CN101468587B - 包括悬挂系统的设备及用于调节悬挂系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括悬挂系统的设备，其中，悬挂系统(4)包括受到质量块(12)作用的第一部分(10)、第二部分(14)、及位于第一部分(10)与第二部分(14)之间的气垫(18)，还包括至少一个用于空气体积增补装置(30)，其体积可通过控制方式进行改变，该设备还包括用于调节体积增补装置(30)的体积的第一控制装置(32)。

Description

包括悬挂系统的设备及用于调节悬挂系统的方法
技术领域
本发明涉及包括有悬挂系统的设备，也涉及用于调节这种悬挂系统的方法。 
背景技术
上述悬挂系统包括受到质量块(mass)作用的第一部分、第二部分、及位于所述第一部分与第二部分之间并发生作用的气垫。 
这种悬挂系统广泛的应用于电子结构中。使用这种悬挂系统的电子结构的一个例子是各种车辆的车轮悬挂系统，例如机动车。多功能车、卡车以及其它车辆的弹簧车座、形成了这种悬挂系统的其它实施例。这种车座一般是安装在机动车地面之上，其中车地面及机动车可当作是所述第二部分或固定的部分。该车座的座位表面可当作是所述受到质量块(即驾驶员质量)作用的第一部分。在该座位中，在所述第一部分或座位表面及第二部分或车辆地面或车子之间设置有气垫及可选的剪刀型框架。所述气垫在该情况下活动的连接在第一部分及第二部分之间。还可选择性的增加避震器。 
后面所述类型的结构的一个例子公布于DE 10 2004 054325 B3。在其中所述的结构中，其目的是改进悬挂舒服度，其中提出了探测座位表面相对于车地面的高度及座位表面在垂直方向的加速度的探测。基于相应的测量数据，则可得到气垫的压力。换言之，在DE 10 2004 054325 B3中提出，将气垫中空气的量作为垂直加速度及车地面之上的驾驶座表面的高度的函数进行改变。 
DD 220674 A1公布了与弹簧并联的电动液压避震器，其目的是在车座上产生减震效果。 
DD 223835 A1公布了带有物体绝对速度的反馈的复合抗震系统的调节 装置，该装置可用于座位且并可将其加速度也考虑其中。 
DE 601 21688 T2公布了用于座位的座位悬挂系统，其通过位于座位结构之上的剪刀型框加进行实现。此处，在座位及底座之间设置有水压活塞及气垫。体积恒定的气垫内空气量由压缩机和通风系统控制。该系统结构还包括加速度传感器及座位位置传感器，其在当激励压缩机及排风时测得的数据被存储于电控单元(ECU)。 
发明内容
本发明的目的是提供一种包括悬挂系统的设备及调节这种悬挂系统的方法，该设备和/或方法可良好的改变周边环境。 
本发明尤其涉及一种包括悬挂系统的设备，其中悬挂系统包括受质量块作用的第一部分、第二部分、及位于第一部分与第二部分之间的气垫。此处，所述第一部分可为车座的座位表面，例如多功能车或卡车或类似的车的车座的座位表面。作用在所述第一部分的质量块优选为坐在座位表面的人的质量块。第二部分可为例如车的地面，例如卡车或多功能车，或与车地面相连的主体或其它与车地面固定连接的部件。在这样的配置中，根据本发明提供的设备优选为车座，例如多功能车或卡车或类似这样的车。 
而且，本发明提供的悬挂系统也用于车子上的车轮悬挂，尤其是机动车，例如汽车或卡车或多功能车。在该情况下，所述第一部分可为例如机动车的车轮，且第二部分可为机动车的车身，反之亦然。 
本发明的设备除了气垫还包括，空气体积增补装置(air supplementary device)，其体积可通过控制方式进行改变。该设备还包括用于调节体积增补装置的体积的第一控制装置。 
在本发明一优选实施例中，所述体积增补装置与所述气垫活动连接。因此，在体积增补装置与气垫之间可设置例如压力线。在该情况下，可通过所述活动连接实现在气垫内的压力与体积增补装置内的压力之间的均压。体积增补装置与气垫之间的活动连接也可以断开。因此，本发明还可提供可移动到开启位置及闭合位置的合适的阀门。优选的，在气垫与体积增补装置之间 活动连接装置可形成细部(thin point)，例如管子或管道或绳索。 
在本发明一优选实施例中，所述第一部分与第二部分之间通过导向装置进行连接。例如，该导向装置可为剪刀型框架，当所述设备为车座或为带有车座的车辆时，该框架尤其适合。 
本发明的设备除了气垫还包括位于第一部分于第二部分之间的避震器。在一可选实施例中，对于根据该发明的设备，避震器可能是多余的，其可以通过控制体积增补装置的体积以实现减震效果。 
在本发明一优选实施例中，所述体积增补装置通过活动连接与气垫串联。 
在本发明一优选且有利的实施例中，可对所述体积增补装置进行设置以使其可在车内进行翻折。 
优选地，气垫与体积增补装置形成闭合系统，且它们之间为活动连接。 
而且，上述系统也可以扩展形成为开放系统，或通过另外方式变为开放系统。当该设备被设置成车座或带有车座的车辆结时，其可提供这样一个功能，即可调节系统内的体积，其可用来例如调节座位高度。因此，位于气垫内的和/或体积增补装置内的空气量可以可通过泵来增加或通过合适的释放装置来减少。 
特别优选的，增补弹簧装置的体积改变是在系统处于闭合状态时进行的。 
特别地，因此，弹簧的弹簧刚度(spring rate)可以调节、即在闭合系统或通过改变弹性增补装置(supplementary spring device)的体积实现。 
本发明还提供了一种方法。根据本发明提供的用于调节悬挂系统的方法，提供了一种设备，首先用于确定该设备及悬挂系统的至少一个工作值。所述确定可为例如探测或测量。因此，本发明还可提供探测或测量装置。但是，所述工作值也可以是通过计算确定的。接着将则体积增补装置的体积作为所述至少一个确定工作值的函数进行调节。在本发明一优选实施例中，所述第一部分相对于第二部分的加速度及所述第一部分相对于第二部分的相对位置可用作工作值。当设置为车座时，例如，如果该值与垂直相对位置相关，则所述相对位置对应于车辆中的座位高度，这为优选的情况。相对的，所述加速度优选为第一部分相对于第二部分的垂直加速度。在该优选实施例中，体 积增补装置的标称体积确定为所述加速度及所述相对位置的函数，且所述标称体积通过控制装置进行控制。在一特别优选实施例中，特别是指方法及设备，所述体积增补装置的体积通过调节装置进行调节。 
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、2a、2b及2c是根据本发明的设备的第一实施例； 
图3是根据本发明的设备的第二实施例，其中该设备尤其是根据图1至2c所示的示意设置设计的； 
图4及图5为图1至2c及图3所示设置的力/行驶曲线图； 
图6及图7为根据本发明的设备的第三实施例。 
具体实施方式
图1、图2a、图2b及图2c是以驾驶员座位为例，根据发明的设备的实施例的示意图。该设备尤其可用于实现有效的减少车辆的震动及水平控制驾驶员座位的气垫的方法，即例如关于竖直震动。但是，这种方法或根据本发明的方法也可以用于气助纵向悬挂系统或侧向水平悬挂系统。 
结合图1至图2c所示的悬挂系统的结构，同时参考根据本发明的方法的实施例。 
图1至图2c示意性的示出了根据本发明的设备1的一实施例，其此处设置为车辆及驾驶员座位2。该座位包括座位表面10，座位表面10形成为或能够受质量块12作用的第一部分。该质量块12构造为例如坐在座位上的人或驾驶员的重量形式。人12或质量块12也可以当作为簧上质量块。 
本发明还包括非簧上质量块(unsprung mass)，该非簧上质量块由例如悬挂系统的较低部分或车内地面形成。该非簧上质量块为第二部分14，其也可以构成例如座位的脚或类似的固定在车内地面上的部分。 
本发明还包括位于第一部分10与第二部分14之间的导向装置16，其在该实施例中设计为剪刀型系统或剪刀型连接系统，且其将第一部分10连接在 第二部分14上或将簧上质量块12连接在非簧上质量块14上(或连接至14)。设备1还包括位于且作用于第一部分10与第二部分14之间的气垫18，及位于且作用于第一部分10与第二部分14之间的避震器20。需要注意的是，此处所述的气垫18为优选空气作为填充气体的空气弹簧。位于所述非簧上质量块14及簧上质量块14之间的质量支撑特别通过气垫18进行。所述避震器20可为液压式的和/或半活动的和/或活动式方式控制。 
在活动式体积调节方式中，避震器甚至完全可以省略，但这使得当活动式体积调节出现任何失误时将致使活动式调节(在能量失效情况下的自动防故障装置)失效。 
设备1或其中形成的悬挂系统4还包括加速度传感器22。加速度传感器22可以位于例如非簧上区域以检测自车内地面产生的震动。加速度传感器22可以在纵向检测加速度。但是，也可以再增加加速度传感器22或可选择性的检测其它方向的加速度。 
本发明还包括位置传感器24。位置传感器24位于簧上质量块12及非簧上质量块之间或位于第一部分10与第二部分14之间。位置传感器用于探测会随使用者或驾驶员改变的相对座位高度。相对座位高度可通过闭合空气系统中吸收或释放的空气量来进行调节，其通过空气吸收/释放阀或通过与压力转换系统28相连的“空气吸收/释放”控制阀进行调节，例如板载电源(onboard power supply)、压缩机或类似的装置。 
设备1或悬挂系统4还包括体积增补件或增补体积装置30，其尺寸可以改变，且其体积可相对于其尺寸进行改变。该体积增补装置可设计为例如气垫，在该气垫的底部，其大小与其直径相对应。通过该体积增补装置30或该体积可调的体积增补装置，悬挂系统4的气垫18的弹簧刚度或弹簧等级可根据驾驶员或路面的不平坦情况或某些操作参数的需要可在一定范围内进行调节。 
避震器20或减震器20优选为液压减震器。所述位置传感器24特别是高度或水平传感器。标记32表示的是构成设备1或悬挂系统4的一部分的电控单元(ECU)。标记34表示的是加速度传感器在垂直方向或Z轴方向上探 测加速度的信号线。该信号线34连接加速度传感器22与电控单元32。 
标记36表示的是控制空气吸收与释放的控制线。该控制线连接电控单元32与空气吸收/释放控制阀26。 
标记38表示体积增补装置的制动器或用于改变增补体积。制动器38可以为例如电气和/或液压设计的。 
图1至图2c所示的系统还包括用于探测体积增补装置或制动器的位置以调节增补体积的位置传感器40。标记42表示的是“位置传感器——制动器”信号线。该信号线42连接位置传感器与电控单元32。标记44表示“制动器——体积增补”控制线。该控制线44连接调节体积增补装置的制动器38与电控单元32。 
标记46表示“气垫——体积增补”气压线。该气压线活动地连接体积增补装置30与气垫18。 
体积增补块或体积增补装置30的尺寸由驾驶员或使用者选择。最后，可以选择例如多级或甚至连续手动可调控制器或操作元件，且其通过电控单元发送信号给制动器38。此处制动器38为例如电子紧密汽缸(electrical compact cylinder)。预选的体积增补块的尺寸的标称值可通过例如位置传感器40检测到，且可将其值更新为0以便于主动调节。 
所述体积增补块尺寸的主动调节可通过位置传感器24实现，其以预置的弹簧刚度为0开始，且其取决于基座或第二部分14上面产生的加速度或为所述相对高度位置的函数。取决于基座或第二部分14上面产生的震动类型及震动强度和/或所述相对坐位高度，且考虑可能存在的剩余弹簧位移，可通过制动器38增加或减少增补体积，弹簧刚度一直在特定范围内与相应的弹簧压力相适应，该特定范围由电控单元32决定。这些另外产生的压力可作用在其施加的方向或是与其施加方向相反的方向上。 
座位高度的水平控制可根据相对座位高度的标称值与位置传感器40的实际值之间的偏移进行调节，相对座位高度的标称值为原先设置的高度且存储在电控单元32中。此处，因此可以通过制动器38增加和/或减少调节的体积。 
此处所用的主动水平控制优选仅为临时使用以补偿质量块12上的重量改变，该改变是由例如车子行驶在山顶/或低地、或进行刹车操作等等时引起的重心的移动。也可以使用该改变体积的系统及时的补偿漏气。 
通过调整体积的长时间水准校正可以由下述方式取代：在一段时间后或被电控单元32赋值后通过控制阀门26供给或释放压缩空气。在这种情况下，在电控单元32赋值的同时，调整体积的值回归到零值，该值可由位置传感器40检测。 
图2a、图2b及图2c是根据图1所示实施例的局部视图——体积增补装置30处于三种不同的位置或三种不同的体积。 
图2a所示的是体积增补调节装置30处于其最低位置的实施例，图2c所示的是体积增补调节装置30处于其最高位置的实施例，图2b所示的是体积增补调节装置30处于其中间位置的实施例。图2a所示的实施例也可称为“向上作用”的位置，图2b所示的实施例也可称为“在中间作用”的位置，图2c所示的实施例也可称为“向下作用”的位置。 
弹簧的所述可以多级或连续的调节特性使驾驶员可以各自的改变悬挂系统的基本硬度。 
图2b所示的是体积增补调节装置30处于其中间位置。其所限的最大调节位置见图2a及图2c所示。 
为了清楚，图1中所示的附图标记大部分都在图2a及图2c中被省略了。 
图3为主动体积改变/调节装置的实施例的示意图，其可为图1及图2a至图2c的实施例的例子。 
图4及5为图1及图2a至图2c的实施例的典型例子的两个图表。 
图4及5为力度/单次震动(stroke)或力度/行驶曲线表，也即分解来对抗单次震动或行驶的力度图。 
图4阴影区域为“主动调整体积”的整个调节范围。 
图4中较小部分的交叉线阴影部分为“弹簧刚度”的整个调节范围。 
图5中清晰的阴影部分为“柔软特性”的调节范围示意图，穿过该阴影区域的粗线为“柔软特性”的一个例子。 
主动体积调整存在于整个缓冲位置，但也可对其进行动态调整以适应气体阻尼强度的改变。 
本发明提供的方法或设备可以进行自动缓冲最大化。在此，所述作用参数包括电控单元32估计的加速度、悬挂系统的偏移量及相对座位高度，电控单元32也可设计为电子调节单元，产生可选体积大小的预置值以使驾驶员对应于隔震及悬挂缓冲时处于理想位置。 
图6及7是根据本发明的悬挂设备的又一实施例，根据本发明所提供的方法也可以通过该装置得以实现。 
在图6及图7中，设备1设计为车辆，尤其为多用途车或卡车或类似的包括驾驶室60、车轮62及位于两者之间的悬挂系统4。设备1也可以为车轮悬挂。 
图7为图6中悬挂系统4区域的放大图。 
从该悬挂系统可看出后者在某种程度上与图1及图2a至图2c的结构类似，所以上述图的关于各部件的标记此处与其相关联。 
图6及图7所示的设备优选为主动减少驾驶室的震动的设备，该设备也可用于水平控制或主动减摇稳定(roll stabilization)气控驾驶室。而且，该设备还可以适用于用来执行主动减少驾驶室的震动，和/或用于水平控制或主动减摇稳定气控的驾驶室的方法。这种设备的操作模式可优选适用于部分的和全部的气垫车辆驾驶室。 
本发明提供的方法及设备在所知悉的系统中使用了外部空气供给(消耗控制(consumption control))。最后，还需要相应的附加负载64仅用于压力调节。主动影响驾驶室的震动及减摇稳定的调节系统此处设计为闭合系统。 
减摇稳定，质量块66在三维空间上相对于质量块6自由活动的4的情况下是必须的，其是通过在每个气垫上安装一个活动体积块来实现。横向和纵向连接竿68用于固定质量块64和质量块66的相对位置。 
通过调节减摇稳定性，可以抵消产生于例如外在压力、在弯路上的快速行驶、上山或刹车过程中驾驶室的横向或纵向倾斜。 
由于通过3D加速度传感器探测到的横向加速度，也可以由活动体积块 通过内向弯曲预防倾斜技术来更好的补偿作用到驾驶员座位内的或通过驾驶室地板反作用在驾驶员上的垂直加速度及压力，这是由于车辆在压力施加方向上行驶的结果。簧上质量块60及64部分产生的横向及纵向加速度也可以考虑通过调节减摇稳定性进行减少。此处，驾驶座的横向或纵向悬挂也可考虑用来减少负载。 
特别地，通过车框66可以产生作用于驾驶室上的震动的3D隔离。 
通过本发明，车座或者设备的震动特性可以通过可变增补体积来以进行主动影响及改变。 
制动器也可以用来减少车辆驾驶员的震动。 
而且，通过适当的结构的该设备，其也可以用作制动器来有效进行水平控制及保持座位高度。 
在本申请文件中公开的所有特征都要求作为实质被保护，这些特征单独地或者结合起来相比现有技术具有新颖性。 
附图标记清单： 
1、设备         2、车座或驾驶座      4、悬挂系统 
10、座位表面或第一部分               12、质量块 
14、第二部分                         18、气垫 
20、避震器                           22、加速度传感器 
24、位置传感器                       26、空气吸收/释放控制阀门 
28、压力转换系统                     30、体积增补装置 
32、电控单元                         34、信号线 
36、空气吸收/释放控制线              38、制动器 
40、位置传感器                       42、“位置传感器——制动器”信号线 
44、“制动器——体积增补”控制线     46、“气垫——体积增补”气压线 
60、驾驶室                           62、车轮 
64、附加载体                         66、质量块 
68、横向及纵向连接竿

Claims (11)

1.一种包括悬挂系统的设备，所述悬挂系统（4）包括受到质量块（12）作用的第一部分（10）、第二部分（14）、及位于第一部分（10）与第二部分（14）之间的气垫（18），其特征在于，还包括至少一个空气体积增补装置（30），其体积可通过控制方式进行改变，该设备还包括用于调节空气体积增补装置（30）的体积的第一控制装置（32）,所述空气体积增补装置（30）与气垫（18）活动连接，在空气体积增补装置（30）与气垫（18）之间设置压力线，可通过所述活动连接实现在气垫（18）内的压力与空气体积增补装置（30）内的压力之间的均压。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气垫（18）与所述空气体积增补装置（30）通过活动连接件（46）进行连接。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述活动连接件（46）是软管或绳索以实现其活动连接。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述空气体积增补装置（30）设置为活塞/汽缸单元。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一部分（10）为震动部分，且所述第二部分（14）为固定部分。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一部分（10）与第二部分（14）之间通过导向装置（16）进行连接。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一部分（10）与第二部分（14）之间通过剪刀型框架进行连接。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一部分（10）与第二部分（14）之间连接有避震器（20）。
9.用于调节根据权利要求1-8中任一权利要求所述的设备的悬挂系统的方法，其中，所述悬挂系统（4）包括受到质量块（12）作用的第一部分（10）、第二部分（14）、位于第一部分（10）与第二部分（14）之间的气垫（18）、及至少一个通过活动连接件与所述气垫（18）连接的空气体积增补装置（30），且所述空气体积增补装置（30）的体积可以调节，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
确定所述设备（1）和/或悬挂系统（4）的至少一个工作值；且
将所述空气体积增补装置（30）的体积作为所述至少一个工作值的函数进行调节。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述确定所述设备（1）和/或悬挂系统（4）的至少一个工作值为探测或测量所述设备（1）和/或悬挂系统（4）的至少一个工作值。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一部分（10）相对于第二部分（14）的垂直加速度为确定的第一工作值，且所述第一部分（10）相对于第二部分（14）的垂直相对位置为确定的第二工作值，且将所述空气体积增补装置（30）的体积作为所述确定的第一工作值的函数和/或为所述确定的第二工作值的函数进行调节。
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