

[0062] 非工作状态：当车门的开合角度C1处于一个预设的初始角度值C0时，判定车门完全关闭，电流控制模块5处于低功耗待机状态，不执行任何控制操作。

[0063] 工作状态：若车门的开合角度C1没有处于一个预设的初始角度值C0，则判定车门开启，电流控制模块5被激活，进入工作状态，并开始分析F1和C1的变化情况，分别作出以下决策：

[0064] ①可旋转模式：当车门把手处于操作状态(如被拉动或推动)，表明用户希望改变车门的开合状态，此时判断F1≥F0是否成立，若成立则电流控制模块启动可旋转模式，将线圈3的输入电流调节为0；其中，F0为预设的受力上限。此时，磁流变液体为低粘度状态，对活塞杆2的阻尼力极小，可忽略不计，车门能够轻易打开或关闭。

[0065] ②悬停模式：当车门需要保持在某个特定位置(如半开状态)，用户想要悬停车门时，松开车门把手，此时判断是否满足F1＜F0且C1在一个预设的时间阈值t内保持不变，若满足则启动悬停模式，将线圈3的输入电流调节至预设的第一电流阈值I1，使线圈3内部产生较强的磁场，在磁场作用下，磁流变液中的铁磁性颗粒迅速排列成链状或柱状结构，导致流体粘度急剧增加。此时，磁流变液体从低粘度的牛顿流体转变为高粘度的半固体状态。高粘度的磁流变液体对活塞杆2产生极大的阻尼力，阻碍车门转动，车门进入悬停状态，车门转动需克服磁流变液体对活塞杆2的阻尼力。当车门达到所需位置并保持悬停时，电路控制模块5维持线圈3中的电流强度不变，以确保磁流变液体保持其高粘度状态并持续对活塞杆2施加阻尼力。

[0066] 这种阻尼力的大小可以通过调节磁场强度和磁流变液体的组成成分来控制，从而实现车门在任意位置的精确悬停。

[0067] 在所述悬停模式下，电流控制模块5持续监测车门旋转角度和把手受力，若监测到车门位置发生微小变化，即C1的变化值超过一个预设的角度变化上限，而同时F1保持不变，则使用电流放大器增大线圈3的输入电流，将线圈3的输入电流调节至预设的第二电流阈值I2；其中，0＜I1＜I2。从而进一步增强阻尼力，提高车门对重力、风力或其他外力的抗干扰能力。

[0068] 本实施例还提供一种车辆，该车辆包括车身、车门以及上述的车门无级悬停系统。

[0069] 请参阅图7，本实施例还提供一种基于磁流变液体的车门无级悬停方法，其应用于上述的车门无级悬停系统，该方法包括以下步骤S1～S2。

[0070] S1.实时采集用于反映车门状态的响应信号，所述响应信号包括反映把手受力F1的第一信号和反映车门的开合角度C1的第二信号。

[0071] S2.判断车门的开合角度C1是否处于一个预设的初始角度值C0，若是则判定车门关闭，电流控制模块5处于非工作状态，不执行任何控制操作；若否则判定车门开启，电流控制模块5进入工作状态，并分析F1和C1的变化情况，分别作出以下决策：

[0072] 当F1≥F0时，启动可旋转模式，将线圈3的输入电流调节为0；其中，F0为预设的受力上限；

[0073] 当F1＜F0且C1在一个预设的时间阈值t内保持不变时，启动悬停模式，将线圈3的输入电流调节至预设的第一电流阈值I1；

[0074] 在所述悬停模式下，若C1的变化值超过一个预设的角度变化上限，同时F1保持不变，则将线圈3的输入电流调节至预设的第二电流阈值I2；其中，0＜I1＜I2。

[0075] 车门无级悬停方法与上述控制策略的原理相同，在此不再赘述。

[0076] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。