CN107415788A - 用于车辆座椅的可调节阻尼系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆座椅的可调节阻尼系统，用于减轻座椅部分侧上部相对于车身侧下部在至少一个空间方向(X，Y，Z)上的振动，提供至少一个阻尼元件用于减振，所述至少一个阻尼元件设置在座椅部分侧上部与车身侧下部之间并且可由调节装置调节。阻尼系统的特征还在于，座椅部分侧上部相对于车身侧下部的至少一个相对运动变量和相对运动变量的变化可由传感器装置确定，并且阻尼元件的第一阻尼力可通过调节装置根据至少一个相对运动变量和相对运动变量的变化频率来调节。

Description

用于车辆座椅的可调节阻尼系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆座椅的可调节阻尼系统，用于减轻座椅部分侧上部相对于车身侧下部在至少一个空间方向(X，Y，Z)上的振动，提供至少一个阻尼元件用于减振，所述至少一个阻尼元件布置在座椅部分侧上部与车身侧下部之间并且可由调节装置调节。
背景技术
特别地在诸如工程车辆和拖拉机的非公路车辆中，车辆座椅对行程的舒适度有很大的影响。从路面通过车辆座椅传递给位于座椅上的人的过度的振动、冲击和移动可导致疲劳，并且在长时间内也会导致人的健康问题，例如背部疼痛或骨骼侵蚀。通常，阻尼/悬挂系统用于减少这些影响。为了该目的已知有各种基本悬架变型，它们在复杂性和能量要求方面有所不同：被动、半主动和主动悬架系统。在被动车辆座椅中，系统部件的特性在结构上是预先确定的，并且在操作过程中不能改变。在半主动悬架系统中，根据当前的情况，座椅悬架的消散特性可选择性地受到影响。可调节阻尼器的硬度和/或调整弹簧的刚性。在主动系统中，能够额外地通过合适的执行器将能量引入系统。
对于激励的恒定幅度，常规座椅悬架在谐振频率附近范围内在座椅表面的振幅方面具有相对较大的增加。这导致激励的放大以及行程的客观和主观舒适度的显著降低。考虑到座椅作为振动系统，它可被分配固有的频率。如果该系统受到车辆地板的谐振的激励，则其以与车辆相同的频率振动，但是以不同的幅度振动。在振动系统的固有频率的0到倍的激励频率下，传递到座椅的振动被放大，在谐振频率下的放大最大。在固有频率的倍以上引入的振动减少，并且这样的减小随着激励频率的增大而增加。然而，这种效应受到系统阻尼的影响。阻尼越大，减小效果越小。相比之下，在固有频率的倍以下，座椅的低阻尼导致座椅舒适度降低。
为了减小谐振频率范围内的振幅，通常可使用可调力阻尼器和特殊控制算法。可适应性地或半主动地调节阻尼特性。
在适应性调节中，将相对速度的幅度与一个或多个阈值进行比较。如果相对速度的幅度低于规定的阈值，则阻尼器以最大的力进行操作，以便抑制谐振范围内振幅的增加。在高于该阈值时，阻尼器几乎完全关闭，以便在高于谐振范围的范围内增加行程舒适度。然而，如果座椅悬架同时在高于谐振频率和低于谐振频率的范围内被激励，则这种类型的调节在行程舒适度方面表现出相当大的缺陷。
在例如使用广泛的Skyhook算法的半主动调节中，通过使用额外的运动变量(在这种情况下是座椅表面的加速度)来克服所描述的缺点。阻尼器的特征根据绝对和相对运动变量而适于当前行程状况。因此，消除谐振频率范围内振幅的增加的代价是，安装额外的传感器用于监控座椅表面的绝对运动。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服上述缺陷的阻尼系统。此外，目的是提供一种具有这种阻尼系统的驾驶员座椅。本发明的另一个目的是提供一种克服上述缺陷的用于可调节阻尼系统的调节方法。
该目的通过用于车辆座椅的可调节阻尼系统来实现，用于减轻座椅部分侧上部相对于车身侧下部在至少一个空间方向(X，Y，Z)上的振动，提供至少一个阻尼元件用于减振，所述至少一个阻尼元件设置在座椅部分侧上部与车身侧下部之间并且可由调节装置调节。阻尼系统的特征还在于，座椅部分侧上部相对于车身侧下部的至少一个相对运动变量和相对运动变量的变化可由传感器装置确定，并且阻尼元件的第一阻尼力可通过调节装置根据至少一个相对运动变量和相对运动变量的变化频率来调节。
该阻尼元件可基于任何期望的阻尼技术。可构想电流变或磁流变阻尼器或者具有电或机械控制的流速的液压阻尼器或者与液压流体泵组合的液压阻尼器。因此，阻尼可优选地是半主动的或主动的。阻尼力通常也称为阻尼强度。
与所描述的现有技术相反，仅使用相对运动变量来调节第一阻尼力。这意味着不必确定座椅表面的绝对运动来有效抑制谐振频率附近的振幅增加。
根据本发明，可调节阻尼系统构造成减轻座椅部分侧上部相对于车身侧下部在至少一个空间方向(X，Y，Z)上的运动。因此，在竖直方向(Z)上可能存在振动的阻尼，但也存在水平振动(X，Y)的阻尼。因此，通过可调节的阻尼系统，可提供一种专用的竖直操作的阻尼系统、水平阻尼系统或在所有三个空间方向(X，Y，Z)上操作的阻尼系统。
在下文中，使用术语“竖直位置”、“最小可设定高度位置”、“最大可设定高度位置”以及“高度设定装置”。在这种情况下，这些术语不仅仅应当理解为是指竖直偏转(Z)，而且也适用于任何其他空间方向(X，Y)。因此，对应的竖直位置是指阻尼元件的相关阻尼行程。
优选地，阻尼元件的第一阻尼力可通过调节装置根据座椅部分侧上部相对于车身侧下部的速度、加速度和急动导(jerk)来调节。急动导被定义为加速度相对于时间的导数，换言之，速度相对于时间的二阶导数以及位置矢量相对于时间的三阶导数。因此，传感器装置优选地包括位置传感器和速度传感器。优选地，可从时间上离散的位置采样来计算速度。
在特别优选的实施例中，可由调节装置调节的阻尼元件的第一阻尼力与速度被加数(summand)、加速度被加数以及急动导被加数的和成比例。优选地，速度被加数是第一频率相关放大系数与速度值的乘积。并且优选地，加速度被加数是第二频率相关放大系数与加速度值的乘积。并且优选地，急动导被加数是第三频率相关放大系数与急动导值的乘积。急动导被定义加速度为相对于时间的导数，换言之，速度相对于时间的二阶导数以及位置矢量相对于时间的三阶导数。优选地，为了减小座椅部分侧上部在共振频率范围内的振幅增加，通过连续地操作以下运动变量的当前值的和来获得每个时间步长的阻尼力：相对速度、相对加速度以及相对急动导。因此，每个变量均提供有放大系数，该放大系数限定其对总和以及因此对第一阻尼力的影响强度。相关的放大系数可根据除了频率之外的其他参数而变化，例如剩余的弹簧行程或阻尼器预设。
优选地，第二放大系数随频率而线性增大。并且优选地，第三放大系数随频率而二次增加。有利地，加速度随时间的演进而相移90°，急动导随时间的演进相对于速度随时间的演进而相移180°。
由传感器装置测量的频率范围有利地包括至少一个谐振频率。优选地，在从初始频率到谐振频率的频率间隔中，加速度被加数和急动导被加数的值增加，导致阻尼元件的第一阻尼力增加。这种有利的增加是由于第二和第三放大系数随频率而线性和二次增加的事实引起的。优选地，在从共振频率到终止频率的频率间隔中，急动导被加数是主要的，导致阻尼元件的第一阻尼力减小。由于第三放大系数的二次频率依赖性，该急动导被加数是主要的。由于速度和急动导的反相行为，阻尼元件的第一阻尼力减小。因此，对于低频和高频激励两者，都能实现客观和主观上高的行程舒适度。因此有利地，通过设定适当的放大参数，可限定每个被加数对总和以及因此对第一阻尼力强度的影响。通过各个被加数的影响而显著增加的阻尼器的力可大大减少谐振频率范围内振幅的不期望的增加。
由于使用空气悬架使得座椅悬架的谐振频率的位置几乎不会随着座椅表面上的负载变化而改变，因此为每个被加数设定的放大系数可在所有操作条件下保持恒定。然而，如果在系统中使用不同类型的弹簧，则这些因素可根据座椅表面上的负载而进行调整。
在本发明的另一方面，阻尼元件的第二阻尼力可通过调节装置来调节，该第二阻尼力可由调节装置通过以下因素来确定：阻尼元件的总阻尼行程、由阻尼设定装置预先设定的基本阻尼力、由传感器装置测量的座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置、以及座椅部分侧上部相对于车身侧下部的运动方向，所述运动方向可根据可由传感器装置通过座椅部分侧上部相对于车身侧下部的至少两个时间上连续的位置来确定。因此阻尼系统的阻尼器行为可优选地根据用户特定的基本阻尼力以及座椅部分侧上部的位置和运动而在可用的阻尼行程内调节/控制。因此，第二阻尼力可独立于速度的大小而调节，但是依赖于座椅部分侧上部相对于车身侧下部的运动方向和当前位置。确定第二阻尼力的优点在于，即使在低弹簧回缩和偏移速度下也可设定特定的阻尼力。
优选地，座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置的最大位移由阻尼元件的总阻尼行程给出，该总阻尼行程由上下阻尼行程端界定。优选地，可通过高度设定装置来调节座椅部分侧上部相对于车身侧下部的形成调节目标值的竖直位置。理想地，最大可设定的竖直位置处于总阻尼行程的优选在总阻尼行程中心与上阻尼行程端之间延伸的范围内。此外，有利的是，最小可设定的竖直位置出于总阻尼行程的在总阻尼行程中心与下阻尼行程端之间延伸的范围内。因此，调节的目标值的预调节竖直位置以及座椅部分侧上部相对于车身侧下部的当前位置是调节的当前值。在下文中，向上表示朝向座椅部分侧上部的方向，并且向下表示朝向车身侧下部。由调节装置调节的第二阻尼力优选地可通过以下因素来确定：预调节的用户特定的基本阻尼力、剩余阻尼行程、预调节的竖直位置、以及座椅部分侧上部的运动方向，所述剩余阻尼行程可通过总阻尼行程和座椅部分侧上部的当前位置确定。例如，竖直悬挂的座椅的总阻尼行程为180mm。用于竖直调节并限定最大和最小可设定竖直位置的总阻尼行程的范围例如为80mm。因此，出现了两个方向上的90mm或者在不利的情况下的+/-50mm和-/+130mm的有利可用弹簧行程。
在优选实施例中，在座椅部分侧上部的位置从竖直位置开始的位移过程中，阻尼元件的可由调节装置调节的第二阻尼力在总阻尼行程的舒适范围内比在舒适范围以外更小。该舒适范围由舒适上限和下限界定。理想地，舒适范围是由最大可设定竖直位置和最小可设定竖直位置限定的总阻尼行程范围的子范围。优选地，第二阻尼力在舒适范围内是恒定的。可构想的是，第二阻尼力随着座椅部分侧上部的位置与竖直位置之间的距离而增加或减小。有利地，以可主观地感测舒适的软中心范围的方式，舒适范围可根据个人偏好来调整或者通过参数化而适用于座椅的运动学。有利的是，在座椅部分侧上部位置从最大或最小竖直位置开始的位移过程中，舒适范围被限制于最大或最小竖直位置。
在另一优选实施例中，在座椅部分侧上部位置从竖直位置开始的位移过程中，阻尼元件的可由调节装置调节的第二阻尼力在总阻尼行程的舒适范围之外随着座椅部分侧上部位置与竖直位置之间的距离而线性增长。然而，也可构想根据不同多项式函数的增长。
在另一特别优选的实施例中，在座椅部分侧上部的位置沿着竖直位置的方向位移时，阻尼元件的仅对应于预调节的基本阻尼力的阻尼力可由调节装置设定。因此，在座椅部分侧上部的返回移动期间，可将其重新设定为与位置无关的预选的基本阻尼力，使得回弹被感知为更温和。与此同时，座椅上的人主观地具有由于在接近阻尼行程结束时阻尼增大而被保护的感觉。此外，这种类型的调节稳定了座椅的竖直位置，因为座椅更柔和地朝向初始位置回弹。
在另一优选实施例中，阻尼元件的第三阻尼力可由调节装置调节。优选地，该第三阻尼力可通过总阻尼行程、可预设的基本阻尼力、座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置、运动方向、速度以及座椅部分侧上部相对于车身侧下部的剩余阻尼行程来确定。理想地，剩余阻尼行程可通过总阻尼行程以及座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置来确定。优选地，速度可通过座椅部分侧上部相对于车身侧下部的至少两个时间上连续的位置来确定。
优选地，由传感器测量的频率范围具有至少一个谐振频率。优选地，在从初始频率到终止频率并且包含谐振频率的频率间隔中，阻尼元件的总阻尼力对应于第一阻尼力。有利地，在该频率间隔之外，阻尼元件的总阻尼力由第二和第三阻尼力的和给出。因此，在谐振频率附近的频率间隔中，可提供增加的阻尼力，从而导致对振幅增加的抑制。在频率间隔之外，为了防止/避免结束时的冲击，座椅部分侧上部的瞬时速度可与剩余阻尼行程进行比较，并且可选地，可在第二阻尼力上叠加额外的第三阻尼力。确定第二阻尼力的优点在于，即使在低弹簧回缩和偏移速度下也能够设定特定阻尼力。叠加第二和第三阻尼力的优点在于，到接近阻尼行程结束时或较高速度下的硬阻尼的逐渐过渡不会那么强烈并且因此可以更令人愉快的方式被感知。因此，到结束位置或速度相关的阻尼的过渡可更均匀(有利于绝缘效果)。相反，对于较硬的阻尼器选择，如果发生突然的冲击，则如果存在足够的弹簧行程，阻尼也可被切换为柔和的，以使尽可能少的能量传递到座椅部分侧上部。因此，在负方向上的第二阻尼力的叠加也是可能的。
优选地，在座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置从最大竖直位置且沿着上阻尼行程端的方向开始的位移过程中，或者在座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置从最小竖直位置且沿着下阻尼行程端的方向开始的位移过程中，通过末端冲击保护系数而增大阻尼元件的阻尼力可由调节装置设定。理想地，在座椅部分侧上部位置沿相反方向位移时，不具有末端冲击保护系数的阻尼元件的阻尼力可通过调节装置来设定。因此，可有效地抑制座椅部分侧部上部的末端冲击，从而增加了座椅舒适度。优选地，在沿着相反方向的位移期间，末端冲击保护系数是无效的。由于这种类型的测量，座椅部分侧上部可尽可能快地返回到目标位置，从而进一步提高了座椅的舒适度。
在另一优选实施例中，可调节阻尼系统包括加速度传感器。激励从车身侧下部传递到座椅部分侧上部。因此，加速度传感器优选布置在车身侧下部。调节装置以这种方式有利地使用加速度值使得可在时间上更有效地确定必要速度(待确定以用于调节)，这意味着可实现阻尼系统对突然发生的座椅部分侧上部相对于车体侧下部的偏转的更快速反应。此外，加速度传感器使得可识别驾驶员的移动，换言之，可区分上部的运动是否是由于驾驶员的移动和/或下部振动引起的激励所导致。
该目的还通过包括根据前述实施例中任一个实施例的可调节阻尼系统的车辆座椅来实现。
该目的类似地通过用于调节车辆座椅的可调节阻尼系统以用于减轻座椅部分侧上部相对于车身侧下部在至少一个空间方向(X，Y，Z)上的振动的方法来实现，提供至少一个阻尼元件用于减振，所述至少一个阻尼元件设置在座椅部分侧上部与车身侧下部之间并由调节装置调节，所述方法包括以下步骤：
通过传感器装置确定座椅部分侧上部相对于车身侧下部的至少一个相对运动变量以及改变相对运动变量；
通过调节装置调节阻尼元件的第一阻尼力，第一阻尼力由调节装置根据至少一个相对运动变量和相对运动变量的变化频率确定。
优选地，阻尼元件的第一阻尼力可通过调节装置根据座椅部分侧上部相对于车身侧下部的速度、加速度和急动导来调节。急动导被定义为加速度相对于时间的导数，换言之，速度相对于时间的二阶导数以及位置矢量相对于时间的三阶导数。
优选地，可由调节装置调节的阻尼元件的第一阻尼力与速度被加数、加速度被加数以及急动导被加数的和成比例。
优选地，速度被加数是第一频率相关放大系数与速度值的乘积。并且优选地，加速度被加数是第二频率相关放大系数与加速度值的乘积，急动导被加数是第三频率相关放大系数与急动导值的乘积。急动导被定义加速度为相对于时间的导数，换言之，速度相对于时间的二阶导数以及位置矢量相对于时间的三阶导数。相关的放大系数可根据除了频率之外的其他参数而变化，例如剩余的弹簧行程或阻尼器预设。
在优选实施例中，由传感器装置测量的频率范围包括至少一个谐振频率。
优选地，在从初始频率到谐振频率的频率间隔中，加速度被加数和急动导被加数的值增加，导致阻尼元件的第一阻尼力增加。有利地，在从共振频率到终止频率的频率间隔中，急动导被加数是主要的，导致阻尼元件的第一阻尼力减小。
在另一优选实施例中，调节装置调节阻尼元件的第二阻尼力。该第二阻尼力可由调节装置通过以下因素来确定：阻尼元件的总阻尼行程、由阻尼设定装置预先设定的基本阻尼力、由传感器装置测量的座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置、以及座椅部分侧上部相对于车身侧下部的运动方向，所述运动方向可根据可由传感器装置通过座椅部分侧上部相对于车身侧下部的至少两个时间上连续的位置来确定。
优选地，座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置的最大位移由阻尼元件的总阻尼行程给出，该总阻尼行程由上下阻尼行程端界定。优选地，可通过高度设定装置来调节座椅部分侧上部相对于车身侧下部的形成调节目标值的竖直位置。理想地，最大可设定的竖直位置处于总阻尼行程的优选在总阻尼行程中心与上阻尼行程端之间延伸的范围内。此外，有利的是，最小可设定的竖直位置出于总阻尼行程的在总阻尼行程中心与下阻尼行程端之间延伸的范围内。
在优选实施例中，在座椅部分侧上部的位置从竖直位置开始的位移过程中，阻尼元件的可由调节装置调节的第二阻尼力在总阻尼行程的舒适范围内比在舒适范围以外更小。该舒适范围由舒适上限和下限界定。理想地，舒适范围是由最大可设定竖直位置和最小可设定竖直位置限定的总阻尼行程范围的子范围。优选地，第二阻尼力在舒适范围内是恒定的。可构想的是，第二阻尼力随着座椅部分侧上部的位置与竖直位置之间的距离而增加或减小。有利地，以可主观地感测舒适的软中心范围的方式，舒适范围可根据个人偏好来调整或者通过参数化而适用于座椅的运动学。有利的是，在座椅部分侧上部位置从最大或最小竖直位置开始的位移过程中，舒适范围被限制于最大或最小竖直位置。
在另一优选实施例中，在座椅部分侧上部位置从竖直位置开始的位移过程中，阻尼元件的可由调节装置调节的第二阻尼力在总阻尼行程的舒适范围之外随着座椅部分侧上部位置与竖直位置之间的距离而线性增长。
在另一特别优选的实施例中，在座椅部分侧上部的位置沿着竖直位置的方向位移时，阻尼元件的仅对应于预调节的基本阻尼力的阻尼力可由调节装置设定。
在另一优选实施例中，阻尼元件的第三阻尼力可由调节装置调节。优选地，该第三阻尼力可通过总阻尼行程、可预设的基本阻尼力、座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置、运动方向、速度以及座椅部分侧上部相对于车身侧下部的剩余阻尼行程来确定。理想地，剩余阻尼行程可通过总阻尼行程以及座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置来确定。优选地，速度可通过座椅部分侧上部相对于车身侧下部的至少两个时间上连续的位置来确定。
优选地，由传感器测量的频率范围具有至少一个谐振频率。优选地，在从初始频率到终止频率并且包含谐振频率的频率间隔中，由调节装置调节的阻尼元件的总阻尼力对应于第一阻尼力。有利地，在该频率间隔之外，阻尼元件的总阻尼力由第二和第三阻尼力的和给出。
优选地，在座椅部分侧上部的位置从最大竖直位置且沿着上阻尼行程端的方向开始的位移过程中，或者在座椅部分侧上部的位置从最小竖直位置且沿着下阻尼行程端的方向开始的位移过程中，通过末端冲击保护系数而增大的阻尼元件的阻尼力可由调节装置设定。理想地，在座椅部分侧上部位置沿相反方向位移时，设定不具有末端冲击保护系数的阻尼元件的阻尼力。
附图说明
本发明的其他优点、目的和特性在下文的附图描述中描述。在不同的实施例中，相似组件可具有相似的参考数字。
附图中：
图1是包括阻尼系统的车辆座椅的侧视图；
图2示出了根据频率变化的座椅振幅与激励振幅之间的比；
图3a、图3b和图3c均为第二阻尼力根据座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置变化的曲线图；
图4是根据另一实施例的第二阻尼力根据座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置变化的曲线图；
图5是用于确定第二阻尼力的算法结构；
图6是用于确定总阻尼力的算法结构；
图7a、图7b是第一阻尼力根据频率变化的曲线图；
图8是根据另一实施例的第三阻尼力根据座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置变化的曲线图。
具体实施方式
图1示出了根据一个可能实施例的车辆座椅(2)，该车辆座椅包括可调节阻尼系统(1)用于减轻座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)在至少一个空间方向(X，Y，Z)上的振动。阻尼系统包括至少一个阻尼元件(6)，所述至少一个阻尼元件布置在座椅部分侧上部(3)与车身侧下部(4)之间并且可由调节装置(5)调节。
在座椅部分侧上部(3)与车身侧下部(4)之间还布置有剪刀架(11)和弹簧元件(10)。在该实施例中，弹簧元件(10)被构造成气动弹簧元件。阻尼元件(6)设置在第一剪刀臂的下铰接点与第二剪刀臂之间。加速度传感器(9)也可选择性地布置在下铰接点处。因此，座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的加速度可根据关节点处的旋转的角加速度来确定。
阻尼系统(1)还包括阻尼设定装置(7)，通过该阻尼设定装置可由座椅的使用者具体地预调节基本阻尼力。座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的当前位置可通过传感器装置(8)测量。在本实施例中，传感器装置(8)被构造为旋转高度传感器。座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的位移使高度传感器发生旋转，可确定位移距离以及因此座椅部分侧部上部(3)相对于车身侧下部(4)从旋转角的位置。传感器装置(8)、阻尼调节装置(7)以及阻尼元件连接至调节装置(5)。如果调节是基于座椅部分侧上部(3)的加速度数据，则加速度传感器(9)自然也连接至调节装置(5)。
阻尼系统(1)还包括高度设定装置(17)，通过该高度设定装置可调节座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的竖直位置。高度设定装置(17)可例如进一步包括连接至气动弹簧元件(10)的可调节泵。因此，通过将气体供给和移出气动弹簧元件(10)来实现高度调节。可替换地，也可构想额外的致动器。
图2示出了根据频率变化的座椅振幅(ASitz)与激励振幅(AAnr)的比率。曲线(26)示出了根据频率变化的常规座椅阻尼系统中的振幅的比率的典型演进。在从初始频率(fA)到终止频率(fE)并且包含谐振频率(fRes)的频率间隔(28)中，可在初始频率(fA)与谐振频率(fRes)之间的范围内检测到振幅的增加。在谐振频率(fRes)与终止频率(fE)之间的范围内，振幅再次下降。在终止频率(fE)以上发生所引入振动的减小，该终止频率通常是振动系统的固有频率的倍，并且所引入的振动随着激励频率的增加而增加。这种效应也称为隔振。
根据本发明的用于车辆座椅(2)以用于减轻座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)在至少一个空间方向(X，Y，Z)上的振动的可调节阻尼系统(1)设置有用于减振的至少一个阻尼元件(6)，所述至少一个阻尼元件布置在座椅部分侧上部(3)与车身侧下部(4)之间并且可通过调节装置(5)调节。该可调节阻尼系统(1)进一步的特征在于，可通过传感器装置(8)确定座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的至少一个相对运动变量和相对运动变量的变化，并且可通过调节装置(5)根据至少一个相对运动变量和相对运动变量的变化来调节阻尼元件(6)的第一阻尼力(25)。
可通过调节装置(5)调节的阻尼元件(6)的第一阻尼力(25)可通过调节装置(5)根据座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的速度(V)、加速度(B)以及急动导(R)来调节。可由调节装置调节(5)的阻尼元件(6)的第一阻尼力(25)与速度被加数、加速度被加数以及急动导被加数的和成比例，速度被加数是第一频率相关放大系数(K1(f))与速度(V)值的乘积，加速度被加数是第二频率相关放大系数(K2(F))与加速度(B)值的乘积，并且急动导被加数是第三频率相关放大系数(K3(f))与急动导(R)值的乘积。
曲线图(27)示出了根据本发明的可调节阻尼系统中的振幅的比率的演进。在从初始频率(fA)到终止频率(fE)并且包含谐振频率(fRes)的频率间隔(28)中，检测不到振幅的增加。因此，高的客观和主观的行程舒适度成为可能。
图3a、图3b和图3c均为根据座椅部分侧上部(3)相对于车体侧下部(4)的位置(13)变化的第二阻尼力(12)的曲线图。x轴给出第二阻尼力(12)，并且y轴给出座椅部分侧上部(3)相对于车体侧下部(4)的位置(13)。阻尼元件(6)的第二阻尼力(12)由调节装置(5)通过以下因素来调节：可由阻尼设定装置(7)调节的基本阻尼力、可由传感器装置(8)测量的座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的位置(13)、以及座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的运动方向(14)。通过可由传感器装置(8)测量的座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的至少两个时间上连续的位置(13)来确定运动方向(14)。
曲线图(12a、12b、12c)表示具有以不同方式预调节的基本阻尼力的第二阻尼力(12)的演进。座椅部分侧上部(3)相对于车体侧下部(4)的位置(13)的最大位移由阻尼元件(6)的最大阻尼行程(15)给出。最大阻尼行程(15)由上阻尼行程端(15a)和下阻尼行程端(15b)界定。座椅部分侧上部(3)相对于车体侧下部(4)可由高度设定装置(17)调节的竖直位置(16)形成用于调节的目标值。最大可设定竖直位置(16a)处于总阻尼行程(15)的在总阻尼行程中心(15c)与上阻尼行程端(15a)之间延伸的范围内，并且最小可设定竖直位置(16b)出于总阻尼行程(15)的在总阻尼行程中心(15c)与下阻尼行程端(15a)之间延伸的范围内。
在图3a中，在阻尼行程中心(15c)中对竖直位置(16)进行预调节。在位置(13)沿下阻尼行程端(15b)的方向位移时，阻尼力(12)比沿着上阻尼行程端(15a)的方向的位移的情况下增加得更多。这导致增加的座椅舒适度，因为在向下运动期间的冲击主观地被认为比上端冲击更令人不愉快。
在图3b中，在总阻尼行程中心(15c)和下阻尼行程端(15b)之间对竖直位置(16)进行预调节。由于可用的阻尼行程较少，因此这种类型的预置在位置(13)沿着下阻尼行程端(15b)的方向位移期间的第二阻尼力(12)的增加得更多。
在图3c中，预调节竖直位置(16)对应于最大竖直位置(16a)。在这种情况下，在上阻尼行程端(15a)的方向上具有较少的阻尼行程。因此，第二阻尼力(12)在上部阻尼行程端(15a)的方向上向上移动位置(13)时具有较大的增加。
通过选择适当的参数，可有利地自由地限定用于座椅部分侧上部(3)相对于车体侧下部(4)的运动方向的第二阻尼力(12)的增加。例如，也可构想在弹簧偏移期间调节较高的阻尼。弹簧偏移期间这种类型的较高阻尼有利于位于座椅上的驾驶员对机动车辆踏板的致动。
根据座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的位置(13)，阻尼元件(6)的第二阻尼力(12)具有由舒适上限(18a)和舒适下限(18b)限定的舒适范围(18)。在该舒适范围(18)中，对于座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的位置(13)的位移，阻尼力(12)为恒定的。这可在图3a和图3b中看出。在图3c中，预调节的竖直位置(16)对应于最大可设定竖直位置(16a)。在这种情况下，舒适上限(18a)和舒适下限(18b)等于竖直位置(16)。
阻尼元件(6)的第三阻尼力(19)可通过调节装置(5)来调节。该第三阻尼力(19)可通过以下因素来确定：总阻尼行程(15)、可预设的基本阻尼力、座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的位置(13)、座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的运动方向(14)、速度、的大小以及剩余阻尼行程。剩余阻尼行程可通过座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的最大阻尼行程(15)和位置(13)来确定，并且速度可通过座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的至少两个时间上连续的位置(13)来确定。
在处于从初始频率(fA)到终止频率(fE)并且包含谐振频率(fRes)的频率间隔(28)之外的频率范围内，阻尼元件(5)的总阻尼力由第二阻尼力(12)和第三阻尼力(19)的和给出。第三阻尼力(19)可沿相同的方向重叠在第二阻尼力(12)上。这在例如如果只有少量剩余阻尼行程可用(图3a中的位置(20))的情况下是必需的。因此可有效地避免末端冲击。如果发生突然的冲击，则第三阻尼力(19)可与第二阻尼力(12)相反，使得总阻尼力设定为更平缓。这仅仅在存在足够的剩余阻尼行程(位置(21))的情况下是合宜的。因此，座椅部分侧上部尽偏转得可能少。
图4是类似于图3a的曲线图。此外，该曲线图示出了座椅部分侧上部(3)的位置(13)的可替换返回位移行程(22)。对于这种返回位移行程(22)，只有与位置无关的预调节基本阻尼力是有效的。这种类型的实施例导致座椅部分侧上部部分(3)的较平缓和/或更快速的缩回。同时，座椅部分侧上部(3)在高度上被稳定，因为它更平缓地弹回到初始位置。
图5示出了用于确定阻尼元件(6)的第二阻尼力(12)的调节装置(5)的算法结构。座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的位置(13)由传感器装置(8)测量并提供给调节装置(5)。此外，平均位置由低通或平均值形成滤波器(TP)检测并传递给调节装置(5)。该值形成用于调节的目标值。类似地，可从存储器或其他方式提供位置指定。同样地，位置(13)的运动方向(14)被提供给调节装置(5)。此外，第二阻尼力(12)通过可由阻尼设定装置(7)预调节的基本阻尼力(12)以及总阻尼行程(15)来确定。第一阻尼力通过特征或查找表计算。
图6示出了用于确定阻尼元件(6)的总阻尼力D的调节装置(5)的算法结构。以下参数被提供给调节装置(5)：由传感器装置(8)测量的座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的位置(13)、由阻尼设定装置(7)预设的基本阻尼力(DM)、由低通或平均值形成过滤器(TP)确定的平均位置(avPos)、总阻尼行程(FW)、第二阻尼(12、GD)、运动方向(14)以及座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)的速度(V)。此外，速度变化的频率(f)的参数被提供给算法。所测得的时间依赖值可例如通过傅里叶变换转换成频谱。此外，还可包括来自加速度传感器(9)的值(B)。
第三阻尼力(19、ΔD)由第一参数(kvo)和速度系数Vn(n＝+/-1)形成，该第一参数为剩余阻尼行程(RFWo)和可预设基本阻尼力(DM)的函数。如果V≥0，对于大于平均位置(avPos)的当前位置(13、Pos)，第一参数(kvo)以速度的数值(|V|)相乘。否则，第一参数(kvo)以速度的倒数(1/V)相乘。如果V<0，对于大于平均位置(avPos)的当前位置(13、Pos)，第一参数(kvo)以速度的倒数(1/V)相乘，否则以速度的数值(|V|)相乘。
对于处于从初始频率(fA)到终止频率(fE)并且包含谐振频率的频率间隔(28)之外的频率(f)，总阻尼力(D)被认为是第二阻尼力(12、GD)和第三阻尼力(19、ΔD)的和。
对于频率间隔(28)内的频率(f)，在阻尼元件处调节第一阻尼力(25、DRes)。第一阻尼力(25、DRes)与速度被加数、加速度被加数以及急动导被加数的和成比例，速度被加数是第一频率相关放大系数(K1(f))与速度(V)值的乘积，加速度被加数是第二频率相关放大系数(K2(f))与加速度(B)值的乘积，并且急动导被加数是第三频率相关放大系数(K3(f))与急动导(R)值的乘积。
第二放大系数(K2(f))随频率线性增大，并且第三放大系数(K3(f))随频率二次增大。此外，加速度随时间的演进而相移90°，急动导随时间的演进相对于速度随时间的演进而相移180°。
由传感器装置(8)测量的频率范围包括谐振频率。在从初始频率(fA)到谐振频率(fRes)的频率间隔(28)中，加速度被加数和距离被加数的值增大，导致第一阻尼力(25、DRes)增大。这种有利的增大是因为第二(K2(f))和第三放大系数(K3(f))随频率而线性和二次增大。在从谐振频率(fRes)到终止频率(fE)的频率范围内，行程被加数器是主要的，导致第一阻尼力(25、DRes)减小。由于第三放大系数(K3(f))的二次频率依赖性，急动导被加数是主要的。由于速度和冲击的反相行为，阻尼元件的第一阻尼力减小。因此，对于低频和高频激励均可实现高的客观和主观的行程舒适度。因此，有利地，通过设置适当的放大参数，可限定每个被加数器对总和以及因此对第一阻尼力(25、DRes)的强度的影响。由于各个被加数器的影响而显著增大的阻尼器的力可大大减少谐振频率范围内振幅的不期望的增加。
上述第一阻尼力(25、DRes)的行为可在图7a、图7b中看到。曲线图示出了常规座椅阻尼系统的阻尼力的演进(29)和用于阻尼元件的致动信号(30)。在图7b的曲线图中，所有上述被加数都有助于阻尼力。图7b的曲线图示出了第一阻尼力(25、DRes)的演进，其中未考虑行程被加数。
图8是根据另一实施例的根据座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置变化的阻尼力的曲线图。在该曲线图中，x轴给出第三参数kES，并且y轴给出座椅部分侧上部(3)相对于车体侧下部(4)的位置(13)。在本实施例中，阻尼力由D＝kES·Vn给出。第三参数kES是以下因素的函数：上阻尼行程端(15a、FEo)、下阻尼行程端(15b、FEu)、阻尼行程中心(15c、FEm)、最大竖直位置(16a、maxo)、最小竖直位置(16b、minu)、舒适上限(18a、KGo)、舒适下限(18b、KGu)、平均位置(23、avPos)、当前位置(13、Pos)、预调节基本阻尼力(DM)以及运动方向(14、sgn(V))。指数n在0到∞的范围内。当n＝0时，D与速度的大小无关，并且对应于第一阻尼力。对于0<n<1的情况，阻尼系统(1)具有递减特性，对于n≥1的情况，阻尼系统具有渐进特性。对于固定指数n，第三参数kES确定阻尼力的特性。对于V≥0的情况：kES＝kESo，而对于V<0的情况：kES＝kESu。第三参数由两个组成部分组成：kES＝kES1+kES2(kESo＝kESo1+kESo2，kESu＝kESu1+kESu2)，其中kES2仅仅在处于以下范围内的位置处不等于0：最大竖直位置(16a、maxo))与上阻尼行程端(15a、FE0)之间的范围内，以及最小竖直位置(16b、maxu)与下阻尼行程端(15b、FEu)之间的范围内。如果座椅部分侧上部(3)的当前位置(13、Pos)超过最大竖直位置(16a、maxo)或最小竖直位置(16b、maxu)，则由于kES2分量而导致kES变得更高。因此，由于末端冲击保护系数kES2而使得阻尼力增大，从而可有效防止座椅部分侧部上部(3)的末端冲击。为了增加舒适度，座椅部分侧上部(3)应尽可能快地返回到平均位置(23)或返回至用于调节的目标值。因此，在返回运动期间，kES2分量被设定为0。
在本申请文件中公开的所有特征对于本发明而言均为至关重要的，只要它们独立或组合地相对于现有技术是新颖的。
参考标号列表
1 可调节阻尼系统
2 车辆座椅
3 座椅部分侧上部
4 车身侧下部
5 调节装置
6 阻尼元件
7 阻尼设定装置
8 传感器装置
9 加速度传感器
10 弹簧元件
11 剪刀架
12 第二阻尼力
12a 根据第一预设基本阻尼力变化的第二阻尼力
12b 根据第二预设基本阻尼力变化的第二阻尼力
12c 根据第三预设基本阻尼力变化的第二阻尼力
13 座椅部分侧上部的位置
14 运动方向
15 最大阻尼行程
15a 上阻尼行程端
15b 下阻尼行程端
15c 总阻尼行程中心
16 竖直位置
16a 最大竖直位置
16b 最小竖直位置
17 高度设定装置
18 舒适范围
18a 舒适上限
18b 舒适下限
19 第三阻尼力
20 座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置
21 座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置
22 返回位移行程
23 平均位置
24a 示例位置1
24b 示例位置2
24c 示例位置3
25 第一阻尼力
26 传统座椅阻尼系统中振幅比率的演进
27 根据本发明的座椅阻尼系统中的振幅比率的演进
28 频率间隔
29 传统座椅阻尼系统的阻尼力的演进
30 致动信号
avPos 座椅部分侧上部相对于车身侧下部的平均位置
ASitz 座椅振幅
AAnr 激振振幅
avPos 座椅部分侧上部相对于车身侧下部的平均位置
B 加速度
D 总阻尼力
DRes 第一阻尼力
ΔD 第三阻尼力
DM 可预设基本阻尼力
f 频率
fA 初始频率
fRes 谐振频率
fE 终止频率
FW 总阻尼行程
FEO 上阻尼行程端
FEU 下阻尼行程端
Fem 阻尼行程中心
GD 第二阻尼力
K1(f) 第一放大系数
K2(f) 第二放大系数
K3(f) 第三放大系数
kvo 第一参数
kRFr 第二参数
kES 第三参数
kES2 末端冲击保护系数
KGo 舒适上限
KGu 舒适下限
maxo 最大竖直位置
maxu 最小竖直位置
Pos 座椅部分侧上部相对于车身侧下部的位置
R Jerk
RFWo 剩余阻尼行程
TP 低通或平均值形成过滤器
V 速度
X、Y、Z 空间方向

Claims (14)

1.一种用于车辆座椅(2)的可调节阻尼系统(1)，用于减轻座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)在至少一个空间方向(X，Y，Z)上的振动，提供至少一个阻尼元件(6)用于减振，所述至少一个阻尼元件布置在所述座椅部分侧上部(3)与所述车身侧下部(4)之间并且能够由调节装置(5)调节，其特征在于，
所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的至少一个相对运动变量和所述相对运动变量的变化能够由传感器装置(8)确定，并且所述阻尼元件(6)的第一阻尼力(25)能够由所述调节装置(5)根据所述至少一个相对运动变量和所述相对运动变量的变化的频率来调节。
2.根据权利要求1所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
所述阻尼元件(6)的所述第一阻尼力(25)能够由所述调节装置(5)根据所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的速度(V)、加速度(B)以及急动导(R)来调节。
3.根据权利要求1或2所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
能够由所述调节装置(5)调节的所述阻尼元件(6)的所述第一阻尼力(25)与速度被加数、加速度被加数以及急动导被加数的和成比例，所述速度被加数为第一频率相关放大系数(K1(f))与所述速度(V)的值的乘积，所述加速度被加数为第二频率相关放大系数(K2(f))与所述加速度(B)的值的乘积，并且所述急动导被加数为第三频率相关放大系数(K3(f))与位移行程(X)的值的乘积。
4.根据权利要求3所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
由所述传感器装置(8)测量的频率范围包括至少一个谐振频率(fRes)，在从初始频率(fA)到所述谐振频率(fRes)的频率间隔(28)中，所述加速度被加数的值和所述急动导被加数的值增大，使得所述阻尼元件(6)的所述第一阻尼力(25)增大；在从所述共振频率(fRes)延伸到所述终止频率(fE)的频率间隔(28)中，所述急动导被加数是主要的，使得所述阻尼元件(6)的所述第一阻尼力(25)减小。
5.根据前述权利要求中任一项所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
能够通过所述调节装置(5)来调节所述阻尼元件(6)的第二阻尼力(12)，所述第二阻尼力(12)能够由所述调节装置(5)通过以下因素来确定：所述阻尼元件(6)的总阻尼行程(15)、由阻尼设定装置(7)预设的基本阻尼力、由传感器装置(8)测量的所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的位置、以及所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的运动方向(14)，所述运动方向(14)能够通过由所述传感器装置(8)测量的所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的至少两个时间上连续的位置(13)来确定。
6.根据权利要求5所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的位置(13)的最大位移由所述阻尼元件(6)的所述总阻尼行程(15)给出，所述总阻尼行程(15)由上阻尼行程端(15a)和下阻尼行程端(15b)界定，并且形成用于调节的目标值的所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的竖直位置(16)能够通过高度设定装置(17)调节，最大可设定竖直位置(16a)处于所述总阻尼行程(15)的优选地在总阻尼行程中心(15c)与所述上阻尼行程端(15a)之间延伸的范围内，而最小可设定竖直位置(16b)处于所述总阻尼行程(15)的在总阻尼行程中心(15c)与所述下阻尼行程端(15a)之间延伸的范围内。
7.根据权利要求6所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
所述座椅部分侧上部(3)的位置(13)在从竖直位置(16)开始的位移过程中，能够由所述调节装置(5)调节的所述阻尼元件(6)的所述第二阻尼力(12)在所述总阻尼行程(15)的舒适范围(18)内比在所述舒适范围(18)之外更小，所述舒适范围(18)由舒适上限(18a)和舒适下限(18b)界定，所述舒适范围(18)为所述总阻尼行程(15)的由所述最大可设定竖直位置(16a)和所述最小可设定竖直位置(16b)界定的范围的子范围，所述第二阻尼力(12)在所述舒适范围(18)内为恒定的或者随着所述座椅部分侧上部的位置与所述竖直位置之间的距离而增大或减小，在所述座椅部分侧上部(3)的位置(13)从所述最大竖直位置(16a)或所述最小竖直位置(16b)开始的位移过程中，所述舒适范围(18)被限制于所述最大竖直位置(16a)或所述最小竖直位置(16b)。
8.根据权利要求6或7所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
在所述座椅部分侧上部(3)的位置(13)从所述竖直位置(16)开始的位移过程中，能够由调节装置(5)调节的所述阻尼元件(6)的所述第二阻尼力(12)在所述总阻尼行程(15)的所述舒适范围(18)之外随着所述座椅部分侧上部(3)的位置(13)与所述竖直位置(16)之间的距离而线性增长。
9.根据前述权利要求中任一项所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
在所述座椅部分侧上部(3)的位置(13)沿着所述竖直位置(16)的方向位移时，所述阻尼元件(6)的仅对应于预调节基本阻尼力的阻尼力能够由所述调节装置(5)设定。
10.根据前述权利要求中任一项所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
所述阻尼元件(6)的第三阻尼力(19)能够由所述调节装置(5)调节，所述第三阻尼力(19)能够通过所述总阻尼行程(15)、可预设基本阻尼力、所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的位置(13)、所述运动方向(14)、所述速度的大小、以及所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的剩余阻尼行程来确定，所述剩余阻尼行程能够通过所述总阻尼行程(15)以及所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的位置(13)来确定，所述速度能够通过所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的至少两个时间上连续的位置(13)来确定。
11.根据权利要求10所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
由所述传感器装置(8)测量的频率范围包括至少一个谐振频率，在从初始频率延伸到所述终止频率并且包含所述谐振频率的频率间隔中，所述阻尼元件(6)的总阻尼力对应于所述第一阻尼力，并且在所述频率间隔之外，所述阻尼元件(6)的总阻尼力由所述第二阻尼力(12)和所述第三阻尼力(19)的和给出。
12.根据前述权利要求中任一项所述的可调节阻尼系统(1)，其特征在于，
在所述座椅部分侧上部(3)的位置(13)从所述最大竖直位置(16a)且沿着所述上阻尼行程端(15a)的方向开始的位移过程中，或者在所述座椅部分侧上部(3)的位置(13)从所述最小竖直位置(16b)且沿着所述下阻尼行程端(15b)的方向开始的位移过程中，通过末端冲击保护系数而增大的所述阻尼元件(6)的阻尼力能够由所述调节装置(5)设定，在所述座椅部分侧上部(3)的位置(13)沿相反方向位移时，能够由所述调节装置(5)设定不具有末端冲击保护系数的所述阻尼元件的阻尼力。
13.一种车辆座椅(2)，包括根据前述权利要求中任一项所述的可调节阻尼系统(1)。
14.一种用于调节用于车辆座椅(2)的可调节阻尼系统(1)的方法，用于减轻座椅部分侧上部(3)相对于车身侧下部(4)在至少一个空间方向(X，Y，Z)上的振动，提供至少一个阻尼元件(6)用于减振，所述至少一个阻尼元件布置在所述座椅部分侧上部(3)与所述车身侧下部(4)之间并且能够由调节装置(5)调节，所述方法包括以下步骤：
通过传感器装置(8)确定所述座椅部分侧上部(3)相对于所述车身侧下部(4)的至少一个相对运动变量以及所述相对运动变量的变化；
通过所述调节装置(5)调节所述阻尼元件(6)的第一阻尼力(25)，所述第一阻尼力(25)由所述调节装置(5)根据所述至少一个相对运动变量和所述相对运动变量的变化频率来确定。
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