CN104589946A - 悬架系统以及控制活塞在减震器壳体中的运动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种悬架系统及一种控制活塞在减震器壳体中的运动的方法。悬架系统包括：活塞；液压马达，其包括与压缩容积流体连通的第一端口和与扩展容积流体连通的第二端口；发电机，其操作性地耦联于液压马达，其中，在第一操作状态，发电机被作为电动马达驱动以使得液压马达被作为液压泵操作从而将主动力施加至活塞，并且在第二操作状态，发电机抵抗运动使得液压马达将阻尼力施加至活塞。

Description

悬架系统以及控制活塞在减震器壳体中的运动的方法
本申请是申请人“黎凡特电源公司”于2012年3月19日提交(进入国家阶段的日期为2010年7月29日)的、申请号为201080041636.0(PCT/US2010/002116)、名称为“液压能转化”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的方面涉及震动吸收器系统并且更具地涉及获取与相关运动相关联的能量的震动吸收器系统。
背景技术
典型的汽车悬架系统包括消散与悬架运动相关联的能量的震动吸收器。震动吸收器典型地包括减震器壳体，能够在压缩行程和扩展行程中运动的活塞定位在该壳体内。孔口定位在活塞中。当活塞运动时，活塞的运动致使高粘性流体穿过孔口以便使悬架运动减震。
申请人已经指出，传统的震动吸收器在提供阻尼时以热的形式浪费大量的能量。如果获取该能量，则能够有益地为车辆提供能量。
发明内容
本发明的方面涉及一种获取与减震器中的相关运动相关联的能量的馈能震动吸收器，同时还提供相当于或者超过传统的震动吸收器的行驶平顺性。
根据本发明的一方面，提供一种悬架系统，所述悬架系统包括：
活塞，所述活塞设置在容纳有液压流体的容积中，从而所述容积被分为压缩容积和扩展容积，其中，在第一模式中所述活塞运动通过压缩行程的至少一部分以从所述压缩容积中排出液压流体，并且在第二模式中所述活塞运动通过所述扩展行程的一部分以从所述扩展容积中排出液压流体；
液压马达，所述液压马达包括第一端口和第二端口，所述第一端口与所述压缩容积流体连通并且所述第二端口与所述扩展容积流体连通；
发电机，所述发电机操作性地耦联于所述液压马达，其中，在第一操作状态，所述发电机被作为电动马达驱动以使得所述液压马达被作为液压泵操作从而将主动力施加至所述活塞，并且在第二操作状态，所述发电机抵抗运动使得所述液压马达将阻尼力施加至所述活塞。
根据本发明的另一方面，提供一种系统，所述系统包括：
壳体，所述壳体包括压缩容积和扩展容积；
活塞，所述活塞设置在所述壳体中，在第一模式中所述活塞运动通过压缩行程的至少一部分以使液压流体从所述压缩容积运动，并且在第二模式中所述活塞运动通过扩展行程的一部分以使液压流体从所述扩展容积运动；
液压马达，所述液压马达包括第一端口和第二端口，其中所述液压马达构造和设置成在第一操作状态下作为液压马达被操作以及在第二操作状态下作为液压泵被操作；
位于所述压缩容积和所述第一端口之间的流体路径；
位于所述扩展容积和所述第二端口之间的流体路径；
发电机，所述发电机操作性地耦联于所述液压马达；以及
旁路，所述旁路提供位于所述压缩容积和所述扩展容积之间从而在所述系统的至少一个操作点期间绕过所述液压马达的流体路径。
根据本发明的又一方面，提供一种控制活塞在减震器壳体中的运动的方法，所述方法包括：
在第一操作状态期间将由液压马达提供的主动力施加至布置在包括压缩容积和扩展容积的壳体内的活塞上，其中，所述压缩容积和所述扩展容积容纳液压流体；
在第二操作状态期间将由所述液压马达提供的阻尼力施加至所述活塞上；以及
使液压流体流过位于所述压缩容积和所述扩展容积之间从而在所述系统的至少一个操作点期间绕过所述液压马达的流体路径。
根据本发明的还一方面，馈能震动吸收器包括具有压缩容积和扩展容积的壳体。活塞设置在壳体中。在第一模式中，活塞运动通过压缩行程的至少一部分以使压缩容积中的液压流体加压。在第二模式中，活塞至少部分地运动通过扩展行程以使扩展容积中的液压流体加压。液压马达包括第一端口和第二端口。第一端口与压缩容积流体连通并且第二端口与扩展容积流体连通。液压马达始终与活塞同步地运动。储液器具有储液器容积。在第一模式中，一个或多个阀提供液压马达的第二端口与储液器之间的流体连通。在第二模式中，该一个或多个阀提供液压马达的第一端口与储液器之间的流体连通。
根据本发明的又一方面，馈能震动吸收器包括具有压缩容积和扩展容积的壳体。活塞设置在该壳体中。在第一模式中，活塞运动通过压缩行程的至少一部分以使液压流体从压缩容积运动。在第二模式中，活塞至少部分地运动通过扩展行程以使液压流体从扩展容积运动。液压马达包括第一端口和第二端口。第一端口与压缩容积流体连通并且第二端口与扩展容积流体连通。当在旁路模式中时，一个或多个阀提供压缩容积与扩展容积之间的流体连通以绕过液压马达，从而在不提供大阻尼的情况下允许活塞运动。
根据本发明的再一方面，馈能震动吸收器包括具有压缩容积和扩展容积的壳体。活塞定位在该壳体中。在第一模式中，活塞运动通过压缩行程的至少一部分以使压缩容积中的液压流体加压。在第二模式中，活塞至少部分地运动通过扩展行程以使扩展容积中的液压流体加压。当在第一模式中时，一个或多个阀为从压缩容积运动到液压马达的入口的液压流体以及为从液压马达的出口朝向扩展容积运动的流体提供流体路径。在第二模式中，该一个或多个阀为从扩展容积运动到液压马达的入口的液压流体以及为从液压马达的出口朝向压缩容积运动的液压流体提供流体路径。该一个或多个阀构造成允许液压马达与活塞不同步地运动。储液器具有储液器容积并且与液压马达的出口流体连通。一个或多个馈能震动吸收器组装到车辆的悬架系统中。悬架系统的阻尼主要由该一个或多个馈能震动吸收器提供。
根据本发明的另一方面，馈能震动吸收器包括具有压缩容积和扩展容积的减震器壳体。活塞设置在减震器壳体中。在第一模式中，活塞运动通过压缩行程的至少一部分以使压缩容积中的液压流体加压。在第二模式中，活塞至少部分地运动通过扩展行程以使扩展容积中的液压流体加压。馈能震动吸收器还包括马达/发生器壳体。液压马达结合到马达/发生器壳体中并且包括第一端口、第二端口和输出部。第一端口与压缩容积流体连通并且第二端口与扩展容积流体连通。发电机至少部分地处于马达/发生器壳体内部。发电机以没有与滑动摩擦相关联的密封件的方式耦联于输出部。可包括液压控制机构以控制液压马达的端口与减震器壳体的压缩容积和扩展容积之间的流体连通。
附图说明
附图并不意于按比例绘制。在附图中，在各个图中图示的每个相同或几乎相同的部件由相同的数字表示。为了清楚的目的，并未在所有附图中标示出所有部件。在附图中：
图1是根据一个实施方式的馈能震动吸收器系统的功能框图。
图2是馈能震动吸收器系统的一个实施方式的液压原理图。
图3A和3B是用于控制图2的实施方式中的液压流的阀的液压原理图。
图3C是由图3B的原理图表示的阀的横截面图。
图4A和4B示出了可在图2的实施方式中使用的可替代的液压控制机构的液压原理图。
图5是系统的液压原理图，该系统包括用于锁定馈能震动吸收器的位置的锁。
图6是仅在扩展行程期间提供阻尼的一个实施方式的液压原理图。
图7A-7C是集成在共用的马达/发生器壳体中并且没有摩擦轴密封件的液压马达和发电机的横截面图。
图7D是包括摩擦密封件并且从外部连接于发电机的液压马达的横截面图。
图8是根据另一实施方式的馈能震动吸收器系统的液压示意图。
图9是控制器的示意图，该控制器可用于控制从馈能震动吸收器系统输出至输出负载的能量的量并且控制震动吸收器系统的阻尼。
具体实施方式
该系统的方面涉及馈能震动吸收器。震动吸收器的实施方式可包括壳体和活塞，当减震器进行压缩时活塞至少部分地运动通过压缩行程。另外当减震器进行扩展时活塞可以至少部分地运动通过扩展行程(即，活塞可以是双动式的)。当活塞运动时，液压流体被加压并且运动以驱动液压马达。液压马达进而驱动产生电能的发电机，可以将该电能提供至车辆。
根据一个方面，活塞通过壳体的运动始终与液压马达的相应的运动相关联。即，震动吸收器与液压马达之间的流体连接可以构造成：与活塞通过压缩容积的运动相关联的液压流体的压力始终迫使液压马达在第一方向上运动。类似地，与活塞通过扩展容积的运动相关联的液压流体的压力始终迫使液压马达在与第一方向相反的第二方向上运动。在这方面上，活塞和液压马达可以始终彼此同步地运动(此处可以等同地描述为同相或步调一致)。防止了在一些馈能震动吸收器系统中存在的液压马达的惯性滑行。如此处所使用的术语“惯性滑行”指的是：与通过活塞运动所排出的流体相比，马达以驱动更多的流体的速率进行旋转。如果在发电机上的阻尼力小于液压马达的质量的旋转减速中存在的力，则会发生惯性滑行。
根据另一方面，可以在具有较少的阀或没有阀的情况下形成震动吸收器壳体与液压马达之间的流体连接。减小或者消除震动吸收器和液压马达之间的例如滑阀或止回阀的大量阀(即：无阀)可减小通常与液压流体通过这种阀的运动相关联的能量损失。该方面可改善馈能震动吸收器系统的能量效率。
根据另一方面，该系统可包括储液器，该储液器的尺寸设置成用以适应与活塞杆进入和离开震动吸收器壳体的运动相关联的液压系统的容积的变化。储液器可定位在液压马达的出口处(即：低压侧)。具有在不同的方向上操作的液压马达的馈能减震器系统的实施方式可以包括一个或多个阀，该一个或多个阀操作以便保持储液器定位在液压马达的出口处，因为流体可以根据操作模式在不同的方向上运动离开液压马达。
然而该系统的另一方面可允许液压马达用作液压泵以向活塞施加力。这可以通过驱动作为电动马达的发电机来实现。电动马达进而可驱动作为液压泵的液压马达，尽管可替代地可以使用单独的液压泵。
另外的方面涉及改变发电机的阻尼以液压地控制震动吸收器的响应。可使用控制机构将震动吸收器的活塞上的力的方向和/或大小控制到期望的水平。例如，根据一个实施方式，响应可以控制成用以模拟传统的自动震动吸收器的力/速度响应(即：阻尼)。根据另一实施方式，控制器可由于驱动条件的变化而改变力/速度响应。
根据另外的方面，液压马达在用作液压泵时可以允许控制活塞在震动吸收器中的位置。控制车辆悬架系统中的活塞的位置可进而允许控制车辆的高度。根据一些实施方式，可以额外地将锁结合到系统中以便将减震器和/或车辆保持在期望的高度处。
另外的方面涉及在不使用传感器的情况下确定震动吸收器的活塞是在压缩行程中运动还是在扩展行程中运动。根据一些实施方式，在发生器中产生的电压的极性将响应于活塞的运动方向的改变而改变。在这方面上，控制器可通过识别发电机输出的极性确定活塞行进的方向。根据一些实施方式，例如汽车应用，控制器可采用与活塞运动方向相关联的信息来进而控制针对每个方向的阻尼速率。
另外的方面涉及在不使用传感器的情况下确定活塞在震动吸收器中的速度。根据一些实施方式，由发电机产生的电压可相对于活塞速度成比例地(线性地或其它方式)改变。控制器可通过测量发电机输出的电压连同关于活塞速度与发生器电压之间的关系的信息确定活塞行进的速度。
根据另一方面，馈能震动吸收器可构造成当仅在压缩行程或扩展行程中的一个中运动时提供阻尼。阀可结合到当系统在相反的方向上运动时绕过液压马达的系统中。
其它方面涉及组装到车辆的悬架系统中的馈能震动吸收器。该馈能震动吸收器可提供悬架系统中的主要阻尼源。可替代地，然而，该震动吸收器可与传统的震动吸收器并行地安装。
其它方面涉及将液压马达和发电机集成在一起以便基本上减小或消除摩擦损失。马达和发生器可至少部分地集成在共用的马达/发生器壳体中，这样可消除在液压马达的轴上提供摩擦轴密封件的需要。
其它方面涉及设定发电机上的阻抗以便控制馈能震动吸收器的力/速度响应的控制器。
其它方面涉及在壳体和液压马达之间具有如下流体连接的馈能震动吸收器系统，即：该流体连接构造成有时允许液压马达惯性滑行。与防止惯性滑行的系统相比，惯性滑行可降低与活塞方向改变相关联的明显的震动吸收器惯量。
现在转向附图，并且首先转向图1，图1示出了馈能震动吸收器系统的功能框图。该系统包括减震器10，该减震器10在进行压缩或扩展时使液压流体加压和运动以便驱动液压马达14。液压马达14进而驱动发电机18以产生电能。液压控制机构12可控制液压流体如何以及何时被传至液压马达14。额外地或可替代地，液压控制机构可确保储液器16和液压马达的出口之间保持流体连通。该系统可结合控制器20，该控制器20将震动吸收器的力/速度关系(即：阻尼)或者例如力/频率的其它测量关系控制至期望的恒定值或变化值。
如图2所示，各个实施方式可包括具有壳体22和活塞的震动吸收器10，当减震器从静止位置进行压缩时该活塞在压缩行程中运动通过壳体22的压缩容积23的至少一部分。当减震器从静止位置进行扩展时活塞26可以另外地在扩展行程中运动通过壳体22的扩展容积25(即：活塞可以是双动式的)。应当指出，在典型的操作过程中，活塞26可以仅部分地运动通过压缩容积23和/或扩展容积25。当活塞26运动时，在压缩容积或扩展容积中使液压流体加压。加压的液压流体从壳体22运动以驱动液压马达14。液压马达14进而驱动产生电能的发电机18。
在图2的实施方式中，压缩容积23和扩展容积25分别与液压马达14的第一端口30和第二端口32直接流体连通。即，在压缩容积23和扩展容积25与液压马达14的第一端口30和第二端口32之间的流体连通没有例如止回阀等提供对流动进行限制的阀(即，它们是“无阀的”)。阀通常以限制经过其的流体的流动的方式构造，即使完全打开时。在这方面，阀的消除可以消除系统中——特别是在流动速率最高的减震器壳体22和液压马达14之间——否则可能导致能量损失的限制点。然而应当指出，其它实施方式可以包括在压缩容积和/或扩展容积与液压马达之间的一个或多个阀。
图2的实施方式中的液压控制机构12与液压马达14并行地运行，从而使得通过液压控制机构12的流量可以与通过液压马达14的流量分离。图2的实施方式中的液压控制机构12包括选择性地控制储液器16与液压马达的第一端口和第二端口之间的流体连通的阀。在液压控制机构中的阀可构造成检测在液压马达14的第一端口30和第二端口32处的压力，并且保持液压马达的低压侧或出口侧与储液器16之间的流体连通。通过示例，当在第一端口30处的压力较高时，例如在压缩行程期间，阀12可打开第二端口32与储液器16之间的流体连通，同时关闭第一端口30与储液器16之间的流体连通。相反，当在第二端口32处的压力较高时，可打开第一端口30与储液器16之间的流体连通，并且关闭第二端口32与储液器16之间的流体连通。在这方面上，可使通过阀12的流量最小化，以便进而使系统中的损失最小化，因为流入或流出储液器16的流量充分地小于通过液压马达14的流量。
图2的实施方式中的液压控制机构12可包括各种阀布置。一些示例包括如图3A和3B中示意性地表示的滑阀33，该滑阀33是液控液压滑阀。图3B中所示的滑阀可从派克汉尼汾公司(Parker HannifinCorporation)获得。如上所述，滑阀的控制连接34对横跨液压马达14的第一端口30和第二端口32的压力差进行反应，并且相应地运动阀的阀芯35以引导液压流。图3A的阀芯是二位阀，该阀仅在第一端口30或第二端口32中的一个处使储液器16与液压马达流体连通。图3B的阀芯包括第三位置，在该第三位置处与储液器的流体连通完全关闭。图3C是图3B的示意图所表示的阀的一个实施方式的横截面图。应当指出，图3A-3C仅示出了可在与图2的系统类似的系统中用以控制与储液器16的流体连通的阀的几个实施方式，而其它布置也是可以的。
图4A和4B示出了可以实施在图2的系统中用以控制与储液器16的流体连通的液压控制机构12的可替代实施方式。在图4A的实施方式中，第一液控阀36定位在液压马达14的第一端口30与储液器16之间。此外，第二液控阀36定位在液压马达的第二端口32与储液器16之间。在该实施方式中，每个阀36根据活塞26的运动方向单独地关闭或打开储液器16与液压马达14的相应端口之间的流体连通。在图4B的实施方式中，止回阀37代替液控阀36中的一个。尽管图4A和4B示出了用以控制与储液器的流体连通的阀的两个不同的实施方式，但是应当指出还可以存在其它实施方式。
储液器16的尺寸可设置成用以适应与活塞杆28进入和/或离开壳体22的运动相关联的液压系统的容积的变化。活塞杆28在运动至震动吸收器10的壳体22中时占据之前用于液压流体的壳体22内部的空间容积。通过储液器16适应与将活塞杆28引入液压系统中相关联的容积的减小，储液器可以增加当完全压缩时至少由活塞杆28占据的相同容积的容积。应当指出，由壳体22中的活塞杆28占据的容积等于如下差值，即：与减震器10的压缩容积23相关联的最大容积(即：当减震器处于完全压缩的状态时)和与减震器10的扩展容积25相关联的最大容积(即：当减震器处于完全扩展的状态时)之间的差值。如此处所使用的，术语“扩展容积”指的是在活塞的与活塞杆相同的一侧上在壳体22中的用于液压流体的容积。如此处所使用的，术语“压缩容积”指的是在活塞的与活塞杆相反的一侧上在壳体22中用于液压流体的容积。
液压系统可加压以维持最小系统压力。将系统加压至某个最小水平——例如，30psi(磅/每平方英寸)——可有助于防止产生气穴现象，特别是当活塞26快速地改变方向时。根据一些实施方式，储液器16可包括弹簧加载的活塞或气体加压的气囊以维持液压系统中的最小压力。储液器16定位在液压泵的出口处——系统中的压力最低处，以便最为有效。如所指出的，在图2、4A和4B的实施方式中，根据活塞26是在压缩行程或扩展行程中运动，液压马达14的出口在第一端口30和第二端口32之间改变。这些实施方式的液压控制机构12设置成用以保持液压马达出口与储液器16之间的流体连通，而与活塞的运动方向无关。
根据一些实施方式，包括图2、4A和4B的实施方式，液压马达14可与活塞26的运动同相或同步地运动。在这种实施方式中，可防止液压马达14的惯性滑行。防止惯性滑行的实施方式可允许更好地控制震动吸收器10的力/速度响应并且在该方面可以改善减震器性能。
构造成使活塞26与液压马达14同步地运动的实施方式可允许当马达14作为泵操作时液压马达14驱动活塞26。根据发电机18——其可包括无刷永磁马达——的一些实施方式可作为电动马达18操作以驱动液压泵14。这样可允许电动马达18控制活塞26处的位置和/或力，从而使得可以主动地控制震动吸收器。在这种实施方式中，阀和储液器可类似地操作，即使活塞26可提供与仅抵抗源于外部源头的减震器10的运动的力相对抗的主动力。根据一个实施方式，液压马达14可包括作为马达和泵操作的例如内齿轮油泵的容积式马达。应当指出，此处所使用的术语“液压马达”指的是将液压能转换成机械能的设备。
当作为电动马达和液压泵操作时的发电机和/或液压马达可用以改变活塞在壳体内的位置。在这方面上，系统可用于控制其中已安装有震动吸收器的实施方式的车辆的总高度。在这些应用中，可证明对于军用车辆运输来说是特别有用的。
根据一些实施方式，可将锁结合到系统中以便将活塞26相对于壳体22保持在特定的位置处。在图5的实施方式中，锁包括一对阀38和39。第一阀38定位成用以关闭与压缩容积23的流体连通并且第二阀39定位成用以关闭与扩展容积25的流体连通，由此防止活塞26在压缩行程或者扩展行程中运动。在其它实施方式中，可仅使用单个阀用以防止活塞在压缩方向或者扩展方向中的一个方向上运动。额外地或可替代地，可使用机械锁用以将活塞相对于壳体保持在给定的位置处。
根据一些实施方式，震动吸收器10可仅在压缩行程或者扩展行程中的一个期间提供阻尼(即，震动吸收器可具有“单向阻尼”)。通过示例，图6示出了构造成仅在扩展行程期间提供阻尼的一个实施方式。在该实施方式中，当活塞在扩展行程中运动时，压缩容积23中的较高的流体压力打开止回阀40并且允许液压流体绕过液压马达14并通过旁路41朝向扩展容积25运动。如图2的实施方式，由于活塞杆28进入系统中而排出的液压流体的容积由加压流体储液器16中的用于液压流体的容积来解决。当活塞倒转方向并且开始扩展行程时，止回阀40关闭。在扩展容积25中建立压力并且然后流体开始流体流经液压马达14以从活塞26的运动获取能量。流体离开储液器16以补偿活塞杆28移出后的液压流体的容积。应当指出，尽管图示的实施方式仅当活塞在扩展行程中运动时从减震器获取能量，其它实施方式可构造成仅在压缩行程期间获取能量。
根据一些实施方式，可包括旁路(未示出)以便在特定的操作点——例如，当液压流体压力或活塞速度超过预定的阈值时——绕过液压马达14。通过示例，可在系统中包括减压阀以允许流体在不流经马达的情况下从马达的入口侧到达马达的出口侧。这种旁路可保护液压马达14和/或发生器18过度旋转——否则其可能在压力峰值期间发生。根据一些实施方式，旁路可包括与液压马达14并行地连接的阀。对于包括在两个方向上操作的液压马达的实施方式来说，可以将一对旁路阀与液压马达并行地安装，从而使得在每个方向上所述一对阀中的一个打开。旁路阀可直接地结合到活塞26中或通过与马达并行地行进的流体回路连接。尽管此处描述了单向和双向构造，应当指出，还可以存在旁路阀的其它构造。
根据一些实施方式，孔口可置于活塞26中以允许流体在扩展容积25与压缩容积23之间直接地连通。这是期望的，从而使得在低速下存在最小的阻尼并且使得即使液压马达锁定在某位置――如有时由于液压马达14和/或发电机18的静摩擦所导致而发生――活塞也可运动。通过确保孔口充分地小，可以使得在减震器操作期间与通过孔口的液压流体的运动相关联的能量损失最小化。
根据一些实施方式，通过允许活塞杆在震动吸收器壳体22的两侧引出，可以全部或者部分地消除储液器和伴随的液压阀。通过确保活塞杆体积既填充压缩容积23又填充扩展容积25，使得不存在与活塞杆进入和离开壳体相关联的系统中的容积改变。这种系统可能不需要储液器来适应与活塞杆相关联的容积改变。在该实施方式中，在没有附加的液压控制机构的情况下，液压马达14能够在一个端口与压缩容积23流体连通并且另一端口与扩展容积25流体连通的情况下横跨壳体直接地连接。
申请人已经指出，如图7D所示，在许多液压马达的输出轴42上存在的密封件43可能导致摩擦损失。当液压马达如图2、4A和4B的实施方式中的马达以摆动的方式操作时，这些摩擦损失会相当大。如所指出的，输出轴密封件摩擦与大致恒定的阻力相关联，而与输出轴的速度无关。在这些实施方式中的液压马达14可以在相对较低的速度下操作。此外，根据一些实施方式，至少有时当活塞和液压马达改变方向时速度可到达零。在低速下，当与输出轴上的净力矩相比时，与轴密封件相关联的恒定的阻力相当大。
液压马达和发电机的实施方式可构造成改善动力传输效率。如图7A-7C的实施方式所示，液压马达14和发电机18可结合到共用的马达/发生器壳体44中。在这些实施方式中，通过消除对于导致摩擦的轴密封件的需要，基本上减小了旋转摩擦。这可以另外地允许发电机18的旋转元件45浸入液压马达14的液压流体中。在图7A的实施方式中，发电机18的线圈46也定位在液压流体中。在这方面上，额外的液压流体可给系统提供更大的总的热质量。较小的线圈也可以用在发电机中，而不存在与过热相关联的危险，这可降低系统的惯量并且允许更紧凑的封装。更大的热质量可通过与整个系统的热连通和机械连通辅助冷却发电机。此外，将液压马达14和发电机18的旋转元件45、47置于共用的轴上可降低总的旋转质量，这是有益的。
在组合的液压马达/发电机中的电动马达14的一部分可替代地定位在马达/发生器壳体44的外部。在图7B的实施方式中，电动马达的线圈定位在马达/发生器壳体44的外部。在这种实施方式中，马达/发生器壳体44可由塑料或允许磁通穿过以防止干涉发电机18发电的其它材料制成。此外，将线圈置于壳体的外部可消除提供通过马达/发生器壳体的电连接的需要。
根据一些实施方式，发电机18或者其一部分可直接集成到液压马达14本身中。根据一个实施方式，在图7C的实施方式中的电动马达的旋转部件45定位在容积式马达上的转子48的外边缘处。这样可以进一步降低液压马达/发电机的转动惯量。额外地或可替代地，图7C中所示的构造可提供更加紧凑的液压马达/发电机。
图8示出了另一实施方式，在该实施方式中，减震器10的压缩容积23和扩展容积25可设置成与液压马达14流体连通，类似于在美国专利申请序列号No.12/104,800中所描述的，其全部内容以引入的方式纳入本文。在该实施方式中，压缩容积23和扩展容积25中的每一个与一对止回阀流体连通。每对止回阀中的一个阀54、54′构造成打开在液压马达入口50与通过减震器10加压的液压流体之间的流体连通。每对止回阀中的另一个阀56、56′关闭在马达出口52与通过减震器10加压的液压流体之间的流体连通。图8的图示实施方式中储液器16与液压马达出口52或者等同地与液压马达14的低压侧保持流体连通。
在图8的实施方式中，当活塞开始在压缩行程中运动时止回阀56′关闭并且止回阀54′打开，从而提供与液压马达入口50的流体连通以使液压流体加压。当活塞杆28进入减震器壳体22中时，一旦压缩，则通过进入储液器16的液压流体来适应由活塞杆28排出的容积。当活塞26反向并且开始扩展行程时，止回阀56关闭并且止回阀54打开，从而允许流体在与压缩行程期间相同的方向上流经液压马达。以这种方式，活塞26和减震器10的双向运动转换成液压马达14的单向旋转运动。
根据一些实施方式，控制器20可基于例如速度的不同参数对发电机18提供变化的阻抗以控制减震器10的力响应，而同时获取与减震器中的运动相关联的能量。力响应可遵循预定的公式或基于这种参数的查找表格。例如，根据一个实施方式，力响应可以基于减震器速度为线性的。申请人已经指出，与车辆的电力系统相关联的输出负载可以根据系统和/或例如电池充电状态的其它因素的电力需求而变化。为了获取与减震器的运动相关联的能量并且提供期望的力响应，控制器可将输出负载与低电阻元件混合以降低发电机上的阻抗，或者将输出负载与高电阻元件混合以增加发电机上的阻抗。在一个实施方式中，这种混合可通过脉宽调制(PWM)开关实现。
例如由图9所表示的控制器可允许系统实现各个目的。第一，控制器可提供在车辆悬架系统中与不同的减震器相关联的发电机18之间的隔离。这样可以确保每个减震器可以独立于输出负载58――例如车辆电池的输出负载――操作。第二，控制器20可提供可变的阻尼。可由使用者或者经由如下传感器自动地控制阻尼，即：例如，基于车辆重量调节性能的应变式传感器或直接测量减震器位置或车辆高度的传感器。这种传感器可改变电阻反馈控制器执行的基准电阻。控制器20使得能够：通过匹配多个震动吸收器之间的电压并通过由反馈控制调节在车辆的电力总线上的每个单元的效果，利用多个震动吸收器进行操作。额外地或可替代地，控制器可通过将输出电压和电流调节至安全水平来提供电池安全充电。
图9示意性地示出了与低电阻元件或高电阻元件混合的输出负载58如何向发电机18提供期望的阻抗。如图所示，发电机18的输出62连接于反馈控制器20，该反馈控制器20将发电机18的输出62在低电阻元件60、例如电压控制的降压/升压变换器的输出变换器59、和例如开式回路的高电阻元件61之间切换。输出变换器59的输出63始终连接于例如车辆电池的车辆的输出负载58。
可通过不同类型的输出变换器59控制对输出负载58的电能转化。如图9所示，可以采用的电压控制的输出变换器59的一种类型是降压/升压变换器。通过电压反馈回路，输出变换器可使用基准电压以保持输出63上的给定输出电压水平。如在车辆上，这样允许并行地用电线连接多个馈能震动吸收器。变换器59中的二极管(未示出)也可以确保动力仅能够从发生器流出。变换器59的输入65上的滤波电容器(未示出)可保持对变换器的输入的电压，即使在时间平均电阻反馈控制器20于多个元件60、61、58之间切换发生器18时。变换器的输出63上的滤波电容器可平均对输出负载58的电压和电流。
为了控制阻尼速率、或力/速度响应，在发电机输出62处的阻抗可在低电阻元件60、负载58(优选地通过电压控制的输出变换器)和高电阻元件61之间切换。然而，脉宽调制(PWM)可用以在这些状态的组合之间切换以生成平均的阻尼速率并且允许更加有选择性地控制阻尼。由于仅当发电机18连接于输出负载58时获取输出动力，控制器可偏置成优先于在低电阻元件60或高电阻元件61之间的切换保持该连接。具有适当的传感器的微控制器可用于确定由发生器18经历的电阻。
控制器20可改变横跨发生器端子的电阻抗，因此影响震动吸收器的阻尼特性。如此处所讨论的，通过在包括低电阻元件60、变换器59和高电阻元件61的三个源头之间切换发电机18的输出62可以调节横跨发生器绕组的电阻。低电阻元件60(例如闭合回路连接(电线))生成高阻尼力。例如开式回路的高电阻元件61提供非常低的阻尼。根据连接于变换器59的输出的负载，变换器提供不同的阻尼力。控制器优选地使用反馈以实现横跨发生器18的给定的有效电阻。该反馈可来自于例如横跨发电机的端子设置的电压和电流传感器的传感器。可由制造商、驾驶员(基于道路条件、驾驶或货物动态地调节悬架动态特性)或由基于货物的重量调节阻尼的例如应变仪的传感器将该电阻设定在特定值。
由变换器59实现输出电压63的调节。变换器59可包括反馈环，该反馈环当被供以动力时保持基本上恒定的电压输出63。由于来自悬架的输入动力64变化，变换器59保持电压基本上稳定同时允许电流波动。变换器电路可类似于具有基于输出电压的负反馈的降压/升压变换器的电路。电容器(未示出)使输出电压平稳。应当指出，可以可替代地使用能够输出期望的电压、确保单向电流流动并且具有充分的输入滤波以适应PWM输入的任何类型的有效的变换器。
根据开关工作循环，该电路具有降低输出电压或者增加输出电压的效果。工作循环经由如下反馈环控制，即：保持足够高以进行利用的给定输出电压以便例如为车辆电池充电或者取代车辆交流发电机负载以增加燃料经济性。忽略寄生效应，变换器59操作可非常有效。因此对于此处所公开的连接于传统的12伏特汽车电池的馈能震动吸收器来说，变换器可将来自发生器的1A的6.2V转换成0.5A的12.4V。同样地，其将把1A的49.6V转换成4A的12.4V。与输入无关，与电流典型的变化量相比，电压保持相对恒定。当将较高的动力提供至车辆的电力系统时(受到电力系统的电压限制)，电压可以有些增加。将能量保存并且可以获得来自发生器的减去热损失的能量以便使用。
例如，如果例如当车辆的电池完全充电并且没有使用中的能量消耗装置时没有额外的能量可安全地到达输出负载58，则低电阻元件60可以以热的形式消散来自震动吸收器10的能量。在这方面上，即使当输出负载58无法接收来自馈能震动吸收器10的电能时，也可对震动吸收器10提供阻尼。
发生器可连接于高电阻元件61，从而使得发电机绕组与负载58断开。在该模式中，发生器输出有效地是开式回路并且产生非常小的反电动势。在该模式中，不获取用于使用的能量并且从电力系统提供接近零的阻尼。
控制器20通过测量发生器18的端子处的电压62来确定发电机的旋转方向和/或速度。控制器20可使用该信息以确定置于发电机端子上的适当的电阻量。此外，端子电阻可使端子上的电压与流经其的电流相关。流过端子的电流与发电机18和液压马达14轴上的扭矩以及因此与液压流体的压力成比例。该压力作用在活塞面上以在活塞杆28上产生力。负载控制器可以为减震器的力响应指定特定的性能特征。例如，为了控制震动吸收器性能，液压缸可遵循经由控制器20编程的特定的力/速度曲线。
因此，在描述了本发明的至少一个实施方式的多个方面之后，应当指出，本领域的技术人员将想到各种改变、改型和改进。这种改变、改型和改进意于成为本公开的一部分，并且意于落入发明的精神和范围内。因此，前述说明和附图仅是示例性的。

Claims (33)

1.一种悬架系统，所述悬架系统包括：
活塞，所述活塞设置在容纳有液压流体的容积中，从而所述容积被分为压缩容积和扩展容积，其中，在第一模式中所述活塞运动通过压缩行程的至少一部分以从所述压缩容积中排出液压流体，并且在第二模式中所述活塞运动通过所述扩展行程的一部分以从所述扩展容积中排出液压流体；
液压马达，所述液压马达包括第一端口和第二端口，所述第一端口与所述压缩容积流体连通并且所述第二端口与所述扩展容积流体连通；
发电机，所述发电机操作性地耦联于所述液压马达，其中，在第一操作状态，所述发电机被作为电动马达驱动以使得所述液压马达被作为液压泵操作从而将主动力施加至所述活塞，并且在第二操作状态，所述发电机抵抗运动使得所述液压马达将阻尼力施加至所述活塞。
2.根据权利要求1所述的悬架系统，其中，所述发电机的至少一部分和所述液压马达被围封在共用的壳体中。
3.根据权利要求1所述的悬架系统，其中，所述液压马达与所述活塞同步地运动。
4.根据权利要求1所述的悬架系统，其中，所述液压马达与所述活塞不同步地运动。
5.根据权利要求1所述的悬架系统，进一步包括旁路，所述旁路提供位于所述压缩容积和所述扩展容积之间从而在所述系统的至少一个操作点期间绕过所述液压马达的流体路径。
6.根据权利要求1所述的悬架系统，其中，所述液压马达的所述第一端口与所述压缩容积之间的流体连通是无阀的，并且所述液压马达的所述第二端口与所述扩展容积之间的流体连通是无阀的。
7.根据权利要求2所述的悬架系统，其中，所述发电机位于在所述共用的壳体中容纳的液压流体中。
8.根据权利要求2所述的悬架系统，其中，所述发电机的旋转元件位于在所述共用的壳体中容纳的液压流体中。
9.根据权利要求2所述的悬架系统，其中，所述发电机的线圈位于在所述共用的壳体中容纳的液压流体中。
10.根据权利要求2所述的悬架系统，其中，所述发电机和所述液压马达以无密封件的方式耦联。
11.根据权利要求3所述的悬架系统，其中，所述液压马达始终与所述活塞同步地运动。
12.根据权利要求5所述的悬架系统，其中，所述旁路包括至少一个阀。
13.根据权利要求5所述的悬架系统，其中，所述系统的所述至少一个操作点包括液压流体的压力大于预定阈值的时候。
14.根据权利要求5所述的悬架系统，其中，所述系统的所述至少一个操作点包括所述活塞的速度大于预定阈值的时候。
15.一种系统，所述系统包括：
壳体，所述壳体包括压缩容积和扩展容积；
活塞，所述活塞设置在所述壳体中，在第一模式中所述活塞运动通过压缩行程的至少一部分以使液压流体从所述压缩容积运动，并且在第二模式中所述活塞运动通过扩展行程的一部分以使液压流体从所述扩展容积运动；
液压马达，所述液压马达包括第一端口和第二端口，其中所述液压马达构造和设置成在第一操作状态下作为液压马达被操作以及在第二操作状态下作为液压泵被操作；
位于所述压缩容积和所述第一端口之间的流体路径；
位于所述扩展容积和所述第二端口之间的流体路径；
发电机，所述发电机操作性地耦联于所述液压马达；以及
旁路，所述旁路提供位于所述压缩容积和所述扩展容积之间从而在所述系统的至少一个操作点期间绕过所述液压马达的流体路径。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述旁路包括至少一个阀。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述系统的所述至少一个操作点包括液压流体的压力大于预定阈值的时候。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述系统的所述至少一个操作点包括所述活塞的速度大于预定阈值的时候。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述液压马达与所述活塞同步地运动。
20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述液压马达与所述活塞不同步地运动。
21.根据权利要求15所述的系统，其中，在第一操作状态期间，所述发电机被驱动为使得所述液压马达被作为液压泵操作从而将主动力施加至所述活塞，并且在第二操作状态期间，所述发电机被操作为发生器以使得所述液压马达用来将阻尼力施加至所述活塞。
22.根据权利要求19所述的系统，其中，所述液压马达始终与所述活塞同步地运动。
23.一种控制活塞在减震器壳体中的运动的方法，所述方法包括：
在第一操作状态期间将由液压马达提供的主动力施加至布置在包括压缩容积和扩展容积的壳体内的活塞上，其中，所述压缩容积和所述扩展容积容纳液压流体；
在第二操作状态期间将由所述液压马达提供的阻尼力施加至所述活塞上；以及
使液压流体流过位于所述压缩容积和所述扩展容积之间从而在所述系统的至少一个操作点期间绕过所述液压马达的流体路径。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，绕过所述液压马达进一步包括在任何旁路模式中利用一个或多个阀而绕过所述液压马达。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述系统的所述至少一个操作点包括液压流体的压力大于预定阈值的时候。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述系统的所述至少一个操作点包括所述活塞的速度大于预定阈值的时候。
27.根据权利要求23所述的方法，进一步包括操作耦联到所述液压马达的发电机作为电动马达从而驱动所述液压马达作为液压泵以便将所述主动力施加至所述活塞。
28.根据权利要求23所述的方法，进一步包括操作所述液压马达作为液压马达来驱动发电机并且将所述阻尼力施加至所述活塞。
29.根据权利要求23所述的方法，进一步包括通过控制耦联到所述液压马达的发生器的操作而产生所述活塞的力/速度响应。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，在一种操作状态下的所述力/速度响应模拟传统的自动震动吸收器的所述力/速度响应。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，控制所述发生器的操作包括控制所述发电机的扭矩。
32.根据权利要求29所述的方法，其中，所述力/速度响应遵循预定的公式。
33.根据权利要求29所述的方法，其中，所述力/速度响应遵循预定的查找表格。
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