CN109982875A - 用于车辆车桥的具有可变流体惯性的悬架设备 - Google Patents

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Abstract

一种悬架设备(DS)，配备有车辆车桥(TV)，其包括适于滚动的车轮。该设备(DS)包括：并联安装的弹簧(RS)和阻尼器(AS)；惯性管路(CI)，其包括具有预定长度和预定截面的至少一个第一管道(T1)，并且适于以受控的方式产生流体惯性；液压缸(VS)，其与弹簧(RS)和阻尼器(AS)并联地安装并包括与第一管道(T1)联接的腔室(CH)；以及控制装置(MC)，其适于根据至少一个信息控制由惯性管路(CI)产生的流体惯性，该至少一个信息表示车辆的所选至少一个参数的当前值。

Description

用于车辆车桥的具有可变流体惯性的悬架设备
技术领域
本发明涉及配备车辆车桥的悬架设备，该车辆车桥包括适于在道路或轨道(可能是铁路)上行驶的车轮。
背景技术
通常为机动车辆类型的某些车辆包括至少一个车桥，其联接到车辆的车身并包括两个悬架设备，这两个悬架设备分别与每个车轮相关联并各自包括并联安装的弹簧(通常为螺旋形)和阻尼器。
有时称为“金属制的”这些悬挂设备提供在刚度方面和阻尼方面受到限制的调节范围。这是由于：一方面，刚度必须足够大以保证车辆在空载、负载和运行时的稳态，并且足够小以允许低的过滤频率(通常小于1.6Hz)；另一方面，阻尼必须足以控制车轮回弹模式并确保在颠簸的地面上保持驾驶性能并足够灵活以允许过滤高速时车轮的不规则性。
为了使这种悬挂设备能够通过使悬架柔性化而提供高水平的竖直舒适性方面的效果(prestation)，类似于成本非常高的液压悬架设备，必须向它们添加复杂且昂贵的高度校正装置。
提供介于“金属制的”和“液压的”之间的中间级别的效果的替代解决方案是使用惯性作用。
因此，在文献“Investigation on semi-active control of vehicle usingadaptative inerter(对使用自适应惯性器的车辆悬架的半主动控制的研究)”(PanshuoLi、James Lam和Kie Chung Cheung，2014年7月13至17日，第21届国际声与振动大会，北京/中国)中提出了利用惯性装置(或惯性器)，该惯性装置允许限制全车模型的过压。
同样地，在文献“On the benefits of semi-active suspensions withinerters(关于具有惯性器的半主动悬架的优点)”(Xin-Jie Zhanga、Mehdi Ahmadianband Kong-Hui Guo,Shock and Vibration 19(2012)257-272 257,DOI 10.3233/SAV-2011-0628)中提出了控制最佳悬架作用，以使得通过惯性装置而与地面的联接具有在所悬架的质量的位移的振动能量标准上的增益，所悬架的质量的位移是由于在损坏普通程度的道路上行驶而导致的。
由于这些解决方案将车轮回弹模式的频率(通常在12Hz至15Hz的范围内)调整为5Hz左右，并且这种车轮回弹模式不再由悬架阻尼器适当缓冲，因此，这些提出的解决方案并不令人满意。
发明内容
本发明尤其旨在改善金属制悬架设备的情况。
为此目的，本发明特别提出了一种悬架设备，其用于成为车辆车桥的一部分并包括并联安装的弹簧和阻尼器，该车辆车桥包括适于(在道路或轨道(可能是铁路)上)行驶的车轮。
该悬架设备的特征在于，包括：
-惯性管路，其包括具有预定长度和预定截面的至少一个第一管道并适于以受控的方式产生流体惯性，该第一管道可能联接到贮流器，
-液压缸，其与弹簧和阻尼器并联地安装并包括与第一管道联接的腔室，以及
-控制装置，其适于根据至少一个信息控制由惯性管路产生的流体惯性，该至少一个信息表示车辆的所选至少一个参数的当前值。
由于流体惯性的这种受控激活，因此可以实时控制悬架应力并同时保证控制整车悬架模式的过压(通常介于0.5Hz至2.0Hz之间)以及对震动(tressautement)(通常介于2.0Hz至6.0Hz之间)、甚至是快速震动(trépidation)(通常介于6Hz至20Hz之间)的良好过滤。
根据本发明的悬架设备可包括可单独或组合采用的其他特征，并且特别地：
-每个参数可以(至少)选自车辆的竖直加速度、车辆的速度、悬架行程、车辆的方向盘角度、对车辆的方向盘的操作速度、车辆行驶的道路或轨道的状态、对车辆的制动系统的操作、对车辆的加速的动作、以及车辆的驾驶员所选择的驾驶模式，
-第一管道可包括第一端部和第二端部，其分别联接到腔室和贮流器的入口/出口，并且该悬架设备的控制装置可包括第一操作装置，其安装在腔室的入口/出口和贮流器的入口/出口之间，以便控制对第一管道的连接/连接断开；
该悬架设备的惯性管路可包括第二管道，其具有预定长度和预定截面并具有第一端部和第二端部，该第二管道的第一端部连接到第一管道的第二端部，该第二管道的第二端部联接到贮流器的入口/出口。在这种情况下，该悬架设备的控制装置还包括第二操作装置，其安装在第二管道的第一端部和贮流器的入口/出口之间，以便控制对第二管道的连接/连接断开；
·该悬架设备的惯性管路也可包括第三管道，其具有预定长度和预定截面并具有第一端部和第二端部，该第三管道的第一端部连接到第二管道的第二端部，该第三管道的第二端部联接到贮流器的入口/出口。在这种情况下，该悬架设备的控制装置也可包括第三操作装置，其安装在第三管道的第一端部和贮流器的入口/出口之间，以便控制对第三管道的连接/连接断开；
操作装置可以是主动型的。在这种情况下，该悬架设备的控制装置可适于根据随着每个信息而变化的命令规律来控制操作装置中的每一个，每个信息表示车辆的所选至少一个参数的当前值；
·操作装置可设置成具有可变截面孔的电磁阀的形式。例如，每个电磁阀可以是全有或全无型或比例型。
作为变型，操作装置可以是被动型的；
·操作装置可设置成沿着相反方向并联安装的成对限压阀；
·作为变型，操作装置可以是根据悬架的行程而打开或关闭的孔；
操作装置中的每一个可与适于引起选定压降的喷嘴相关联。作为变型，其阻尼器可以是非线性型或可受控的；
-该悬架设备也可包括与惯性管路并联的隔离膜，其适于根据悬架的行程振幅来改变惯性管路的流量。作为变型，该悬架设备也可包括非线性弹簧，其与液压缸串联地安装并包括低值的第一刚度和高值的第二刚度，该低值的第一刚度用于在高的震动频率下存在小的悬架行程振幅时阻止流体惯性的作用，该高值的第二刚度用于在低的震动频率下存在大的悬架行程振幅时允许流体惯性的作用。
本发明还提出了一种车辆，其可能是机动车辆类型的并包括至少一个车桥，该车桥包括适于(在道路或轨道上)行驶的车轮以及如上所述类型的两个悬架设备。
附图说明
通过研究以下详细的描述和附图，本发明的其他特征和优点将显现，在附图中：
图1以剖视图示意性示出了配备有根据本发明的悬架设备的第一实施例的车辆车桥示例的部分，该悬架设备具有外部贮流器，
图2以剖视图示意性示出了配备有图1的悬架设备的变型的车辆车桥示例的部分，该悬架设备具有内部贮流器，
图3以剖视图示意性示出了配备有根据本发明的悬架设备的第二实施例的车辆车桥示例的部分，该悬架设备具有外部贮流器，
图4以剖视图示意性示出了配备有图3的悬架设备的变型的车辆车桥示例的部分，该悬架设备具有内部贮流器。
具体实施方式
本发明尤其旨在提出一种悬架设备DS，其用于配备车辆的车桥TV(前桥或后桥)。
在下文中，作为非限制性示例地认为，车桥TV用于配备诸如汽车的机动车辆。然而，本发明不限于这种类型的车辆。实际上，本发明涉及包括至少一个车桥并可以在道路或轨道(可能是铁路)上行驶的任意车辆，该至少一个车桥连接到车辆车身的一部分。
在图1至图4中示意性示出了机动车辆的车桥TV的两个部分，这两个部分分别配备有根据本发明的悬架设备DS的两个实施例。
如示出的，根据本发明的悬架设备DS具有弹簧RS、阻尼器AS、惯性管路CI、液压缸VS和控制装置MC。
弹簧RS和阻尼器AS并联地安装。例如，弹簧RS是螺旋型的。
液压缸VS与弹簧RS和阻尼器AS并联地安装，并且液压缸VS包括联接到惯性管路CI的至少一个腔室CH。应注意到，液压缸VS可遮掩由阻尼器AS确保的功能，以取代阻尼器AS。
惯性管路CI包括至少一个第一管道T1，其具有预定的长度和截面，并适于在控制装置MC的控制下产生流体惯性，如下所述。流体可以例如是油，诸如通常用在阻尼器中的油。
应注意到，第一管道T1(而更一般地是惯性管路CI)可以：联接到外部贮流器RF，如图1和图3中非限制性示出的；或者联接到内部贮流器CH’，其为液压缸VS的第二腔室，该第二腔室位于腔室CH的后面且紧固地联接到活塞的杆在该第二腔室中平移，并且因此，第二腔室用作流体贮流器，如图2和图4中非限制性示出的。换句话说，在第一选择中，惯性管路CI安装在腔室CH和外部贮流器RF之间，而在第二选择中，惯性管路CI安装在(液压缸CH的)腔室CH和液压缸(VS)的第二腔室(或内部贮流器)CH’之间。
还应注意到的是，为了例如更好地控制悬架行程，第一管道T1可以是刚性的或柔性的。
控制装置MC可适于根据至少一个信息来控制由惯性管路CI产生的流体惯性，该至少一个信息表示车辆的至少一个所选参数的当前值。
每个参数可以至少选自：车辆的(车身的)竖直加速度、车辆的速度、悬架行程、车辆的方向盘的角度、对方向盘的操作速度、车辆通行的道路或轨道的状态、对车辆的制动系统的操作、对车辆的加速的操作、以及由车辆的驾驶员选择的驾驶模式(例如舒适、运动或经济)。更一般地，可使用至少一个参数，其表示车辆的动力学、道路或轨道的状态、或者由驾驶员实施并对车辆的行为具有影响的操作。
所使用的每个信息可以是参数的当前值或通过至少一个车载算法实时执行的计算的结果。
因此，存在一种悬架设备DS，其中，由于惯性管路CI的不同管道而使得流体惯性可采用离散值，该流体惯性具有根据液压缸VS的活塞的截面与第一管道T1(以及可能地后续的管道)的截面之间的比率而变化的杠杆效应。
由于所使用的弹簧RS可以与当前技术的金属制悬架设备所包括的弹簧相同，因此，这种悬架设备DS保证车辆的静态稳定。
此外，该悬架设备DS允许通过流体惯性调整悬架过滤频率(例如，达到等于1Hz的值)，并且对道路的震动(excitation)过滤，其类似于由液压悬架提供的过滤(通常介于二至三赫兹之间)。这是由于运动的流体惯性添加到车辆所承载的质量，并且因此允许通过正确地按使用确定第一管道T1及可能地后续管道的长度和截面而将悬架的过滤频率降低到所需(或所选)值(流体惯性与管道的长度成正比并与管道的通过截面成反比)。例如，所有管道(至少有T1)可以介于10cm至1000cm之间，并且管道(至少有T1)的通过截面可以介于1mm2至1000mm2之间。
例如，并且如在图1至图4中非限制性示出的，第一管道T1可包括第一端部和第二端部，第一端部和第二端部分别联接到腔室CH的入口/出口以及(外部)贮流器RF或(内部)贮流器CH’的入口/出口。在这种情况下，控制装置MC包括第一操作装置MA1，其安装在腔室CH的入口/出口与(外部)贮流器RF或(内部)贮流器CH’的入口/出口之间，以控制对第一管道T1的连接/连接断开。例如，外部贮流器RF可置于大气压下。
在存在外部贮流器RF时，惯性管路CI的入口/出口可以与外部贮流器RF连通。在存在内部贮流器(或第二腔室)CH’时，惯性管路CI的入口/出口可以与液压缸VS的第二腔室CH’连通，该第二腔室CH’位于腔室CH的后面且紧固地连接到活塞的杆在该第二腔室CH’中移动。
如上所述，惯性管路CI可包括串联安装的多个管道Tj。这种选项旨在增加可获取的流体惯性的不同值的数量。
因此，在图1和图2中非限制性示出的第一实施例中，除了第一管道T1(j＝1)之外，惯性管路CI包括第二管道T2(j＝2)，其具有预定长度和截面并具有第一端部和第二端部，第二管道T2的第一端部连接到第一管道T1的第二端部，第二管道T2的第二端部联接到外部贮流器RF(图1)或内部贮流器CH’(图2)的入口/出口。在这种情况下，控制装置MC还包括第二操作装置MA2，其安装在第二管道T2的第一端部与外部贮流器RF或内部贮流器CH’的入口/出口之间，以控制对第二管道T2的连接/连接断开。
第二管道T2的长度和截面可等于或不同于第一管道T1的长度和截面。这提供了额外的自由度，以便同时控制管道中的流体惯性和黏性压降并从而优化悬架的振动响应。
在图3和图4中非限制性示出的第二实施例中，除了第一管道T1和第二管道T2之外，惯性管路CI包括第三管道T3(j＝3)，其具有预定长度和截面并具有第一端部和第二端部，该第三管道T3的第一端部连接到第二管道T2的第二端部，该第三管道T3的第二端部联接到外部贮流器RF(图3)或内部贮流器CH’(图4)的入口/出口。在这种情况下，控制装置MC还包括第三操作装置MA3，其安装在第三管道T3的第一端部与外部贮流器RF或内部贮流器CH’的入口/出口之间，以便控制对第三管道T3的连接/连接断开。
第三管道T3的长度和截面可等于或不同于第一管道T1及第二管道T2的长度和截面。这提供了另外的额外自由度，以便同时控制管道中的流体惯性和黏性压降并从而优化悬架的振动响应。
可用流体惯性值的数量N取决于串联的管道数量以及与这些管道中的每一个相关联的操作装置MAj的数量。更具体地，在存在N个管道和N个操作装置MAj的情况下，具有N+1个可用的离散惯性值。
应注意到，操作装置MAj(此处，j＝1至3)可以是主动型或被动型的。
如图1和图2中非限制性示出的，当操作装置MAj是主动型时，控制装置MC适于根据随着每个信息而变化的控制规律来控制这些操作装置MAj中的每一个，每个信息表示车辆的至少一个所选参数的当前值。为此目的，控制装置MC包括专用于控制的部分，并且该部分负责根据控制规律在每个时刻确定用于操作装置MAj中的每一个的命令。该专用部分可以例如设置在计算机CA中，如图1和图2中非限制性示出的。然而，该专用部分可包括其自身的计算机。因此，该专用部分可以实现成软件模块(或信息模块(或者“软件”))的形式或软件模块和电子电路(或“硬件”)的组合的形式。
例如，主动操作装置MAj可以设置成具有可变截面孔的电磁阀(阀)的形式。在这种情况下，每个电磁阀可以例如是全有或全无型或比例型。
如图3和图4中非限制性示出的，当操作装置MAj是被动型时，它们可以设置成沿着相反方向并联安装的成对限压阀的形式，以控制压力，从而使压力保持在整定压力附近变化的有限范围内。作为变型，(被动)操作装置MAj可以是根据悬架的行程而打开或关闭的孔(lumière)。
注意到的是，为了改善对小振幅的过滤，悬架设备DS可以例如包括与其惯性管路CI并联的隔断膜，其适于根据悬架的行程振幅改变惯性管路CI中的流量。更具体地，该隔断膜用于在液压缸VS的活塞存在大振幅移动的情况下阻挡流体(并因此激活流体惯性)，并且用于在液压缸VS的活塞存在小振幅移动的情况下让流体通过(并因此使流体惯性失效)。例如，该隔断膜可装在专用凹槽中，该凹槽限定在液压缸VS的活塞中并通过孔与液压缸VS的腔室CH以及液压缸VS的后部连通，紧固地连接到活塞的杆在该后部平移。该隔断膜可例如由可能是合成的橡胶制成。
作为变型，悬架设备DS可例如还包括非线性弹簧，其与液压缸VS串联安装并包括低值的第一刚度和高值的第二刚度，该低值的第一刚度用于在通常大于8Hz的高的震动频率下存在小的悬架行程振幅时阻止(或过滤)流体惯性的作用，该高值的第二刚度用于在通常小于3Hz的低的震动频率下存在大的悬架行程振幅时允许(激发)流体惯性的作用。
还应注意到，为了在存在道路的小震动的情况下改善整车悬架模式的阻尼，作用装置MAj中的每一个可与能够引起选定压降的喷嘴相关联。作为变型，可使用非线性或可受控的阻尼器AS。
借助本发明，金属制悬架系统现在可以提供几乎与液压悬架设备所提供的竖直舒适性能齐平的竖直舒适性能，以在使用被动作用装置的情况下具有低的额外费用，并且在使用主动并受控的作用装置的情况下获得合适的额外费用。

Claims (10)

1.一种用于车辆车桥TV的悬架设备DS，所述车辆车桥包括适于滚动的车轮，所述设备DS包括并联安装的弹簧RS和阻尼器AS，其特征在于，所述悬架设备还包括i)惯性管路CI，其包括具有预定长度和预定截面的至少一个第一管道T1，并且适于以受控的方式产生流体惯性，ⅱ)液压缸VS，其与所述弹簧RS和所述阻尼器AS并联地安装并包括与所述第一管道T1联接的腔室CH，以及iii)控制装置MC，其适于根据至少一个信息控制由所述惯性管路CI产生的流体惯性，所述至少一个信息表示所述车辆的所选至少一个参数的当前值。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个参数可以选自所述车辆的竖直加速度、所述车辆的速度、悬架行程、所述车辆的方向盘角度、对所述车辆的方向盘的操作速度、所述车辆行驶的道路或轨道的状态、对所述车辆的制动系统的操作、对所述车辆的加速的动作、以及所述车辆的驾驶员所选择的驾驶模式。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一管道T1包括第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部分别联接到所述腔室CH和贮流器RF、CH’的入口/出口，并且所述控制装置MC包括第一操作装置MA1，其安装在所述腔室CH的入口/出口和所述贮流器RF、CH’的入口/出口之间，以便控制对所述第一管道T1的连接/连接断开。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述惯性管路CI包括第二管道T2，其具有预定长度和预定截面并具有第一端部和第二端部，所述第二管道的第一端部连接到所述第一管道T1的第二端部，所述第二管道的第二端部联接到所述贮流器RF、CH’的入口/出口，并且所述控制装置MC还包括第二操作装置MA2，其安装在所述第二管道T2的第一端部和所述贮流器RF、CH’的入口/出口之间，以便控制对所述第二管道T2的连接/连接断开。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述惯性管路CI还可包括第三管道T3，其具有预定长度和预定截面并具有第一端部和第二端部，所述第三管道的第一端部连接到所述第二管道T2的第二端部，所述第三管道的第二端部联接到所述贮流器RF、CH’的入口/出口，并且所述控制装置MC还包括第三操作装置MA3，其安装在所述第三管道T3的第一端部和所述贮流器RF、CH’的入口/出口之间，以便控制对所述第三管道T3的连接/连接断开。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述操作装置MA是主动型的，并且所述控制装置MC适于根据随着每个信息而变化的命令规律来控制所述操作装置MAj中的每一个，所述每个信息表示所述车辆的所选至少一个参数的当前值。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述操作装置MAj设置成具有可变截面孔的电磁阀的形式。
8.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述操作装置MAj是被动型的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，要么包括与所述惯性管路CI并联的隔离膜，其适于根据所述悬架的行程振幅来改变所述惯性管路CI的流量；要么包括非线性弹簧，其与所述液压缸VS串联地安装并包括低值的第一刚度和高值的第二刚度，所述低值的第一刚度用于在高的震动频率下存在小的悬架行程振幅时阻止所述流体惯性的作用，所述高值的第二刚度用于在低的震动频率下存在大的悬架行程振幅时允许所述流体惯性的作用。
10.一种包括具有适于滚动的车轮的至少一个车桥TV的车辆，其特征在于，所述车桥TV包括根据前述权利要求中任一项所述的两个悬架设备DS。
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