CN103282219A - 可变几何形状的悬架装置和具有此装置的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于车辆的可变几何形状的悬架装置。该装置包括一个弹性可压缩构件（例如一个带螺旋弹簧的减振器）、一个致动器以及支撑结构（例如车辆车架）。该弹性可压缩构件被安装至该支撑结构上以便在该装置可悬吊质量的重力作用下进行压缩。该可压缩构件被安装成使得该可压缩构件的至少一端在一个位移方向上是可移位的，该位移方向具有垂直于该压缩方向的一个分量，从而使得这样的位移改变该悬架装置的几何形状并且由此改变该可压缩构件的压缩量。该致动器被安排成用于使该可压缩构件的该末端在该位移方向上发生位移，从而改变该几何形状并且由此改变该压缩量。其应用包括机动车辆，如汽车和摩托车。

Description

可变几何形状的悬架装置和具有此装置的车辆

领域

本发明涉及可变几何形状的悬架装置。本发明还涉及包含此装置的车辆，例如汽车、摩托车或其他车辆。

背景

现有车辆中提供了悬架装置来将该车辆的悬吊质量与车辆行驶的表面凹凸至少部分地隔离。这样的隔离为形成悬吊质量的一部分的乘客提供了与没有其的情况下相比更平稳的乘驾感觉。现有的悬架装置的目的还有抵抗该车辆的悬吊部分的姿态的不希望的改变，这些改变往往在加速、制动过程中并且在行进方向改变的过程中发生。这样的姿态改变（有时也被称为“车体纵倾”和“车体侧倾”）是不希望的，因为降低了乘客的舒适感并且还降低了车辆在夸张的姿态下的性能，车辆的性能可能会变得无响应或不安全。

悬架装置总体上可以被分为两个类别：被动式悬架和主动式悬架。在被动式悬架装置中，在运行过程中不能改变装置的特性。相比之下，在主动式悬架装置中，可以改变一些特性，通常是试图更彻底地避免上面指明的所不希望的现象。例如，在一些主动式悬架装置中，可以将额外的能量提供至该装置以便在每个悬架点处单独地并且动态地调整车辆的乘驾高度，并且由此减少车体侧倾。在其他的、也许更适当地称为“半主动式悬架”的主动式悬架装置中，可以动态地改变该装置的阻尼器中的流体粘度以便改变该悬架反弹的速率。在运行过程中可以按此方式来改变反弹速率以提供根据车辆运行条件的变化来调整的乘驾特性，例如根据车辆行驶的路面的变化、车辆的速度或车辆是否正在转弯。虽然主动式和半主动式悬架在提高悬架装置的性能方面已经取得了一些成功，但是这样的安排通常是复杂并且昂贵的，并且还可能是大而重的。例如，由于与被动式等效物相比更大的重量和更大的尺寸，使用电液部件来在主动式悬架装置中提供悬吊作用导致初始成本高、使用过程中能耗大、维修成本高并且难以将这些部件组装在车辆内。使用磁流变阻尼器的半主动式安排在使用过程中具有较低的能耗，但一般不如完全主动式安排表现得那样好。

因此，存在需求来提供具有主动式或半主动式悬架的至少一些优点、但是避免了其至少一些缺点的悬架装置。

概述

在一般意义上，本发明的实施例提供了悬架装置，其中该装置的被动式元件的几何形状可以由致动器动态地改变。因此，仍使用多个被动式元件来悬吊相关的质量，但是这些元件的几何形状可以动态地改变以便赋予接近于主动式悬架的性能。由于仍使用了多个被动式元件，因此避免了与现有的主动式悬架安排相关联的许多复杂部件以及相关的缺点。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆的可变几何形状的悬架装置，该装置包括一个弹性可压缩构件、一个致动器安排以及支撑结构，其中：

该弹性可压缩构件被安装在该支撑结构中以便在该装置可悬吊质量的重力作用下进行压缩，

并且其中：

该可压缩构件被安装成使得该可压缩构件的至少一端在一个位移方向上是可移位的，该位移方向具有垂直于该压缩方向的一个分量，从而使得这样的位移改变该悬架装置的几何形状并且由此改变该可压缩构件的压缩量；并且

该致动器安排被安排成用于使该可压缩构件的该末端在该位移方向上发生位移，从而改变该几何形状并且由此改变该压缩量。

该致动器安排可以是可操作的以便以此方式使该可压缩构件的该末端移位。

该致动器安排可以被安排成用于作用于该可压缩构件上以便增大和减小该可压缩构件的该末端在该位移方向上的位移。该致动器安排可以被安排成用于在该位移方向上在该可压缩构件的末端上选择性地施加（即，它可以是可操作的以便选择性地施加）对应的拉伸力和压缩力，由此选择性地增大和减小在该位移方向上的位移。

该可压缩构件可以包括一个弹簧。该可压缩构件可以包括一个阻尼器（在美式英语中有时称为“减震器”）。该可压缩构件可以包括一个阻滞器（inerter）。该可压缩构件可以是包含一个、多个或所有这些部件的一种被动性网络。该可压缩构件可以是包括一个弹簧和/或阻尼器和/或阻滞器的一个支柱。当存在弹簧和阻尼器时，这些可以设置在带螺旋弹簧的减振器安排中。

该可压缩构件可以被安装在该支撑结构中，并且该支撑结构可以被安排成使得在该位移方向上的移动将该可压缩构件压缩或伸长。该可压缩构件可以被安装在该支撑结构中，并且该支撑结构可以被安排成使得在该位移方向上的移动改变该可压缩构件在该支撑结构中的多个安装点之间的距离，从而将该可压缩构件压缩或伸长。该可压缩构件可以被安装在该支撑结构中，并且该支撑结构可以被安排成在该致动器安排未运行的情况下作为被动式悬架装置起作用。该致动器可以用来改变该可压缩构件相对于该支撑结构的位置。该致动器可以用来改变该可压缩构件的这一端相对于该支撑结构的位置。该可压缩构件可以被安装在该支撑结构中并且该支撑结构可以被安排成使得由该装置所悬吊的质量的重量不通过该致动器起作用，或其仅一部分通过该致动器起作用。可以提供一个对应的构件以用于改变该可压缩构件的每端的位置。

该支撑结构可以包括多个枢转地相连接的构件。该支撑结构可以包括一个四连杆系，该杆系的第一杆是用于连接至该车辆的车轮上，并且该杆系的第二杆是用于连接至车辆车架上或是由车辆车架的一部分构成。该可压缩构件的一端可以被连接至该四连杆系的一个杆上。该可压缩构件的另一端可以被连接至该车架上。该可压缩构件的两端均可以被连接至该四连杆系的对应杆上。该可压缩构件的至少一端（可以是该致动器作用于其上的该至少一端）可以通过该致动器安排而连接至该四连杆系的一个杆上，这样使得该致动器安排被安排成用于改变该可压缩构件的这一端相对于（例如沿着）它所连接的那个杆的位置。这可以通过将该可压缩构件的这一端连接至该致动器安排的第一部件上来完成，该第一部件是相对于该致动器安排的第二部件线性地可移位的，该第二部件被连接至该可压缩构件的这一端所连接的这个杆上或形成了这个杆。该致动器安排可以将该可压缩构件的这一端枢转地连接至该相关的杆上。

该支撑结构可以形成双叉臂式悬架安排的至少一部分。该可压缩构件的一个第一端可以被连接至一个叉臂上。该第一端可以是或可以不是以上所指的该至少一端。它可以被枢转地连接。该可压缩构件的一个第二端可以被连接至第二个叉臂上。该可压缩构件的第二端可以被连接至该车架上。该可压缩构件可以通过一个第三叉臂连接至该第二叉臂（或车架）上。该第三叉臂的这些末端可以枢转地连接至该第二叉臂的这些臂（或车架）上。该可压缩构件的第二端可以在第三叉臂的这些末端之间被枢转地连接至第三叉臂上。该致动器可以作用于该可压缩构件被连接至第二叉臂（或车架，视情况而定）上的这端上。该致动器的一个部分可以连接至该可压缩构件被连接至第二叉臂上的这端上。该致动器的另一个部分可以被连接至车架上。

该支撑结构可以形成摩托车的后悬架安排的至少一部分。

该致动器可以包括多个相对于彼此基本上线性可位移的部件，该可压缩部件的这一端被连接至这些部件中的一个上以便使该可压缩部件的这一端在该位移方向上移位。这些部件可以按此方式是可控制地可移位的。该致动器可以包括：

该致动器可以包括在该致动器的作用下围绕一个第一枢轴相对于彼此可枢转的多个部件，该可压缩构件的这一端在与该第一枢轴间隔开的一个第二枢轴处枢转地连接至这些可枢转部件中的至少一个上。

该致动器包括一个电致动器。它可以包括一个电动机。该致动器可以包括将旋转运动转换成线性运动的器件。该致动器的一个部分可以被连接为由一个电动机来驱动。该致动器的另一个部分可以被连接为使该可压缩构件的这一端移位。该致动器可以包括一个滚珠丝杠安排，该电动机的输出轴连接至该滚珠丝杠安排上。该致动器可以包括一个与该电动机的输出轴相连接的蜗轮安排。该致动器可以包括一个齿条与小齿轮安排，该小齿轮是由该电动机任选地经由一个蜗轮而驱动的。该电动机的输出轴可以通过中间驱动装置来连接。

该致动器和该支撑结构的至少一部分可以被安排成用于装配到现有悬架装置上以替代其一部分。换言之，它们可以被“改造”。

该可压缩构件的这一端可以被枢转地连接至一个连杆的一端上，该连杆在该致动器的作用下是围绕其另一端可枢转的以便使这一端在该位移方向上移位。在一个实施例中，该连杆的另一端可以被枢转地安装至该车架上或安装至固定于其上的结构上。在另一个实施例中，该连杆的该另一端可以被枢转地安装至一个摇杆上，该摇杆枢转地安装至该车架上或安装至固定于其上的结构上，其中该摇杆通过一个支柱连接至例如一个轮毂上或连接于其上的叉臂上，这样使得该轮毂的悬吊移动通过该支柱传递至该摇杆并且从该摇杆传递到该连杆再到该可压缩构件。该连杆和该支柱可以被安装在该摇杆的可枢转安装件的任一侧上。可以提供一系列啮合的齿轮将来自该致动器的力矩传输至该连杆。这些啮合齿轮可以是：

根据本发明的第二方面提供了包括根据该第一方面的悬架装置的一种车辆。

该第二方面的车辆可以是汽车，可以是摩托车，可以是另一种形式的车辆。

根据本发明的第三方面提供了用于操作以上限定的装置的方法。

该方法可以包括以下步骤：

a）接收指示了该车轮弹跳和横摆、纵倾、侧倾以及装配了该装置的车辆的弹跳中的一项或多项的至少一个信号，并且

b）对该至少一个信号应用一个传递函数以便产生该弹性可压缩构件的该至少一端的所希望的位移的度量。

该传递函数可以包括：

i）一个位移饱和函数，用于将该位移限制在多个极限值之间；和/或

ii）一个速度饱和函数，用于将该位移的改变速率限制在多个极限值之间。

附图简要说明

将仅通过实例方式并且参考附图来对本发明的具体实施例进行描述，在附图中：

图1示出了来自摩托车的现有后悬架装置；

图2示出了第一实施例的悬架装置；

图3详细地示出了该第一实施例的某些部件，包括悬架支柱的一部分、缓冲杠杆、摇摆板以及致动器；

图4是该缓冲杠杆和该摇摆板的分解视图；

图5是该致动器的分解视图；

图6是该悬架支柱的分解视图，示出了其一个靴形件；

图7示出了来自另一摩托车的现有后悬架装置；

图8示出了第二实施例的悬架装置；

图9详细地示出了该第二实施例的某些部件，包括缓冲杠杆、摇摆板、致动器以及悬架支柱；

图10是该第二实施例的缓冲杠杆和摇摆板的分解视图；

图11是一种驱动安排的局部视图，通过该驱动安排，该第二安排的致动器可以使该悬架支柱的一端移位；

图12示出了第三实施例的悬架装置；

图13详细地示出了第三实施例的某些部件；

图14示出了第四实施例的悬架装置；

图15示出了示出了与一个形成另一实施例的控制系统相关的一个开环式线性化摩托车模型的奈奎斯特图；

图16示出了该控制系统的补偿器的频率响应；

图17是该控制系统使用的方案的示意图；

图18是展示图17的方案的一个流程图；

图19a是第五实施例的透视图；

图19b是该第五实施例的部件的详细视图；

图20是第六实施例的透视图；

图21是该第六实施例的多个部件在第一位置中的详细视图；

图22是该第六实施例的多个部件在第二位置中的详细视图；

图23是该第六实施例的一个替代版本；

图24a是第七实施例的示意图；并且

图24b类似于图24a，但用虚线示出了某些部件向一个第二位置的移动。

某些示例性实施方式的具体说明

图1示出了来自2006铃木GSX-R1000摩托车的现有后悬架装置10。该装置处于四连杆系的形式。该杆系的第一杆是由该摩托车的车架20的后部形成。该杆系的第二杆是由一个拖臂30形成，该拖臂的一端可枢转地安装至该车架20上并且该拖臂的另一端具有安装至其上的后车轮32。该杆系的第三杆是由一个缓冲杠杆40形成，该缓冲杠杆的一端在该拖臂30的安装位置的下方并且与之间隔开的位置处可枢转地安装至该车架20上。该杆系的第四杆是由一对杆50形成，这一对杆各自以一端在缓冲杠杆40大致中间的一个点处可枢转地安装在该缓冲杠杆40上。这一对杆被同轴地安装在该缓冲杠杆40上，其中在缓冲杠杆40的每侧上有这一对杆50中的一个，以便将该缓冲杠杆夹在其间。这一对杆50中各自的另一端是可枢转地安装在该拖臂30上。同样，这些末端是同轴安装的。因此，一个四连杆系被形成为允许该后车轮32沿着围绕该拖臂30可枢转地安装至该车架20上的那一点的弧线的一部分而总体上向上和向下移动。

为了使得现有的悬架安排10完整，提供了一个带螺旋弹簧的减振器悬架支柱60。该悬架支柱60在一端处可枢转地安装至该缓冲杠杆40的自由端（即，该缓冲杠杆40的没有安装在该车架40上的一端）并且在另一端处可枢转地安装至该车架20上。将理解的是，该悬架支柱60的弹簧是弹性地可压缩的，以便向下作用于该拖臂30上并且因此作用于该后车轮32上，并且该阻尼器减弱了该拖臂的移动。这种现有的安排是被动式悬架系统的一个实例。

图2示出了改良的悬架装置100的第一形式，它是本发明的许多可能的实施例中的第一个。该改良的悬架装置100类似于现有的装置10之处在于它也是用于铃木GSX-R1000摩托车的四连杆系安排。然而，现有安排中的某些部件已经经过改良并且已经添加了一些新的部件以便得到一个改良的安排，在这种改良的安排中这种悬架装置100的几何形状是可以被改变的。下面将对此进行详细解释。

继续参照图2，该改良的悬架装置100具有与以上参照图1所描述的现有悬架装置10中相同的车架20、拖臂30以及一对杆50。该改良的悬架装置100包括不同于以上所描述的40的一个改良的缓冲杠杆140、略微改良的悬架支柱160以及以致动器170和摇摆垫180形式的多个新部件。将依次描述这些中的每一个。

该改良的缓冲杠杆140类似于图1的缓冲杠杆40之处在于，一端如以前一样可枢转地安装至该车架20上并且这一对杆50如以前一样可枢转地安装在该缓冲杠杆140上。该缓冲杠杆140的另一端被改良成接收可枢转地安装在其中的摇摆垫180使之围绕一条横向于摩托车长度的轴线而旋转。

参照图4，该摇摆垫180包括一个基板182和两个侧板184。这些侧板沿着该基板180的任一侧被栓接以便将该基板182夹在其间并且这样使得每个侧板184上的一个脊朝另一个对应的脊伸出，从而在其下形成一个凹入通道。每个侧板184包括通过轴承186而轴颈连接在缓冲杠杆140中的一个对应的伸出的栓部。

参照图5，该致动器170包括一个小DC无刷力矩电动机172。该电动机172被栓接至有待由其支撑的摇摆垫180上。一个第一带齿皮带轮173被安装在电动机172的轴上并且由带齿皮带174连接至第二带齿皮带轮175上，该第二带齿皮带轮安装在形成了滚珠丝杠安排的丝杠的螺纹轴176上。该螺纹轴176和该电动机170被安排成使得它们的轴线是平行的、间隔开的并且是沿着摩托车的长度的方向的。

参照图6，本装置100的改良的悬架支柱160总体上类似于以上参照图1所描述的支柱60，但不同的是，该改良的支柱160具有装配到该支柱160的一端上的一个靴形件162以用于连接至该缓冲杠杆140上。该靴形件162包括一个球组件（未显示），该球组件与该螺纹轴176相协作以便形成以上所指的该滚珠丝杠安排。该靴形件162还沿其各侧包括一个凸起，这些凸起一起在该摇摆垫180的凹入通道中是滑动配合的。

在替代的实施例中，可以提供多个安排来减小当该靴形件沿着摇摆垫中的通道移动时在该靴形件与该摇摆垫之间的摩擦。例如，该靴形件还可以在下端处包括一个“轮滑鞋”安排，这样使得它沿着该摇摆垫180的表面像轮滑鞋一样滚动，而不是滑动。这可以减小摩擦。已设想到，这样的安排将包括多个几乎与靴形件162一样宽的圆柱形滚轮，这些圆柱形滚轮可枢转地安装在横向轴上，这些横向轴进而留有足够间隙地附接至靴形件162的下端上使得这些上端或滚轮不会接触到该靴形件。

因此，回到参照图2至6所描述的实施例，该摇摆垫180可枢转地安装在该改良的缓冲杠杆140上。该致动器170固定地安装至该摇摆垫上。该靴形件162以及因此还有该悬架支柱160的没有附接至该车架20上的一端被可滑动地安装在该摇摆垫180中以便在由致动器170的电动机172驱动时在该滚珠丝杠的作用下可以在沿着该摩托车的长度的方向上向前和向后移动。在本安排中，操作该致动器来向前移动该靴形件162会增大或减小（取决于该靴形件162相对于该摇摆垫180的起始位置）该悬架支柱160的长度并且因此会对其弹簧进行解除压缩或压缩，从而减小或增大由该弹簧施加在该悬架装置160的剩余部分上的力。同样地，操作该致动器170来向后移动该靴形件162会增大或减小（同样取决于该起始位置）该悬架支柱160的长度并且还因此会改变由该弹簧施加至该悬架装置160剩余部分上的力。例如，如果该靴形件162的起始位置是在该悬架支柱160的最小压缩点处，则在任一方向上移动该靴形件都将增大压缩。然而，如果该靴形件162的起始位置在最小压缩点的一侧，则在一个方向上移动该靴形件162将增大压缩并且在另一个方向上移动该靴形件162将减小压缩。

在操作中，设想到，通过合适的控制系统、根据合适的控制方法对该致动器170进行操作以便提供改善的悬架性能并且因此提供该摩托车的改善的驾驶、操控及稳定性。以下将参照图15至17对合适的控制系统和方法进行描述。例如，设想到，动态地控制致动器170以减少特别是在运动摩托车和其他高性能摩托车中经历的悬架振荡可能与由于转向引起的运动相互作用而造成该摩托车摇晃、有时是无法控制的一种现象。这种现象被称为“转弯摇晃”。还设想到，控制该致动器170以改变乘驾高度。

将理解的是，以上描述的该改良的悬架装置100允许与现有安排中所使用的这些被动式部件相类似地改变被动式部件的几何形状。以此方式改变几何形状允许对该悬架装置的一些主动式控制，但是没有主动式或半主动式悬架系统所要求的复杂的且昂贵的部件。相反，可以使用简单明了的被动式组件。另外，该几何形状可以用低的致动力以及因此低功率需求和能耗来改变。还应注意的是，如果在该改良的悬架装置100中致动器170失效并且停止运作的话，这些被动式部件将继续工作。这是与部件失效通常会导致该悬架系统整体失效的主动式悬架安排的另一个区别。

图7示出了来自2007铃木GSX-R1000摩托车的现有后悬架装置300。2007型的悬架装置与以上参照图1所描述的2006型的非常相似，但不同之处在于（继续参照图7），该缓冲杠杆340没有连接在该车架320与这一对杆350之间。而是，该缓冲杠杆340是连接在该拖臂330与这一对杆350之间的。这一对杆350的另一端可以被连接至该车架320上。换言之，该缓冲杠杆340被安装在这一对杆350的位置中，并且这一对杆350被安装在该缓冲杠杆340的位置中。该拖臂330以及这一对杆350在缓冲杠杆340上的安装点是在缓冲杠杆340的一端上，其中该拖臂安装点是高于这一对杆350的安装点。该缓冲杠杆340向前伸出而使得其另一末端是在刚才描述的两个安装点的前面。该悬架支柱360的一端被安装至该缓冲杠杆340的这个前端上，并且该悬架支柱360的另一端被安装至该车架上。因此，如在2006安排中，该悬架支柱360被安装在该缓冲杠杆340和该车架320上。

现在将参照图8至10对类似于以上参照图2至6所描述的第一形式的一种第二形式的改良的悬架装置400进行描述。这构成了第二实施例。

继续参照图8，如同第一实施例一样，在这个实施例中提供了一个改良的缓冲杠杆440。这个实施例的改良的缓冲杠杆440被安装至该拖臂330和这一对杆350上，就像这种2007型的标准缓冲杠杆340的情况一样。然而，如在该第一实施例中，这个实施例中的改良的缓冲杠杆440被安排成接收一个枢转地安装在其中的摇摆垫480。这个实施例的改良的缓冲杠杆440被安排成用于将摇摆垫480接收在其前端中。

该摇摆垫480的安排类似于该第一实施例之处在于它被安排成用于接收一个被连接至悬架支柱460的末端上的靴形件462，而该悬架支柱没有连接至该车架320上。该摇摆垫480接收该靴形件462使得它在基本上平行于该悬架支柱460的作用方向的方向上被保留在该摇摆垫中，但是这样使得该靴形件462因此还有连接至其上的悬架支柱460的这个末端可以相对于该摇摆垫480前后滑动。更多细节在图9和图10示出。

参照图9，本实施例还包括一个致动器，该致动器具有一个小DC无刷力矩电动机472。该电动机472被栓接至有待被其支撑的摇摆垫480上。蜗轮473被安装至该电动机472的输出轴上并且与小齿轮474啮合，该小齿轮也被安装至该摇摆垫480上。该小齿轮474进而与齿条齿轮463啮合，该齿条齿轮被固定在该悬架支柱460的靴形件462上。

本实施例的操作类似于该第一实施例的操作：可以运行该电动机472以使该靴形件462、并且因此使它所连接的该悬架支柱460的末端相对于该摇摆板480前后移动，并且由此对该悬架支柱460进行解除压缩或压缩，这取决于移动方向和移动的起始位置。

图12和13所示的第三实施例也在2007铃木GSX-R1000上使用。在这个实施例中，使用了另外一种改良的缓冲杠杆540。这种缓冲杠杆540照样安装在该拖臂330与这一对杆350上。然而，该缓冲杠杆540被改良成具有一对平行轴580，这一对平行轴在向前方向上从该缓冲杠杆540伸出并且被并排地安排。该悬架支柱560具有一个托架562，该托架可枢转地连接至该悬架支柱没有固定到车架320上的末端上。该托架562具有贯穿其中的一对孔口，这一对孔口被安排成使得该托架是这一对轴580上的一个滑动配件。

电动机570被安装至该缓冲杠杆540上并且被连接成通过一个滚珠丝杠安排使该托架562相对于其移动，该丝杠被安装在该缓冲杠杆540中以便旋转并且该滚珠位于该托架562中。操作照旧。

图14示出了改良的悬架安排的第四实施例。在这个实施例中，提供了用于汽车的可变几何形状的悬架安排600。这种汽车的悬架安排是双叉臂类型的，其中上叉臂610和下叉臂620在其末端处各自可枢转地连接至该汽车车架上（未显示），并且在它们的中部被连接至用于支撑车轮的轮毂630上（未显示）。如常规的，带螺旋弹簧的减振器悬架支柱640的下端在与该车架间隔开的位置处可枢转地连接至该下叉臂620上。

然而，本安排600不同于传统的安排之处在于该悬架支柱640的上端是可移动地安装的。在本实施例中，该悬架支柱640的上端是可枢转地连接至该第三叉臂650的中部，该第三叉臂的这些末端是在沿着该上叉臂610的每一侧的中间可枢转地连接的。一个致动器（仅在图14中示意性地表示出）安装在该车架与该悬架支柱640的上端之间以便总体上将该支柱640的末端朝向和远离该车架而移位，这样使得该支柱640被解除压缩或被压缩，这取决于位移的方向和该支柱640移位的起始位置。设想到，该致动安排以类似于以上在第一、第二和第三实施例中所描述的方式来使用电动机和相关联的驱动机构。

现在将描述在上述这些实施例中适用于控制该致动器的控制系统。虽然下面描述的一般原理适用于上文中描述的所有实施例，但是下面描述的特定的控制系统是用于控制图1至13中摩托车的实施例的。

在本实施例的控制系统中，该致动器被视为一个单一输入单一输出的位移控制器，该控制器对该摩托车的横摆率作出反应。选择横摆率作为反馈控制信号，因为它是实际可测量的并且因为横摆自由度系统地参与了该摩托车的摇晃振荡。为了设计该反馈控制器以减少这种摇晃，参考了提供从致动器位移至横摆率的信号传输路径的一个开环线性化摩托车模型的奈奎斯特图，。这在图15中被示出。更确切而言，图15示出了从可变几何形状致动器的位移d_a至横摆率

的开环摩托车传递函数的奈奎斯特图。该摩托车前进速度是75m/s并且该侧倾角为15度。与摇晃对应的频率27.5rad/s用a+示出。

继续参照图15，这个图应该根据正反馈惯例进行解释，其中重要实轴点是+1，而不是-1。考虑了对缓慢转弯、高速前进的条件作出的频率响应，在这种操作条件下，摇晃可能对道路力剧烈地作出响应，从而导致摩托车的不稳定。该摇晃模式频率为27.5rad/s并且该摆动模式频率为47.9rad/s。图15中的奈奎斯特图示出了：为了改善该摇晃模式的稳定性，需要对摇晃模式频率（用a+示出）进行约+130°的相位补偿。这也有利于在摆动模式频率中减少该频率响应的增益，以便降低该控制器带宽并且节约致动器功率。进一步的要求是使控制器的非常低的频率增益接近零，从而使得当达到恒定的横摆率转弯平衡条件时，该致动器恢复其默认（偏移）位置。一种实现这些目的的二阶补偿器方案是：d_a=K(s)sψ，其中s是拉普拉斯变量，sψ是横摆率并且

$K\left(s\right)=\frac{k_{c}s}{s^2+2\mathrm{\ζ\ωs}+{\mathrm{\ω}}^2}.$    （等式1）

发现下面的参数值是合适的：k_c=-5，ζ=0.5，ω=10

图16展示了这种补偿器的频率响应，图中示出了频率响应K(s)，其中横摆率是输入并且致动器位移是输出。

所得的控制器是线性的并且将基于该致动器可实现任何大小的位移这一假设来进行操作。实际上，这是不正确的并且仅有非常有限的位移空间是可获得的。基于标准悬架的简单检验，合理的是假设：远离中心位置上至±25毫米的位移是可能的。为了将在等式1中的线性补偿器的响应限制在这些边界内，该控制器按照一个积分器抗饱和方案增大，如图17中所示。横摆率是输入并且该饱和的可变几何形状的位移d_a是输出。该方案利用具有在图17中用标记为A和B的区域内部的较大方框所示的两个平滑的饱和函数，使得不超过该致动器位移和致动器速度（v_a）的值的上限和下限。该位移饱和函数A具有等式2所示的形式，其中该速度饱和函数B具有类似的形式，具体显示在等式3中。当该方案中无约束位移输出

在位移输出的d_amin与d_amax之间时，d_a具有与

相同的值，否则该饱和函数取决于已经达到哪个极限值而返回d_amin或d_amax。s_c是形状常数，它决定了该非饱和与饱和之间的过渡的锐度。通过仿真试验确立了：s_c=5000，k_d=10000并且k_v=3000是合适的。通过使用位移饱和函数A，该致动器的位移、以及连接至其上而与之一起移动的多个部件可以被限制而无需机械停止件。这提供了一个更简单且更轻的机械安排。

$d_a=(-\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c({\tilde{d}}_a-d_{a\max })\right)+\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c({\tilde{d}}_a-d_{a\min })\right)){\tilde{d}}_a+(\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c({\tilde{d}}_a-d_{a\max })\right)+\frac{1}{2})d_{a\max }$

$-(\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c({\tilde{d}}_a-d_{a\min })\right)-\frac{1}{2})d_{a\min }$

（等式2）

约束该致动器速度以便减小该致动器所需要的峰值力和功率，并且同样的，通过试错法发现，有利的是将其值约束在±1.15米/秒内而不会有任何性能损失。图17中所示的方案的参数值是k_c=-5，ζ=0.5，ω=10，k_d=10000，k_v=3000并且d_a0=0.015m。速度饱和函数在图17中标记为B并且根据等式3其输出是

${\hat{v}}_a=v_a-[(-\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c(v_a-v_{a\max })\right)+\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c(v_a-v_{a\min })\right))v_a+(\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c(v_a-v_{a\max })\right)+\frac{1}{2})v_{a\max }$ $-(\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c(v_a-v_{a\min })\right)-\frac{1}{2})v_{a\min }]$

（等式3）

图17中的方案以流程图形式的表示被显示在图18中。将了解的是，这仅是通过实例的方式，并且在其他实施例中可以采取不同的途径。特别是在括号中所示的流程图部分仅是通过实例的方式的。

在其他实施例中，设想到车辆的纵倾率和/或侧倾率和/或反弹和/或车轮的反弹可能与横摆率一起或作为其替代物而输入至该方案中。在其他实施例中，还设想到，控制系统的参数值可以根据该车辆的操作条件（如前进速度、横向加速度（转弯强度）和纵向加速度）动态地改变。

在第五实施例中，提供了致动安排800的实例，该安排是用于类似于参照图19a和19b中所示并且描述的双叉臂式悬架安排的。这个第五实施例的安排800不同于该第四实施例并且类似于传统的安排之处在于，该悬架支柱的内侧端没有连接至第三叉臂上。

参照图19a，这个第五实施例的致动安排包括一个电动机810，该电动机被连接成驱动一个壳体840以及连接杆安排。现在将详细描述所有这些。

参照图19b，该电动机810具有固定至其上的一个减速齿轮安排812并且该电动机810的输出轴（未显示）被连接至该减速齿轮安排上。在齿轮安排812的输出端处提供了一个环形的齿轮813，该齿轮被固定至该齿轮安排812的外壳上并且因此固定至该车架820上。该齿轮安排812的输出轴814穿过该环形齿轮813中心的一个孔洞并且还穿过一对平行的、间隔开的、固定至该车架820上的凸耳支撑件815中的每一个。该输出轴814可旋转地轴颈连接在这些凸耳支撑件815中。

该壳体840采取两个平行间隔开的臂的形式。每个臂的内侧端被固定在该齿轮安排812的输出轴814上，以便将这些凸耳支撑件815夹在这两个臂之间。因此，该壳体840随着该输出轴814围绕这些凸耳支撑件815是可枢转的。邻近该齿轮安排812的壳体840的臂携带了安装在该臂上的两个用于相对于其进行旋转的中间齿轮842。这两个中间齿轮842彼此啮合并且离该环形齿轮813最近的齿轮与该环形齿轮813啮合。

该连接杆850也采取两个平行的间隔开的臂的形式，每个臂在该壳体840的外侧端处可枢转地连接在该壳体840的这些臂中对应的一个上。该连接杆850与该壳体840携带了这些中间齿轮842的臂相邻的这个臂具有连接至其上的一个连接杆齿轮852。该连接杆齿轮852与这些中间齿轮842中的外侧齿轮啮合并且被固定在该连接杆850的相邻臂上。该连接杆850未连接至该壳体840上的每个臂的末端可枢转地连接至该悬架支柱640的第二端上，使得该第二端被夹在连接杆850的这两个臂之间。

运行该电动机810会致使该齿轮安排812的轴814相对于该齿轮安排812的外壳旋转。当该轴814被固定在该壳体840上时，这还致使该壳体840相对于该齿轮安排812的外壳旋转并且因此相对于固定在外壳上的该环形齿轮813旋转。这致使与该环形齿轮813啮合的该中间齿轮842旋转，进而致使另一个中间齿轮842和该连接杆齿轮852旋转。以此方式旋转该连接杆齿轮852致使该连接杆850相对于该壳体840旋转。该安排就是这样可控制地压缩或解除压缩该悬架支柱640。该致动安排800可以根据以上描述的控制系统进行控制。

图20示出了改良的悬架安排的第六实施例。同样，在这个实施例中，提供了一种用于汽车的可变几何形状的悬架安排700，该安排与第五实施例相类似地是双叉臂类型的。因此，上叉臂710和下叉臂720各自在内侧端处连接至车架705上并且在其外侧端处连接至用于支撑车轮的轮毂730上。

该悬架安排700不同于传统的叉臂安排之处在于带螺旋弹簧的减振器悬架支柱不是装配在该车架705与该轮毂730或下叉臂720之间的。而是，带螺旋弹簧的减振器悬架支柱735是安装在内侧的并且被安排成使其轴线总体上平行于该车架705的前后中心线。

该悬架支柱735的第一端可枢转地安装在该车架705上。该悬架支柱735的第二端可枢转地连接至一个中间安排740上，该中间安排也可枢转地安装在车架705上。一个普通支柱750的一端也可枢转地连接在该中间安排740上，该普通支柱的另一端可枢转地连接在该下叉臂720的外侧端上。整个安排如此使得该中间安排740用作安装在该车架705上的可枢转杠杆来将该普通支柱750连接至该悬架支柱735上，并且如此使得由该车辆轮毂730的上下移动导致的普通支柱750通过该中间安排740在其安装件上的枢转而转化成压缩和延伸该悬架支柱735。以此方式，车架705被悬吊。

然而该中间安排740没有被固定并且替代地是被安排成用于改变该悬架安排700的几何形状。现在将对此进行解释。

参照图21，该中间安排740是由若干个部件构成的：框架741、电动机742、一个第一齿轮机构743、一个第二齿轮机构744以及一个连接杆745。现在将对每一个进行解释。

该框架741是由两个间隔开的钢板形成的。每块板总体上与另一块相同并且接近一个直角三角形。该框架741是通过将这些板中较低的一个在其直角拐角附近枢转地安装而被安装在该车架705上的。

该电动机742被安装在该车架705上。该电动机742的输出轴在该框架741的两块板之间延伸、与被安装在该车架705上的拐角相邻、并且携带了一个第一锥齿轮（未显示）。

该第一齿轮机构743由一个第二锥齿轮743a和一个第一皮带齿轮743b构成，这两个齿轮均安装在一个枢转地安装在上部板中并与该直角拐角相邻的轴上，其中齿轮743a、743b位于该上部板的任一侧并且该第二锥齿轮743a与该第一锥齿轮啮合。

该第二齿轮机构744是由一个第二皮带齿轮744a构成，该第二皮带齿轮是被安装在该上部板的两个非直角拐角中的一个内侧拐角中。皮带746将该第一皮带齿轮743b和第二皮带齿轮744a彼此连接。

该连接杆745由两部分组成，这两部分在一端处枢转地连接至这些板中对应的一个上、是在该板的内侧非直角拐角处，并且如此是位于这两块板之间的。该连接杆在一端处被连接至该第二齿轮机构744上以便由此是可旋转的。该连接杆745的这两部分的另一末端被可枢转地连接至该悬架支柱735的第二端上，使得该悬架支柱735的第二端是在该连接杆745的这两部分之间。

该框架741的一个外侧非九十度拐角接收该普通支柱750的内侧端。

在操作中，根据例如以上描述的控制系统来操作该电动机以便驱动该第二锥齿轮743a以及随后的该第一皮带齿轮743b。该第一皮带齿轮743b通过该皮带746被连接至该第二皮带齿轮744a上并且因此致使该齿轮被驱动。驱动该第二皮带齿轮744a就驱动了该减速机构来相对于该框架741旋转该连接杆745。如图22中可见，以类似于其他实施例中已经描述的方式来旋转该连接杆改变了该悬架安排700的几何形状。

现在将参照图23对以上参照图20至22所描述的该第六实施例的替代版本进行描述。在这个版本中，该中间安排740被一个可变的蝶形安排900替换。该蝶形安排900包括两个总体上三角形的翼部分910、920。每个翼部分910、920在对应的拐角处可枢转地附接在彼此上并且附接至该车架705上，使得一个翼部分910总体上位于该枢转点内侧并且另一个翼部分920总体上位于该枢转点外侧。以此方式，该两个翼部分910、920是相对于彼此可枢转移动的，枢转轴线是基本上垂直于每个翼部分910、920的平面。每个翼部分910、920的一个拐角是通过一个两件式连接器930而连接至对应的另一部分上的，这两个件是可枢转地彼此连接的，其中枢转轴线基本上平行于将这些翼部分910、920连接至该车架705上的枢轴的轴线。

该内侧翼部分910的剩余拐角是可枢转地连接至该悬架支柱735的第二端上。该外侧翼部分920的剩余拐角是可枢转地连接至该普通支柱750（图23中未显示）的内侧端上。

虽然未显示，但是设想到将合适的致动器连接至该两件式连接器930上以便使得其枢转点朝向和远离这些翼部分910、920被连接在一起并且被连接至该车架705上的枢转点而移动。这具有以下作用：改变该悬架支柱735的第二端与该普通支柱750的内侧端之间的距离，并且还改变这两个翼部分910、920的相对角位置，由此改变该安排的几何形状。同样，这种致动可以根据以上描述的控制系统进行控制。

图24a示出了第七实施例的示意性形式。这个实施例提供了用于摩托车的可变几何形状的悬架装置并且该装置类似于参照图2至14中所示出和描述的第一和第三实施例。然而，虽然这些实施例依赖于各种形式的线性致动来改变该悬架的几何形状，但是本实施例在该悬架装置的多个部件之间、或在该车架与该悬架装置的一个或多个部件之间施加了力矩以便改变该悬架装置的几何形状。设想到，至少在某些安排中，有效施加力矩比有效地进行线性位移更方便。

参照图24a，这种安排的可变几何形状的悬架安排1000包括一个传统的摇臂1010，该摇臂以传统的方式安装至一个主框架1020上。带螺旋弹簧的减振器悬架支柱1030的第一端以传统的方式安装在该框架1020上。然而，该悬架支柱1030的第二端可枢转地连接在一个悬架连杆1040上，该悬架连杆进而可枢转地连接至该摇臂1010上。该悬架连杆1040在与该摇臂1010同该框架1020之间的连接点间隔开的位置处被朝向后车轮1025连接至该摇臂上。虽然未显示，但是提供了一个致动器机构，该致动器机构是可操作来改变该悬架连杆1040与该摇臂1010之间的角度。设想到，可以使用几乎任何形式的、可操作来在这两个部件之间施加力矩的致动器。然而，具体而言，设想了一种机电安排，例如类似于该第五和第六实施例中所使用的。

图24b示出了该悬架连杆1040在该致动器的作用下可以如何相对于该摇臂1010旋转。可以看出该悬架支柱1030的第二端移动过一个角度α。这样的结果是进一步压缩该悬架支柱并且还改变该车轮移动与该悬架支柱之间的运动定量。因此，可以改变该悬架的几何形状。

设想到，这个实施例的装置还可以根据如在此披露的控制系统进行控制。

图25中示出了该第六实施例的替代版本。在这个替代版本中，用一个正齿轮安排来替代在之前描述的该第六实施例的版本中的这种锥齿轮和皮带安排。图26a、26b和26c示出了该安排的致动作用如何改变该悬架装置的几何形状。

Claims (15)

1.一种用于车辆的可变几何形状的悬架装置，该装置包括一个弹性可压缩构件、一个致动器以及支撑结构，其中：

该弹性可压缩构件被安装至该支撑结构上以便在该装置可悬吊质量的重力作用下进行压缩，

并且其中：

该可压缩构件被安装成使得该可压缩构件的至少一端在一个位移方向上是可移位的，该位移方向具有垂直于该压缩方向的一个分量，从而使得这样的位移改变该悬架装置的几何形状并且由此改变该可压缩构件的压缩量；并且

该致动器被安排成用于使该可压缩构件的该末端在该位移方向上发生位移，从而改变该几何形状并且由此改变该压缩量。

2.根据权利要求1所述的装置，其中该可压缩构件被安装在该支撑结构上，并且该支撑结构被安排成使得该位移方向上的移动将该可压缩构件压缩或伸长。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中该可压缩构件被安装在该支撑结构上，并且该支撑结构被安排成在该致动器未运行的情况下作为被动式悬架装置起作用。

4.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中该致动器被安排成用于改变该可压缩构件相对于该支撑结构的位置。

5.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中该致动器被安排成用于改变该可压缩构件的这一端相对于该支撑结构的位置。

6.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中该支撑结构包括一个四连杆系，该杆系的第一杆是用于连接至该车辆的车轮上并且该杆系的第二杆是用于连接至该车辆车架上或是由该车辆车架的一部分构成，该可压缩构件的一端被连接至该四连杆系的一个杆上，该可压缩构件的另一端被连接至该车架上，该致动器起作用来改变该可压缩构件的这一端沿着它所连接的该四连杆系中的那个杆的位置，从而使该一端移位。

7.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的装置，其中该支撑结构形成了一种双叉臂式悬架安排的至少一部分，该可压缩构件的一个第一端被连接至一个叉臂上，该可压缩构件的一个第二端通过可移动器件而连接至第二个叉臂上，该致动器被安排成作用于该可移动器件上以便使该可压缩构件的第二端移位。

8.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中该致动器是一个电致动器、并且任选地包括一个电动机。

9.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中，该致动器包括用于将旋转运动转换成线性运动的器件，例如该电动机的输出轴被连接至其上的一个滚珠丝杠安排和/或该电动机的输出轴被连接至其上的一个蜗轮安排。

10.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中该致动器和该支撑结构的至少一部分被安排成用于装配到现有悬架装置上以替代其一部分。

11.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中该可压缩构件的这一端是可枢转地连接至一个连杆的一端上，该连杆在该致动器的作用下是围绕其另一端可枢转的以便使这一端在该位移方向上移位。

12.一种包括根据以上权利要求中任一项所述的悬架装置的车辆。

13.一种用于操作根据以上权利要求中任一项所述的装置的方法，该方法包括以下步骤：

a）接收指示了车轮弹跳和横摆、纵倾、侧倾以及装配了该装置的车辆的弹跳中的一项或多项的至少一个信号，并且

b）对该至少一个信号应用一个传递函数以便产生该弹性可压缩构件的该至少一端的所希望的位移的度量，其中该传递函数包括：

i）一个位移饱和函数，用于将该位移限制在多个极限值之间；和/或

ii）一个速度饱和函数，用于将该位移的改变速率限制在多个极限值之间。

14.根据权利要求12所述的方法，其中该位移饱和函数基本上具有以下形式：

$d_a=(-\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c({\tilde{d}}_a-d_{a\max })\right)+\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c({\tilde{d}}_a-d_{a\min })\right)){\tilde{d}}_a+(\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c({\tilde{d}}_a-d_{a\max })\right)+\frac{1}{2})d_{a\max }$

$-(\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c({\tilde{d}}_a-d_{a\min })\right)-\frac{1}{2})d_{a\min }$

其中d_a是饱和的可变几何形状的位移；

是无约束的位移输出；并且s_c是形状常数，该形状常数决定了非饱和与饱和之间的过渡锐度。

15.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中该速度饱和函数基本上具有以下形式：

${\hat{v}}_a=v_a-[(-\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c(v_a-v_{a\max })\right)+\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c(v_a-v_{a\min })\right))v_a+(\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c(v_a-v_{a\max })\right)+\frac{1}{2})v_{a\max }$

$-(\frac{1}{\mathrm{\π}}\arctan \left(s_c(v_a-v_{a\min })\right)-\frac{1}{2})v_{a\min }]$

其中

是饱和的致动器速度；v_a是致动器速度；并且s_c是形状常数，该形状常数决定了非饱和与饱和之间的过渡锐度。

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