CN101417624B - 包括弹簧减震座椅和弹簧减震驾驶室的车辆和悬挂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及弹簧减震的车辆驾驶室中包括弹簧减震车辆座椅的车辆，所述车辆座椅通过在车辆的高度和/或车辆的长度和/或车辆的宽度方向上的至少一个第一弹簧部件和/或一个第一阻尼部件实现相对于车辆驾驶室弹簧减震，并且所述车辆驾驶室通过在车辆的高度和/或车辆的长度和/或车辆的宽度方向上的至少一个第二弹簧部件和/或一个第二阻尼部件实现相对于车架的弹簧减震，还包括一个控制装置，所述控制装置在车架的偏移的第一测量加速度值的作用下，引起用于调节第一弹簧部件和/或阻尼部件的偏移的第一施力，和用于调节第二弹簧部件和/或阻尼部件的偏移的第二施力，所述第一施力和第二施力相互依赖。本发明还涉及上述车辆的悬挂方法。

Description

包括弹簧减震座椅和弹簧减震驾驶室的车辆和悬挂方法
技术领域
本发明涉及包括弹簧减震(spring-mounted)车辆座椅和弹簧减震车辆驾驶室的车辆，其中所述车辆座椅通过与车辆驾驶室相对的至少一个第一弹簧部件和/或一个第一阻尼部件实现弹簧减震的，并且所述车辆驾驶室通过与所述车架相对的至少一个第二弹簧部件和/或一个第二阻尼部件实现弹簧减震的，本发明还涉及一种车辆座椅和车辆驾驶室的悬挂方法(suspension method).
背景技术
包括弹簧减震座椅的车辆是众所周知的，其用于防止车辆座椅的高度偏移(height excursion)，特别是在不平坦的路面(如坑洼)行驶时。EP 1188 608A1公开了一种实现弹簧减震车辆座椅的阻尼系统，其中在座椅部件和与车辆相连的下端部件之间除了设置有机械活动连接装置外，还设置有气动卸载装置(pneumatic load reliefdevice)和液压制动器(hydraulic actuator)。所述气动卸载装置和液压制动器通过控制装置进行控制以应对座椅部件的突然性高度变化生成的座椅误差信号。
这样的悬架装置结构简单，在制动器接收到与车辆座椅相关的位置误差信号(该信号是由驾驶员的体重引起的)后，通过压缩器向其提供空气，使得空气体积增加进而使车辆座椅减震。这样的悬架装置不具有可沿着其高度调节并在该高度调节距离的相对较长部份延展的任何舒适范围(comfort range)，这样在受到同一恢复力(restoring force)时，其将提供位于该高度调节范围内的统一的悬挂。
已知的气弹簧具有线性动态力/距离气弹簧特性，其斜率分别取决于气弹簧的设计和应用的附加体积(additional volume)。对于这样的气弹簧，往往使用恒定的附加体积，该附加体积作为气弹簧的实际空气体积与膨胀的和收缩的气弹簧相连。这样的恒定附加体积将导致这样的结果，就是当气弹簧与具有较小斜率的力/距离特性的气弹簧一同设置时，将座椅部件返回到该力/距离气弹簧特性的中心位置将较为困难，这是因为悬架装置中的摩擦力作为一个整体将大于该力/距离气弹簧特性中的恢复力。另一方面，当将悬架装置设计成具有较大恢复力，也就是设置斜率较大的气弹簧特性时，在气弹簧的中间冲程范围和末端冲程范围时，阻尼将较为激烈。此外，当使用斜率较小的气垫时，存在很高的风险，当遇到相当不平坦的路面时，气弹簧的冲程末端区域的终点挡板(end stops)出现显著的膨胀和收缩，这样将导致座椅的使用者的舒适度降低。
上述悬架系统普遍具有这样的问题，它们一般用作那些主动受影响的车辆座椅的悬架系统。这些悬架系统的功能一般被认为是独立于车辆驾驶室的任何附加现有的悬挂功能的。因此，只有在作用到车辆座椅上的震动(弹簧减震的车辆驾驶室或车架引起)才引起车辆座椅的悬挂系统的响应，这样获得车辆座椅的最优悬挂。然而，另一方面，考虑到车架的偏移，作为车辆座椅的主动受影响的悬挂移动的作用，并未发生对多用途运载车驾驶室的悬挂移动的主动控制。作为替代的，常用的组合是被动控制车辆驾驶室的悬挂移动和主动控制车辆座椅的悬挂运动，所述被动控制车辆驾驶室的悬挂移动并不提供附加体积的开启和关闭，而是仅使用如实质上闭合的气弹簧，所述主动控制车辆座椅的悬挂运动可借助附加体积的方式来实现。这些缺陷将导致，当在坑洼路面行进时，车架将发生明显的偏移，这样很可能导致车辆驾驶室的弹簧部件和车辆座椅的弹簧部件均接触到其底部停止区域。除此之外，对于后续的弹簧运动，在某些情况下，车辆座椅和/或车辆驾驶室的弹簧部件和/或阻尼部件提供的用于替代或额外的全部弹簧行程均不可用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种车辆和方法，其中包括弹簧减震的车辆座椅和弹簧减震的车辆驾驶室，即使在车辆受到外部作用产生较大的偏移时，其可使用全部的可用弹簧行程执行最优悬挂并仅使得车辆座椅发生较小的移动。
本发明的实质性特点在于，提供一种车辆，其在弹簧减震的车辆驾驶室中包括弹簧减震的车辆座椅，该车辆座椅通过在车辆的高度和/或车辆的长度和/或车辆的宽度方向上的至少一个第一弹簧部件和/或一个第一阻尼部件实现相对于车辆驾驶室的弹簧减震，并且所述车辆驾驶室通过在车辆的高度和/或车辆的长度和/或车辆的宽度方向上的至少一个第二弹簧部件和/或一个第二阻尼部件实现相对于所述车架的弹簧减震，其具有一个控制装置，所述控制装置在车架的偏移的第一测量加速度值的作用下，引起用于调节第一弹簧部件和/或阻尼部件的偏移的第一施力(the application of force)，和用于第二弹簧部件和/或阻尼部件的偏移的第二施力，所述第一施力和第二施力相互依赖。
考虑到控制装置对彼此相关的第一施力和第二施力，当车架发生偏移时，例如在坑洼地面上行驶时，情况将会更为有利，因为两个悬挂系统，也就是车辆座椅的悬挂系统和多用途运载车驾驶室的，可主动接受控制，并且相互依赖，这样悬挂系统的终点挡板并不接触。作为替换地，与车辆座椅和车辆驾驶室相对的车架的显著偏移的情况下，可在同时或以暂时偏移的方式发生主动反控制，也就是，第一和第二弹簧部件和/或第一或第二阻尼部件施力，这样可向车架引起的偏移力提供较大的反作用力。其结果是，即使在车架上一直有来自下方的显著偏移作用的情况下，由于车辆驾驶室的悬架系统的附加主动控制，不仅是弹簧部件或阻尼部件的终点挡板不会接触，车辆座椅可达到真正静止的位置。其结果是，即使车辆在非常不平坦的路上形式，例如在非道路上使用的牵引车，使用车辆座椅的驾驶者将非常安稳地坐在其车辆座椅上。
根据一个优选实施例，可这样设计控制装置，以使得第一和第二施力以这样的方式相互依赖，使得车辆座椅的位置的暂时变化很小。这可在这样的情况下发生，当作用到车架上的加速度在非常小的延时后检测到时，例如5到500毫秒，优选100到200毫秒，特别优选140毫秒，在第一和第二弹簧部件中产生反作用力，从而在所述车辆座椅的悬架系统和多用途运载车的悬架系统中产生反作用力。
此外，根据一个优选实施例，控制装置可使得第一和第二施力以这样的方式相互依赖，在车架偏移的情况下，与可用弹簧行程和/或可用阻尼行程相关的、已有的第一弹簧部件和/或阻尼部件和第二弹簧部件和/或阻尼部件的残留弹簧行程在该行程的两个方向上可用。例如，当在坑洼路面上行驶，在车架的偏移向上的情况下，车辆座椅的第一弹簧部件和车辆驾驶室的第二弹簧部件将产生相同的或是不同的向下方向的反作用力，这样可避免出现第一弹簧部件或是第二弹簧部件需要完全补偿作用到车架上的全部偏移量，以及避免第一弹簧部件或第二弹簧部件将到达终点挡板的情况。
为了测量作用到车架上的加速度，需要在车架上设置至少一个用于测量所述至少一个加速度值的第一加速度传感器，所述第一加速度传感器优选进行三维测量。该加速度传感器可不仅可测量高度方向上的加速度，如果设计需要，也可测量在车架长度方向和车架宽度方向上的加速度，这样在需要时，可使得车辆座椅的悬挂系统和车辆驾驶室的悬挂系统在相反方向上施加力。
此外，优选具有至少一个用于测量车辆驾驶室的加速度的至少一个第二加速度值的第二加速度传感器，所述第二加速度传感器可设置在车辆驾驶室，并优选进行三维测量。这使得由于车架的偏移引起的作用在车辆驾驶室上的加速度值和这样引起的车辆驾驶室的加速度又列入控制装置的考虑范围，从而生成对应的反作用力或车辆驾驶室和特别是车辆座椅的施力。
至少一个第一位置传感器用于测量车辆驾驶室相对于车架的当前位置，所述第一位置传感器设置在所述车辆驾驶室上，用以判断并测量在车架发生偏移前、发生偏移时和发生偏移后车辆驾驶室的实时位置，包括关于车辆驾驶室的弹簧部件的零点位置(zero position)。
第二加速度传感器可特别用于测量后续振动加速度(subsequent vibrationacceleration)，也就是，在初始加速度出现以后的振动，所述第二加速度传感器可用于测量车辆驾驶室的后续回弹，并通过悬架系统中的反作用力使其尽快减弱。
更进一步地，具有设置在所述车辆座椅上的至少一个第二位置传感器，用于测量车辆座椅相对车辆驾驶室和/或车架的当前位置，进而确定车辆座椅相对于车辆座椅的第一弹簧部件或悬挂系统的零点位置的位置，以向控制装置提供必要的信息，来确保在车辆座椅的高度调节或高度偏移的情况下，哪个位置是弹簧部件具有足够的向上或向下的残余弹簧行程的必要位置。
所有的加速度传感器和位置传感器可通过控制线与控制装置相连，并向控制装置传送数据。
控制装置通过控制阀与附加体积相连，以通过第二控制线向第一和第二弹簧元件开启或关闭附加体积，在各种情况下，所述第一和第二弹簧元件可设计成气弹簧，这样控制信号可由控制装置向调节阀输出。一旦车架发生初始偏移，这将生成施力或反作用力。
用于车辆的悬挂方法包括便于允许主动补偿的弹簧减震的车辆座椅和弹簧减震的车辆驾驶室，作用在车架上的振动的主动补偿由上述指定的部件通过第一和第二弹簧部件和/或第一和第二阻尼部件执行，所述第一和第二弹簧部件和第一和第二阻尼部件看起来可以是一体的。当然，所述第一和第二弹簧部件和第一和第二阻尼部件中的一个或多个也可以是被动调节的，也就是，不受附加体积的影响。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明的优点和有利特征作进一步说明，附图中：
图1是具有弹簧减震的驾驶室和弹簧减震的车辆座椅的多用途运载车的示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的示出车架、车辆驾驶室和车辆座椅的多用途运载车的一部分的示意图；
图3是根据本发明的方法的车辆的不同部件执行的振动的图表。
具体实施方式
图1是作为多用途运载车的牵引车1的示意图，所述牵引车1包括多用途运载车驾驶室2和车辆座椅3。多用途运载车驾驶室2和车辆座椅3均是分别通过气弹簧和阻尼部件4、5和6、7实现弹簧减震，其中所述多用途运载车驾驶室是相对于车辆的其余部分进行弹簧减震，而车辆座椅是相对于所述多用途运载车驾驶室2进行弹簧减震。
图2是根据本发明的一个实施例的多用途运载车的一部分的示意图，该多用途运载车具有示出的车架、车辆驾驶室和车辆座椅。
车架11通过气弹簧15和阻尼部件14相对于车辆驾驶室的地面12以阻尼的形式实现弹簧减震。车辆座椅13是通过另一气弹簧24和另一阻尼部件25相对于车辆驾驶室的地面12以阻尼的形式实现弹簧减震。
车架11上设置有第一加速度传感器18，所述第一加速度传感器18的控制线19向控制装置34传送控制数据和/或加速度值，以及传送车架移动距离相关的值和与零点位置的距离。
另一加速度传感器126设置在所述车辆驾驶室的地面12，其进一步通过控制线27向控制装置34传送数据。
第一和第二位置传感器16和32设置在所述车辆座椅13的下面和车辆驾驶室的地面12的下面，并可通过控制线17和27向所述控制装置34传送位置数据，优选关于当前高度偏移的数据。
一旦加速度传感器18感应到由于在坑洼路面上行驶而引起的向上的偏移产生的加速度值，其通过控制线19将该加速度值传送到控制装置34。所述控制装置34在非常短的时间内计算出车辆座椅13和多用途运载车驾驶室相对于地板12的最可能的偏移量，并通过控制线31和23开启调节阀29和21，以将附加体积箱(additional volume tank)20和28中的附加体积通过空气管路(airline)30和22转移到气弹簧15和24。其结果是气弹簧被反作用力开启以阻止车辆座椅和车辆驾驶室的向上摇摆，以达到车辆座椅13的当前高度方位的较大平稳性。
作用在车辆驾驶室的车架的最初偏移发生后，加速度传感器16测量车辆驾驶室的后续振动，并通过控制线17将该信息传送给控制装置34，这样后者可通过控制线23开启调节阀21并开启或关闭到弹簧部件或气弹簧15的附加体积20，以生成在相反的方向上对应的弹簧力，从而补偿后续振动。
当然，所有的加速度传感器可以是在三维空间运行的传感器，这样施加到弹簧部件15、24的力(也可是三维方向上的)不仅可抵消发生在车辆的高度方向上的振动，还可抵消发生在长度和宽度方向上的振动。
图3中示出了多种振动，其中纵轴上示出了作用在系统上的加速度值，横轴上示出了时间。
如图所示，车架的偏移引起的初始振动，俗称激振(excitation vibration)，是车辆整体加速运动的结果(例如在高度方向上)。图中示出为最高线(topline)。
作用在车架上的这样一个加速度振动进而转换成驾驶室振动，如第二线所示。
驾驶室的加速度运动示出为第三振动运动。
第四线表示座椅悬挂或车辆座椅的偏移运动，其中所述运动发生时与所述驾驶室振动的相对相移大约为180°，进而相对车架的相移约为180°。
其结果是，由于驾驶室加速度和以补偿方式发生的车辆加速度的振动，可获得非常平稳的座椅运动，车辆座椅的座椅位置也就相对恒定了。其示出为图中的第五线。
第六和第七线表示调节信号，该信号可用于调节车辆驾驶室和车辆座椅的弹簧部件，该信号可对发生偏移的车架做出响应，这些信号均是从控制装置发送到调节阀，以开启或关闭附加体积。
本申请文件中公开的所有特征，只要是分别地或是结合起来不同于现有技术的，均被声明为本发明的要求保护的内容。

Claims (10)

1.一种包括弹簧减震车辆座椅(3，13)和弹簧减震车辆驾驶室(2，12)的车辆，所述车辆座椅(3，13)通过在车辆的高度和/或车辆的长度和/或车辆的宽度方向上的至少一个第一弹簧部件(24)和/或一个第一阻尼部件(25)实现相对于车辆驾驶室(2，12)的弹簧减震，并且所述车辆驾驶室(2，12)通过在车辆的高度和/或车辆的长度和/或车辆的宽度方向上的至少一个第二弹簧部件(15)和/或一个第二阻尼部件(14)实现相对于所述车架(11)的弹簧减震，其特征在于，还包括一个控制装置(34)，所述控制装置(34)在车架(11)的偏移的第一测量加速度值的作用下，引起用于调节所述车辆座椅(3，13)的第一弹簧部件(24)和/或阻尼部件(25)的偏移的第一施力，和用于调节所述车辆驾驶室(2，12)的第二弹簧部件(15)和/或阻尼部件(14)的偏移的第二施力，所述第一施力和第二施力相互依赖且相同或不同；所述控制装置(34)配置成，一旦加速度传感器(18)感应到主要由于在坑洼路面上行驶而引起的至少向上的偏移产生的加速度值，所述加速度传感器(18)通过控制线(10)将所述加速度值传送到所述控制装置(34)，所述控制装置(34)在非常短的时间内计算车辆座椅(3，13)和车辆驾驶室(2，12)相对于地板(12)的最可能的偏移。
2.根据权利要求1所述车辆，其特征在于，所述控制装置(34)以这样一种方式引起相互依赖的第一施力和第二施力：使得所述车辆座椅(3，13)的位置的暂时变化很小。
3.根据权利要求1或2所述车辆，其特征在于，所述控制装置(34)以这样一种方式引起相互依赖的第一施力和第二施力：使得在车架(11)振动的情况下，与可用弹簧行程和/或可用阻尼行程相关的、已有的第一弹簧部件(24)和/或阻尼部件(25)和第二弹簧部件(15)和/或阻尼部件(14)的残留弹簧行程在该行程的两个方向上可用。
4.根权利要求3所述车辆，其特征在于，所述车辆包括至少一个第一加速度传感器(18)，用于测量第一加速度值，所述第一加速度传感器(18)设置在所述车架(11)，用于三维方向上的测量。
5.根据权利要求4所述车辆，其特征在于，所述车辆包括至少一个第二加速度传感器(26)，用于测量所述车辆驾驶室(12)的加速度的第二加速度值，所述第二加速度传感器(26)设置在所述车辆驾驶室(12)上，用于三维方向上的测量。
6.根据权利要求5所述车辆，其特征在于，所述车辆包括至少一个第一位置传感器(16)，用于测量所述车辆驾驶室(12)相对于所述车架(11)的当前位置，所述第一位置传感器设置在所述车辆驾驶室(12)上。
7.根据权利要求6所述车辆，其特征在于，所述车辆包括至少一个第二位置传感器(32)，用于测量所述车辆座椅(13)相对于所述车辆驾驶室(12)和/或所述车架(11)的当前位置，所述第二位置传感器设置在所述车辆座椅(13)上。
8.根据权利要求7所述车辆，其特征在于，所有的加速度传感器(18、26)和位置传感器(16、32)通过第一控制线(17、19、27、33)与控制装置(34)相连。
9.根据权利要求8所述车辆，其特征在于，所述控制装置(34)与附加体积部件(20，28)相连，以通过第二控制线(23、31)向所述第一和/或第二弹簧部件开启和/或关闭附加体积，所述第一和第二弹簧部件为气弹簧(15、24)。
10.在弹簧减震的车辆驾驶室(2，12)中悬挂车辆座椅(3、13)的方法，所述车辆座椅(3，13)通过在车辆的高度和/或车辆的长度和/或车辆的宽度方向上的至少一个第一弹簧部件(24)和/或一个第一阻尼部件(25)实现相对于车辆驾驶室(2，12)的弹簧减震，并且所述车辆驾驶室(2，12)通过在车辆的高度和/或车辆的长度和/或车辆的宽度方向上的至少一个第二弹簧部件(15)和/或一个第二阻尼部件(14)实现相对于车架(11)的弹簧减震，其特征在于，在车架(11)的偏移的第一测量加速度值的作用下，通过控制部件(34)在弹簧部件和/或阻尼部件的偏移的相互依赖下，产生用于调节所述车辆座椅(3，13)的第一弹簧部件(24)和/或阻尼部件(25)的第一施力和用于调节所述车辆驾驶室(2，12)的第二弹簧部件(15)和/或阻尼部件(14)的第二施力，所述第一施力和第二施力相同或不同，所述控制装置(34)配置成，一旦加速度传感器(18)感应到主要由于在坑洼路面上行驶而引起的至少向上的偏移产生的加速度值，所述加速度传感器(18)通过控制线(10)将所述加速度值传送到所述控制装置(34)，所述控制装置(34)在非常短的时间内计算车辆座椅(3，13)和车辆驾驶室(2，12)相对于地板(12)的最可能的偏移。
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