CN101844500A - 用于双空气弹簧配置的持续性力控制 - Google Patents

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Abstract

一种主动式空气悬架系统包括一个空气弹簧组件，该空气弹簧组件具有一个活塞气囊以及围绕该活塞气囊安装的一个主气囊，以提供一种可变力以及可变系数的双空气弹簧配置。该空气悬架系统被配置为以一种闭环方式准确地控制该系统内的压力。

Description

用于双空气弹簧配置的持续性力控制
技术领域
本发明总体上涉及一种主动式空气悬架系统，该主动式空气悬架系统带有一个可变力以及可变系数的双空气弹簧，该双空气弹簧利用多个车辆输入来产生用于改变车辆行为目的的标准化的力请求。
背景技术
空气悬架利用空气弹簧来提供所希望的输出特性，例如像乘坐舒适性以及车辆性能。一种已知的主动式空气悬架使用了一个空气弹簧组件，该空气弹簧组件包括围绕一个活塞气囊安装的一个主气囊，这样该活塞气囊为该主气囊提供一个滚动表面。活塞气囊体积的变化改变了主气囊的有效活塞面积。该有效活塞面积中的一个相对小的变化提供了该空气弹簧组件的弹簧系数中的一个变化。对活塞气囊中以及主气囊中的压力选择性地进行控制，从而在弹簧系数中提供无穷的变化而无需任何附加储箱以及相关联的致动器。相对于该主气囊的较大体积，该活塞气囊的较小体积允许压力以及体积的迅速改变以使得能够进行主动的悬架控制。
传统地，主动式空气悬架系统通过可切换的空气弹簧的体积对悬架弹簧刚度做出总的不连续的改变。带有上述双空气弹簧配置的主动式空气悬架是一种力与弹簧刚度调整装置。对于这样一个系统的一个问题是，它难于以一种精确的方式主动地进行控制并调整弹簧力。
发明内容
带有一种可变力以及可变系数的双空气弹簧的一种主动式空气悬架系统被配置为对多个车辆输入进行分析并且产生多个输出控制信号，从而以一种精确的方式来改变和控制弹簧力。
在一个实例中，该主动式空气悬架系统包括一个空气弹簧组件，该空气弹簧组件具有一个活塞气囊以及围绕该活塞气囊安装的一个主气囊，以提供这种可变力以及可变系数的双空气弹簧配置。该空气悬架系统被配置为精确地控制活塞气囊以及主气囊内的压力，从而达到一个总体上希望的性能指标。
在一个实例中，当车辆处于一种动态驾驶操作中时，该系统是一个力控制装置。当车辆处于准静态状态中时，该系统的作用是一个改变弹簧系数的装置。当车辆处于一种动态情况(如执行一个拐弯驾驶操作或者一个驶离情况)中时，车辆的重量的转移要求一个反向力以改变重量转移的变化速率，由此改变该车辆特征。这种反向力是由该装置的主动控制来提供的。
在一种配置中，至少一个空气弹簧组件包括多个空气弹簧组件，每个空气弹簧组件均具有一个主气囊以及一个相关联的活塞气囊；该阀门组件包括用于每个空气弹簧组件的一个分离的阀门组件，并且至少一个压力传感器包括多个压力传感器，其中一个压力传感器与每个活塞气囊相关联。该控制器持续地接收来自每个压力传感器的压力输入信号，这些信号表明相关联的活塞气囊内具体的压力变化。然后，该控制器响应于这些压力变化主动地调整每个活塞气囊内的压力，从而以一种闭环方式来维持所希望的弹簧刚度。
在一个实例中，该控制器产生了多个控制信号，以便独立于所有其他活塞气囊来控制进入以及离开每个活塞气囊的空气供给。
从以下说明书和附图中可以最好地理解本发明的这些以及其他特征，以下部分是一个简要说明。
附图说明
图1是如安装在车辆上的主动式空气悬架的一个实例的总侧视图。
图2是如在图1的主动式空气悬架中使用的一个空气弹簧组件的一个截面图。
图3是在一个第一位置中的该空气弹簧的一个截面图。
图4是在一个第二位置中的该空气弹簧的一个截面图。
图5是示出一个整体系统的图解，该系统结合了用于车辆的可变力以及可变系数的多个双空气弹簧。
具体实施方式
图1展示了用于车辆的一个空气悬架系统10。空气悬架系统10总体上包括一个托架12、一个纵向构件14、一个空气弹簧组件16、一个阻尼器18、以及一个轴组件20。空气悬架系统10被固定到车辆的一个框架或底盘(以22示意性示出)上。纵向构件14可以包括(例如)一个悬架臂，并且轴组件20可以包括任何类型的轴，如一个驱动轴、非驱动轴、挂车轴，等等。轴组件20在横向间隔的车轮(未示出)之间延伸。应该理解，该空气悬架系统10在轴的每一横向末端处包括一个纵向构件14、一个空气弹簧组件16、以及一个阻尼器18。
参见图2，以截面展示了空气弹簧组件16。空气弹簧组件16是沿一条中央垂直轴线A限定的并且包括一个下安装座24(示意性地示出)、被附接到下安装座24上的一个活塞结构或支撑件26、一个活塞气囊28、以及一个主气囊30。一个上安装座32被附接到主气囊30上。上安装座32以及下安装座24在纵向构件14与底盘22(见图1)之间提供了用于空气弹簧组件16的附接。
活塞支撑件26是围绕轴线A限定的一个圆柱形构件。在下安装座24处活塞支撑件26可以被附接到许多不同结构(例如，像一个支柱、减振器、或其他相似的机构)上。在一个实例中，活塞支撑件26在多个焊接点W被附接到下安装座24上；然而也可以使用其他附接方法。活塞支撑件26以及下安装座24是相对刚性的部件。
活塞气囊28是一个柔性的、有弹性的构件并且通过一个第一带件36以及一个第二带件38被附接到活塞支撑件26上。第一带件36被紧固在活塞支撑件26的一个下端处并且第二带件38被紧固在活塞支撑件26的一个上端或相反端处。虽然示出了带件，但应该理解，可以使用其他附接结构和/或方法来将活塞气囊28紧固到活塞支撑件26上。活塞气囊28限定了一个第一体积V1，该第一体积被垂直地封闭在这些带件36、38之间并且在活塞气囊28的一个内表面与活塞支撑件26的一个外表面之间。
主气囊30通过一个第三带件42被安装到活塞气囊28上，该第三带件相对于第二带件38被径向向外间隔，使主气囊30位于第二带件28与第三带件42之间。换言之，主气囊30被夹在第三带件42与第二带件38之间。主气囊30限定了一个第二体积V2。应该理解，虽然在所展示的实施方案中披露了两个体积V1和V2，按需要在弹簧组件16之内也可以使用额外的多个体积。此外，这些体积中的任何一个都可以被选择性地分段，以提供进一步递增的体积的变化。
一个空气供给系统40(在图2中示意性地示出)对应地响应于一个控制器46(示意性地展示)通过第一以及第二供给导管44a、44b而独立地使空气输送到体积V1、V2中。控制器46是一个悬架控制器，它提供了主动式悬架控制方法。多个端口48通过活塞支撑件26将空气供给到第一体积V1中。
活塞气囊28作为用于主气囊30的一个滚边活塞表面来运行。换言之，主气囊30在一个活塞组件之上提供一个滚动囊片L，该滚动囊片具有由活塞气囊28的可变体积提供的一个可变直径。当空气弹簧组件16经受道路负载的输入时，主气囊30的囊片L沿活塞气囊28的外表面滚动。通过改变活塞气囊28内的体积V1或压力P1，活塞气囊28的外部直径改变。由此，活塞气囊28的体积V1的变化改变了主气囊30的有效活塞面积。还应该理解，主气囊30将施加一个对抗活塞气囊28的压力P2，趋向于减小活塞气囊28的外部直径，直至达到一个平衡的直径。因此，压力P1的一个变化将改变活塞气囊28的径向弹簧系数并且将改变同样影响该主气囊弹簧系数的平衡直径。
参见图3，在体积V1内增加空气压力使活塞气囊28的直径增加，以获得一个更大的弹簧系数以及行车高度。即，因为体积V1有效地提供了一个更大的滚边活塞，所以活塞气囊28的直径的增加导致了气囊组件16的一种扩展。当随着体积V1对应地减小而使活塞气囊28内的压力被减小时(图4)获得了相反的结果。这减小了行车高度以及弹簧系数。
当该滚边表面的直径被选择性地改变时，体积V1的一个相对小的变化提供了主气囊30的弹簧系数的变化。当体积V2之内的压力得到维持时，体积V1内的压力变化使弹簧系数的变化与行车高度的变化相关联。通过同时改变V1与V2二者的体积可以替代性地使压缩以及回弹系数解除关联。
通过选择性地控制体积V1与V2内的压力，提供了弹簧系数的无限改变而无需一个附加储箱以及相关的致动器。体积V1相对于体积V2的相对更小的体积允许压力以及体积的迅速改变，这使得能够进行主动式悬架控制。
在图5所示的实例中，每个空气弹簧组件16与一个减振器50相关联。在一个实例中，减振器50包括一个电控制的振动缓冲器。控制器46产生了多个控制信号以便按需要改变一个减振器特征，例如像减振比，从而实现一个希望的操作/舒适水平。减振器50的一个外部结构被附接到空气弹簧组件16的下安装座24上。存在与图5所示的车辆52的每个车轮(即拐角)相关联的一个空气弹簧与减振器的组合。控制器46被配置为使用与该减振器相组合的可变力以及可变系数的双空气弹簧配置，以提供调制弹簧刚度的一种实时控制，从而改进车辆的操作和/或乘坐舒适性。
如图5所示，存在着到车辆52的多个驾驶者的输入60，这些输入被传送到控制器46上。这类输入的实例包括：驾驶盘角度输入、被转向的盘角度输入、被转向的盘输入、油门输入、制动踏板以及压力输入、变速器模式选择、等等。多个车辆输入62也被传送到控制器46上。这些输入的实例包括：车身侧倾角度、侧倾率、偏摆率、不同方向的加速度、车轮速度、等等。控制器46还可以接收与这些空气弹簧组件16相关联的不同输入。这些输入的实例包括：减振器输入、悬架位置(行车高度)、空气供给储存器的压力、气囊28、30内的压力、流量阀门的动态特性、等等。不同的传感器S1-Sn被整合到车辆系统中，这样这些输入中的每一个或者可以直接地被测量或者可以基于相关的输入数据被估算出。
控制器46使用这些输入来控制车辆52的不同的动态特性。例如，控制器46使用这些输入来控制车辆横向动态特性(例如像侧倾角以及偏摆率)、纵向动态特性(例如，前栽和后蹲)、以及垂直方向的动态特性(例如，维持行车平顺性)。控制器46通过产生多个控制信号64来完成这一点，这些控制信号被传送倒位于每个车轮处的可变力以及可变系数的双空气弹簧组件16上。控制器46确定了用于这些空气弹簧组件16中的每一个的所希望的弹簧力并且然后控制进入以及离开这些空气弹簧组件16的空气流动来实现所希望的弹簧力。当在每个空气弹簧组件16处实现了这些所希望的弹簧力时，在每个车轮处就提供了适当的车辆行为。
控制器46还能够利用储存在内存中的数据，例如像查询表、具体的车辆应用数据、以及过去的车辆性能数据。控制器取出这些输入(如驾驶盘角度、被转向的盘角度、偏摆率、横向加速度、车轮速度、被致动的制动踏板开关、以及制动压力)来确定并产生用于每个空气弹簧组件16的控制信号64。对于控制器46的这些不同输入是以一种连续的方式来发送的，这样就提供了一种闭合的反馈环路配置。控制器46分析这些不同的输入以确定适当的弹簧系数/力，从而实现所希望的车辆行为(操作/乘坐舒适水平)。控制器46进一步分析这些不同输入以确定主气囊30和/或活塞气囊28内的压力是否需要调整以实现这个所希望的弹簧系数/力。
如果要求充气或放气，则控制器46产生一个控制信号86，该控制信号被传送到与空气弹簧组件16相关联的一个阀门组件70上。阀门组件70可以包括用于使这些气囊充满/膨胀以及使这些气囊放气/排气的多个分离的阀门，或者可以使用多个阀门组合。这些阀门组件70按需要被打开/关闭，以此实现用提供所希望的弹簧力/系数所需要的压力。
一旦达到这个压力，控制器46持续地汇编并分析不同的数据输入，从而以一种闭环方式来持续地调整这些空气弹簧组件16内的压力。控制器46将决定是否需要进一步的调整/补偿、并且产生被传送到这些适当的阀门组件70上多个控制信号。
应该理解，控制器46可以包括控制所有车辆系统的一个单个的车辆控制器，或者控制器46可以包括多个控制器以及多个控制模块，它们被连接在一起以便按需要传递并发送不同的数据输入和输出。此外，本领域的普通技术人员将能够确定一种软件算法来完成以上给出的这些步骤。
该主动式空气悬架的闭环控制为车辆的俯仰、偏摆、以及侧倾提供了一种简单地可维持的并且精确的控制。因此，该闭环配置提供了一种实时控制，它显著增加了系统的准确性。这进而提供了对于车辆的改进的操作以及行车控制。
尽管已经披露了本发明的一个优选实施方案，但本领域普通技术人员将会认识到在本发明的范围之内可以作出某些改变。为此原因，应该研究以下权利要求来确定本发明的真正范围和内容。

Claims (15)

1.一种主动式空气悬架系统，包括：
至少一个空气弹簧组件，该空气弹簧组件包括一个活塞气囊以及围绕所述活塞气囊安装的一个主气囊；
多个传感器，这些传感器测量多个车辆特征，所述传感器产生多个传感器信号；
一个阀门组件，该阀门组件控制进入以及离开所述空气弹簧组件的空气供给；以及
一个控制器，该控制器接收所述传感器信号作为多个输入、分析所述输入以确定用于所述空气弹簧组件对应于一个希望的车辆行为的一种适当的弹簧输出特征、并且产生一个输出信号以改变所述空气弹簧组件内的压力从而实现所述弹簧输出特征。
2.根据权利要求1所述的空气悬架系统，其中所述弹簧输出特征包括一个希望的弹簧系数/力。
3.根据权利要求2所述的空气悬架系统，其中所述控制器持续地接收多个传感器信号并且作为输入、分析这些输入以识别系统变化，并且响应于所识别的多种系统变化持续地并且主动地调整所述空气弹簧组件内的压力，以便通过一种闭环方式维持所述希望的弹簧系数/力。
4.根据权利要求3所述的空气悬架系统，其中所述控制器产生多个电控制信号，以便主动地控制所述阀门组件，从而控制进入以及离开所述活塞气囊以及所述主气囊的空气流动。
5.根据权利要求2所述的空气悬架系统，其中所述至少一个空气弹簧组件包括多个空气弹簧组件，每个空气弹簧组件具有一个主气囊以及一个相关联的活塞气囊，所述阀门组件包括用于每个空气弹簧组件的一个分离的阀门组件，并且其中所述控制器响应于这些被识别的系统变化而主动地调整每个所述活塞气囊以及主气囊内的压力，以此通过一种闭环方式维持所述希望的弹簧系数/力。
6.根据权利要求5所述的空气悬架系统，其中所述控制器产生了多个控制信号以便独立于所有其他活塞气囊以及主气囊来控制进入以及离开每个活塞气囊以及每个主气囊的空气供给。
7.根据权利要求5所述的空气悬架系统，该空气悬架系统包括被安装到每个空气弹簧组件上的至少一个减振器，所述控制器产生一个减振器控制信号以调整一个减振特征。
8.根据权利要求7所述的空气悬架系统，其中所述至少一个减振器包括一个电控制的振动缓冲器，并且所述减振特征包括一个减振比。
9.根据权利要求3所述的空气悬架系统，其中所述输入包括驾驶盘角度、偏摆率、横向加速度、车轮速度、制动踏板的致动、或制动压力中的至少一项。
10.根据权利要求3所述的空气悬架系统，其中所述输入包括：驾驶盘角度、偏摆率、横向加速度、车轮速度、制动踏板的致动、以及制动压力。
11.根据权利要求3所述的空气悬架系统，其中所述控制器通过个别地控制进入以及离开每个活塞气囊以及每个主气囊的空气流动对每个所述空气弹簧组件的弹簧力以及弹簧系数持续地进行调整。
12.控制一个空气悬架系统内的气流的一种方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供至少一个空气弹簧组件，该空气弹簧组件包括一个活塞气囊以及围绕所述活塞气囊安装的一个主气囊；并且提供了一个阀门组件，该阀门组件控制进入以及离开该活塞气囊的空气供给；
(b)通过多个传感器来测量多个车辆特征并且产生来自多个传感器的多个传感器信号；
(c)接收这些传感器信号作为输入，分析这些输入以确定用于该空气弹簧组件的对应于一个希望的车辆行为的一个适当的弹簧输出特征，并且产生一个输出信号以改变该空气弹簧组件内的压力从而实现该弹簧输出特征。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该弹簧输出特征包括一个希望的弹簧系数/力。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法包括持续地接收来自多个传感器的多个传感器输入信号，识别多个系统变化，并且响应于所识别的多个系统变化主动地调整该活塞以及主气囊的至少一个中的压力从而以一种闭环方式维持所希望的弹簧系数/力。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，这些输入包括驾驶盘角度、偏摆率、横向加速度、车轮速度、制动踏板的致动、或制动压力。
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