CN100471748C - 交通工具座舱的悬置装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过额外空气量悬置交通工具座舱，特别是公共交通工具的公用座舱的装置和方法，包括用于悬置所述公共交通工具座舱(2)的至少一个气垫(8)，所述气垫设置在公共交通工具座舱(2)与底座(6)之间；还包括控制装置，用于控制气垫(8)内至少一额外量的空气的供给和排放，其特征在于，在气垫(8)弹性运动的预定速度或加速值下，可通过控制装置开启或关闭额外空气量的供应或排放，从而使得在气垫(8)的行程终端区域内，气垫(8)弹性扩张和/或回缩运动过程中的力/行程气垫特性曲线的形状(44-46；50-54；58，61-66)在第一和第二范围(37，38；47，48；55，56)内不会出现任何倾斜。

Description

交通工具座舱的悬置装置和方法
技术领域
本发明涉及一种通过额外空气量(additional volumes)将交通工具的座舱，特别是公用交通工具的座舱悬置的装置和方法，所述装置包括至少一个气垫和一个控制装置，所述气垫用于悬置所述公用交通工具的座舱，并安装在所述公用交通工具座舱与底座之间，所述控制装置控制气垫至少一额外量的空气的供应和排放。
背景技术
交通工具座舱的悬置装置能减小在不平坦的路面例如坑洼的路面上行驶时座舱的水平移动。在交通工具座位技术领域内，EP 1 188 608 A1公开了一种用于抑制交通工具座位弹跳的减震系统；在该系统中，除了机械活动连接装置外，在与交通工具连接的下部和座位之间还安装有气动卸载装置和液压传动装置。该气动卸载装置和液压传动装置均由控制装置根据座位误差信号进行控制，该信号通过诸如对座位水平位置的急动调整来发出。
该液压传动装置需要与交通工具特别是公共交通工具例如拖拉机的车载动力供给系统相连接。该连接意味着交通工具座位的主动减振操作取决于车载动力供给系统的功能，特别是该供给系统的参数；所以，减震系统的参数必须与车载动力供给系统的参数相匹配；因此，该系统必须适用于各个公用交通工具。而且，该悬置装置的设计简单，只要接收到与承受驾驶员重量的交通工具座位有关的位置误差信号，压缩机就会向液压传动装置供应空气；这样便可产生增加的空气容积以减小座位的振动。在调整座位的水平位置时，该悬置装置没有任何超出水平调节行程的相对较长区域的舒适区域；因此表示在带有相同回力的这一水平调节范围内的均衡悬置。
而且，具有线性力/行程(force/travel)气垫特性的气垫内的倾斜，随气垫的结构和采用的额外空气量的不同而不同。在该气垫的使用通过额外空气量来实现，该额外空气量保持恒定，并且与气垫的实际空气量的胀缩相关。
该空气量保持恒定是指，当气垫被设定为具有小倾斜度的力/行程气垫特性时，由于悬置装置内的摩擦力在整体上大于力/行程气垫特性内的回力，公用交通工具的座舱不可能向后晃动至力/行程气垫特性的中心位置。
另一方面，如果悬置装置的设计使回力变得更大—即气垫特性的倾斜被设得更大，则气垫的中心行程区域和行程终端区域便可达到相对较硬的阻尼。
此外，如果使用在气垫特性范围内具有小倾斜度的气垫(所谓舒适范围)，这就要求供应大量的额外空气量；在很不平坦的路面导致很大的扩张和缩回的情形下，这很可能会碰到在气垫行程终端区域的终点挡板；结果，交通工具的使用者就会感到座位的舒适感降低。在交通工具座舱使用气垫的情况下，舒适范围的设定通常需要考虑较好的运输值与因此产生的较高的舒适度。
气垫特性的该舒适范围必须由生产厂商设定，以使其能普遍适用于平坦度不同的不同道路和地面。特别是，由于拖拉机既在柏油路上，也在土路上，或者甚至在野外行驶，这就对优化拖拉机座舱的悬置装置或悬置系统提出了非常不同的要求；因此，在开始时设定的通用舒适范围，只是在不同路面上对交通工具座舱进行有效悬置的折衷值。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种交通工具座舱的悬置装置，增加使用者在舒适范围内使用交通工具座舱的舒适度，这由带有非常小的倾斜度或根本无倾斜的力/行程气垫特性曲线来表示，并且在行程终端区域内其位于舒适范围外。本发明的另一个目的是提供一种通过所述悬置装置悬置交通工具座舱的方法。
本发明的核心概念是提供一种交通工具座舱，特别是公共交通工具的座舱的悬置装置；所述悬置装置包括用于悬置公共交通工具座舱的至少一个气垫，所述气垫装在公共交通工具座舱与底座之间；还包括控制装置，用于控制气垫内至少一额外量的空气的供给和排放。当处于气垫弹簧运动的预定速度或加速值时，该控制装置会开启或关闭额外空气量的供应或排放；这样，在气垫的行程终端区域，气垫扩张和/或回缩运动过程中力/行程气垫特性曲线的形状，在第一范围(即向上弹性运动范围)和第二范围(即向下弹性运动范围)内，不会产生任何倾斜，或只产生小的倾斜。在该方法中，根据公共交通工具例如拖拉机在不平坦的地面上行驶时气垫的扩张速度，通过软件实现的控制装置对地面类型进行检测，针对不同地面类型调用预定的程序以供应和排放额外的空气量。特别是，当气垫以中速、高速和非常高的速度移动时，即当气垫的弹簧行程以中速、高速和非常高的速度改变时，且可能向弹簧行程的振幅值增加测量值时，额外空气量供应在行程终端区域接通，或保持在舒适范围内。在该方法中，气垫在扩张或回缩或这两种运动过程中，均不会产生任何的变化，正如力/行程特性曲线所显示的那样。
例如，当处于中速或中加速值时，在扩张弹力运动的过程中，可在第一和第二范围内供应和排放的、用于减振的额外空气量，在每种情形下，均小于在位于第一和第二范围之间的第三范围(即舒适范围)内供应和排放的空气量，或者该额外空气量被完全关闭。这样，在气垫扩张的过程中，行程终端区域的压力升高，使得弹簧的行程缩短。在回缩运动过程中，将额外空气量部分地或完全接入，这样，在力/行程气垫特性曲线内可获得水平运行区域。这使得气垫随补给的值为例如0.1-10L范围内的空气量回缩，并减少振动。
对于对应较大力并从而超出中速或中加速值的高速或高加速值，第一和第二范围内的额外空气量在扩张弹力运动和回缩运动过程中均可以接入；结果使得悬置系统整体上处于空档(neutral position)。因此，在第一和第二范围内，压力不会升高；这代表行程终端区域的情形，并在舒适范围之外，无论气垫是否受压力或张力的影响，即，无论交通工具的座舱是否向下或向上运动。气垫因此在没有任何反力的情形下，在第一和第二范围内扩张和回缩。因此振动被减小。
在对应相当大的力产生并大于上述两类值的非常高速或非常高加速值下，用于扩张运动的额外空气量在第一和第二范围内，在每种情形下，均大于在第三范围内供应的空气量，或者该额外空气量被完全关闭；并且，在回缩过程中，空气的供应会完全关闭，或者空气的供应量小于在第三范围内的供应量。因此，在气垫扩张运动过程中，在第一和第二范围内，压力不会升高；由于这一原因，气垫在没有任何相反力的情形下，作扩张和回缩运动。在运动方向的反向点上，即，在回缩动运动过程中，随着交通工具座舱的向上运动，能量或者压力会上升；随着交通工具座舱的向下运动，能量或压力下降。在这两种情形下，振动均会大幅减小。于是，产生较大的减震效果。
根据一个优选实施例，力/行程气垫特性曲线内的第三范围作为悬置装置的舒适范围，被设计为具有与小于中、高和非常高速度或加速值的进一步的速度或加速值相关的不同宽度，并且，还取决于弹性运动的预定振幅值。因此，可以通过测定的速度或加速值、检测到的移动距离或振幅值，来确定交通工具例如拖拉机正在行驶的地面的类型。由此，在控制装置内，根据这些值设定的模式得以运行，该模式定义了舒适范围的边界。例如，在柏油路上行驶时，测定的速度和移动距离较小，在该值范围内，“道路”模式被激活。由于足够精确的中央座舱位置在没有任何大的移动距离的情形下得以保证的，因此，该模式不提供任何舒适范围值。其他模式为“道路转换”模式和“较差路面/野外等”模式。“道路转换”模式是指从柏油路转向土路或从土路转向柏油路，因此，定义的舒适范围较窄。在“较差路面/野外等”模式中，考虑到有较大的作用力，设置了较宽的舒适范围，这意味着有相对较大的移动距离和相对较高的速度。
根据一个优选实施例，所述悬置装置具有至少一个气动方向控制阀，用于补充或排放额外空气量。
本发明进一步包括有调节装置，体重为预定值的使用者在开始运行交通工具时，该装置通过补充或排放气垫的空气，自动调整座舱的水平位置，将气垫调节至力/行程气垫特性曲线的第三范围内的中心位置处。所述调节装置包括有调节器开关，该开关被安装在交通工具座位的扶手区域内。
第三范围，即舒适范围，可以通过使用者操作装置以及控制装置，在力/行程气垫特性曲线内移动，以使座舱被调节至充分减振的第一和第二范围的预期水平。
另外，可设置有识别装置，用以识别交通工具座舱的使用者，特别是通过使用者的体重进行识别。
本发明还提供一种通过上述悬置装置悬置交通工具座舱的方法，所述方法包括当气垫在其弹性运动过程中超过预定速度或加速值时，通过控制装置改变、关闭或开启可供应或排放的额外空气量，以防止在在第一和第二范围内的弹性扩张和/或回缩运动期间，气垫的行程终端区域的力/行程气垫特性曲线的形状发生任何倾斜或下落；其中，所述方法进一步包括：在气垫弹性运动的非常高速度或非常高加速值下，控制在第一和第二范围内用于弹性扩张运动而供应和排放的减振额外空气量均大于位于第一和第二范围之间的力/行程气垫特性曲线的第三范围内供应和排放的空气量，或者将该减振额外空气量完全开启；并且，控制在第一和第二范围内用于回缩运动而供应和排放的减振额外空气量均小于在第三范围内的供应和排放的空气量，或者将该减振额外空气量完全关闭。
根据一个优选实施例，所述方法进一步包括：在中速或中加速值下，控制额外空气量的补给在弹性扩张运动过程中关闭，而在弹性回缩运动的过程中开启。
根据一个优选实施例，所述方法进一步包括：在高速或高加速值下，控制额外空气量的补给在弹性扩张运动的过程中被开启或保持开启状态，并在弹性回缩运动的过程中保持开启状态。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是具有气垫的公共交通工具的侧面示意图；
图2是根据本发明一个实施例在“道路”模式下悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图；
图3是在“道路转换”模式下悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图；
图4是“较差路面/野外等”模式下悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图；
图5是在中速弹性移动下悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图；
图6是在高速弹性移动下悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图；
图7是在非常高速弹性移动下悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图。
具体实施方式
图1所示为拖拉机的侧面示意图。拖拉机1包括公共交通工具座舱2和挡泥板3。
两个减振轴承4和5被安装在拖拉机1的公共交通工具座舱2和底座6之间的中间部位。两个气垫8也被安装在中间部位7；在该部位，气垫8的下端9将气垫与底座6连接，气垫8的上端10将气垫与公共交通工具座舱2连接。气垫可承受压力和张力。
减振轴承4和5以及气垫8的水平位置可以进行调节，当在坑洼上行驶时，它们在座舱和驾驶员的重量的压力下向下移动；在驶过坑洼后，则向上运动和/或振动。
图2所示为根据本发明在“道路”模式下悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图。横坐标表示100毫米上的水平调整行程。交通工具座舱的关于其高度的期望中心位置11如100毫米测量范围的中心所示。
气垫的向上运动，以及因此产生的座舱2的向上运动，见气垫特性曲线的第一范围12；气垫的向下运动，以及因此产生的座舱2的向下运动，见第二区域13。较浅的箭头代表弹性扩张运动，较暗的箭头代表弹性回缩运动。
在测定的小于0.114m/s的弹性移动速度下，控制装置自动切换至“道路”模式；该模式中，在弹性扩张和弹性回缩运动过程中，均能获得具有普通倾斜度且没有舒适范围的气垫特性曲线。由于座位处于稳定的中心位置，因此不需要舒适范围；这可能是因为柏油路的不平坦度较小。
当座舱和气垫向上运动时，作用力会减小，见箭头14所示。在回缩运动的过程中，作用力会增加，以回至中心位置，见箭头15所示。
当座舱和气垫向下运动时，作用力会增加，见箭头16所示；在弹性回缩运动过程中，由于作用力减小，该情形会再次消失，见箭头17所示。
图3是在“道路转换”模式下悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图。在此情形中，公共交通工具从柏油路转向不平坦的道路，例如土路，或者从不平坦的道路转向柏油路。
箭头23、24和25、26表示在第一范围18和第二范围19中，气垫的运动和回缩。另外，由特性区域21和22组成的第三范围20设置为中心位置区域11内的狭窄的舒适范围，这可通过补充额外的例如1.35L空气量而获得。
在表示下降范围的第一范围18内，压力在运动过程中下降(参照标号23)，使得返回至舒适范围20。在表示上升范围的第二范围19内，压力在运动过程25中上升，导致向舒适范围20的回缩26。
图4所示为在“较差路面/野外等”模式下悬置装置的力/行程气垫特性曲线示意图。第一和第二范围27、28内所示的弹性移动和回缩运动33、34和35、36，沿气垫特性曲线内的惯常倾斜度运动。
第三范围29内显示出了由特性区域30和31组成的较宽的舒适范围；由于行驶的路面不平坦，该舒适范围被设计得相对较宽，以最大限度地获得舒适感。弹性移动速度大于0.114m/s以及小于0.228m/s时，这一模式被激活。标号32所示为水平调节行程区域，在该区域内，交通工具的座舱在舒适范围29内上升和下降，具有较高的舒适度。
在表示下降范围的第一范围27内，压力的下降导致向舒适范围的回缩；而在表示上升范围的第二范围28内，压力的上升导致向舒适范围的回缩。
以下是按照图2到4所示的各个模式对道路状况之间的差异进行的自动检测：
开始时，当新的驾驶员进入交通工具座舱时，会对驾驶员以及可能装载的其他物体进行重量调节。这一调节自动进行，在调节过程中，悬置装置被设定至在之前使用交通工具已事先确定的最优中心位置。如果交通工具的座舱暂时空置，例如，空置的时间少于8秒，便不会检测到此客舱的空置。因此，不会进行再次调节。对于诸如连接拖车等引起的较长时间的中断，如果在中断后，交通工具的驾驶员和座舱内的物体的重量没有发生改变，则不会进行再次调节。
另外，如果没有发生大幅的弹性移动，则可进行交通工具座舱的初始水平调节。
一旦重量已被设定，且已进行了水平调节，则在开始行驶时，悬置装置会自动设至“道路转换”模式。根据道路状况和因此向悬置装置和/或弹簧移动施加的力的大小，控制装置会依据测定的弹性移动速度或加速度值，选择“道路”或“较差地面/野外等”模式。如果不存在与“较差路面/野外等”模式有关的值，则“道路”模式会被优先选择。
从“较差路面/野外等”模式向“道路”模式转换时，要经过为期大约10秒钟的“道路转换”模式。在离开柏油道路时，根据弹性移动的检测值和弹性移动的速度，悬置装置的调节参数会立即被设至“较差路面/野外等”模式。
图5所示为在中速弹性移动下悬置装置的力/行程气垫特性曲线示意图。表示舒适范围的第三范围39的宽度对应于图4中所示的舒适范围的宽度。这一点也可以从特性区域40看出来。
在第一范围37中，如果发生标号41所示的向上弹性运动，首先会关闭额外空气量的补充；这样，此处所示的前进范围内的压力上升，导致缩短弹簧行程。在从箭头41向箭头42、43转移的弹性回缩运动过程中，空气的补充会被开启；在弹性移动运动41期间的前一次减速后，如标号42所示，力会增加至水平运行特性区域40的水平。然后，通过补充额外空气量，气垫返回舒适范围，特性曲线中的没有任何的倾斜(如标号43)。
在第二范围38内，在向下弹性运动的过程中，可通过先关闭空气补给而实现制动(如标号44)。在向弹性回缩运动45、46转换时，将空气补给打开；力下降至水平运动特性区域40的水平，然后，回缩特性持续而不会有任何倾斜，如标号46所示。在这两种情形下，振动均被减小。
图6所示为在例如大于0.3185m/s并小于0.353m/s的高弹性变形速度下，悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图。如果在这一速度范围内进行弹性向上或向下运动，在气垫特性曲线的第一和第二范围47、48内，空气补给已经在弹性变形开始时(即当超过舒适范围49的边界时)被开启。结果，在弹性扩张和回缩过程中，可以获得继续特性部分50水平运行而没有任何倾斜的特性曲线51、52和53、54。
该第一和第二范围相对于整个特性曲线形状是中立的(neutral)；在处于该范围时，在弹性运动过程中，压力不会上升，并且悬置装置在没有任何相反力的情形下，向外、向内或向后运动。振动被进一步减小。
图7所示为在弹性变形速度超过0.353m/s时悬置装置的力/行程气垫特性曲线的示意图。如图7所示，处于第一范围55及第二范围56时，在转移出第三范围或舒适范围57时，额外空气补给已被再次开启。结果，特性58继续在舒适范围内水平运动，如特性区域61和64所示。
在弹性扩张运动向弹性回缩运动的反向点上，即在两个箭头61、64的尖头区域，空气补给被关闭，结果，力上升或下降，同时覆盖标号62、65所示的区域。然后，力大幅下降或上升，如标号63、66所示。因此，弹性运动过程中不会产生压力的上升，结果，气垫在没有任何相反力的情形下，移出第一范围55，并移入第二范围。从气垫运动方向的反向点，在第一范围发生能量的上升，而在第二范围则发生能量的下降。在这两种情形下，振动均大幅减小，由此产生高度的减震效果。
本申请文件中所公开的所有特征均为本发明的必要特征，且无论单独或与现有技术结合均具有新颖性。
标号清单
1  拖拉机
2  交通工具座舱
3  挡泥板
4  第一减振轴承
5  第二减振轴承
6  底座
7  中间部位
8  气垫
9  气垫的下端
10 气垫的上端
11 预期中心位置
12，18，27，37，47，55 气垫特性曲线的第一范围
13，19，28，38，48，56 气垫特性曲线的第二范围
14，23，33，41，51，61 向上扩张弹性运动
15，24，34，42，43，52，62，63 与所述向上扩张弹性运动相关的回缩运动
16，25，35，44，53，64 向下扩张弹性运动
17，26，36，45，46，54，65，66 与所述向下扩张弹性运动相关的回缩运动
20，29，39，49，57 气垫特性曲线的第三范围
21，22，30，31，40，50，58 在第三范围内的特性区域
32 在舒适范围内的弹性运动

Claims (9)

1、一种用于交通工具座舱(2)的悬置装置，包括用于悬置所述交通工具座舱(2)的至少一个气垫(8)，所述气垫设置在交通工具座舱(2)与底座(6)之间；还包括控制装置，用于控制气垫(8)内至少一额外量的空气的供给和排放，所述控制装置在气垫(8)弹性运动的预定速度或加速值下，通过开启或关闭额外空气量的供应或排放，从而使得在气垫(8)的行程终端区域内，气垫(8)弹性扩张和/或回缩运动过程中的力/行程气垫特性曲线的形状(40-46；50-54；58，61-66)在向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(37，38；47，48；55，56)内不会出现任何倾斜；其特征在于，在气垫弹性运动的非常高速度或非常高加速值下，所述控制装置控制在向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(55、56)内用于弹性扩张运动而供应和排放的减振额外空气量均大于位于所述向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(55、56)之间的力/行程气垫特性曲线的舒适范围(57)内供应和排放的空气量，或者将所述减振额外空气量完全开启；并且，所述控制装置控制在向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(55、56)内用于回缩运动而供应和排放的减振额外空气量均小于在舒适范围(57)内的供应和排放的空气量，或者将所述减振额外空气量完全关闭。
2、根据权利要求1所述的悬置装置，其特征在于，所述控制装置还在气垫弹性运动的中速或中加速值下，控制在向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(37、38)内用于弹性扩张运动而供应和排放的减振额外空气量均小于在位于向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(37、38)之间的力/行程气垫特性曲线(40-46)的舒适范围(39)内供应和排放的空气量，或者将所述减振额外空气量完全关闭，并且控制在向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(37、38)内用于回缩运动而供应和排放的减振额外空气量均大于在舒适范围(39)供应和排放的空气量，或者将所述减振额外空气量完全开启。
3、根据权利要求1所述的悬置装置，其特征在于，所述控制装置还在高速或高加速值下，控制在力/行程气垫特性曲线(50-54)的向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(47、48)内供应和排放的减振额外空气量被完全打开，以用于弹性扩张运动和回缩运动。
4、根据权利要求1至3任一项所述的悬置装置，其特征在于，力/行程气垫特性曲线(40-46；50-54；58，61-66)内的舒适范围(39，49，57)，根据低于中、高和非常高速度或加速值的随后的速度或加速值以及弹性运动的预定振幅值，设计为具有可变的宽度。
5、根据权利要求1所述的悬置装置，其特征在于，还包括调节装置，在具有预定重量的用户开始使用时通过供应或排放气垫(8)的空气量来自动调节交通工具座舱的水平位置，从而将气垫(8)调至力/行程气垫特性曲线(40-46；50-54；58，61-66)的舒适范围(39；49；57)内的中心位置(11)。
6、根据权利要求5所述的悬置装置，其特征在于，所述调节装置包括调节器开关，设置在交通工具座位的扶手区域。
7、一种悬置交通工具座舱的方法，其中的悬置装置包括用于悬置所述交通工具座舱(2)的至少一个气垫(8)，所述气垫设置在交通工具座舱(2)与底座(6)之间；还包括控制装置，用于控制气垫(8)内至少一额外量的空气的供给和排放；所述方法包括当气垫(8)在其弹性运动过程中超过预定速度或加速值时，通过控制装置改变、关闭或开启可供应或排放的额外空气量，以防止在向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(37，38；47，48；55，56)内的弹性扩张和/或回缩运动期间，气垫的行程终端区域的力/行程气垫特性曲线的形状发生任何倾斜或下落；其特征在于，所述方法进一步包括：
在气垫弹性运动的非常高速度或非常高加速值下，控制在向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(55、56)内用于弹性扩张运动而供应和排放的减振额外空气量均大于位于向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(55、56)之间的力/行程气垫特性曲线的舒适范围(57)内供应和排放的空气量，或者将所述减振额外空气量完全开启；并且，控制在向上弹性运动范围和向下弹性运动范围(55、56)内用于回缩运动而供应和排放的减振额外空气量均小于在舒适范围(57)内的供应和排放的空气量，或者将所述减振额外空气量完全关闭。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在气垫弹性运动的中速或中加速值下，控制额外空气量的补给在弹性扩张运动过程中关闭，而在弹性回缩运动的过程中开启。
9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在气垫弹性运动的高速或高加速值下，控制额外空气量的补给在弹性扩张运动的过程中被开启或保持开启状态，并在弹性回缩运动的过程中保持开启状态。
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