CN110337381B - 主动振动隔离系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车辆座椅的主动振动隔离系统，该机动车辆座椅适于被用户占据，主动振动隔离系统包括：主动悬架系统，其将座椅支撑在机动车辆的底板上方，其中悬架系统包括至少一个致动器，该至少一个致动器能够被控制以在竖直轴线的方向上向上和向下移动座椅；第一传感器系统，被安装到车辆并且适于感测沿着或平行于竖直轴线的车辆高度位置变化；第二传感器系统，适于确定沿着或平行于竖直轴线的座椅平移位置；以及控制器，响应于第一传感器系统和第二传感器系统，适于向主动悬架系统提供控制信号，控制信号引起座椅的运动，该座椅的运动被设计成在车辆经历沿着竖直轴线平移时控制用户的头部或躯干的高度。

Description

主动振动隔离系统
技术领域
本公开涉及主动振动隔离系统。
背景技术
主动振动隔离系统可以与机动车辆座椅一起使用，以抵消车辆的翻转(rolling)和震动(jarring)运动。许多这样的系统太大以至于不能在乘用车中使用。
发明内容
可以以任何技术上可能的方式来组合下面提及的所有示例和特征。
在一个方面，用于适于被用户占据的机动车辆座椅的主动振动隔离系统包括：主动悬架系统，将座椅支撑在机动车辆的底板上方，其中悬架系统包括至少一个致动器，该至少一个致动器能够被控制以在竖直轴线的方向上向上和向下移动座椅；第一传感器系统，被安装到车辆并且适于感测沿着或平行于竖直轴线的车辆高度位置变化；第二传感器系统，适于确定沿着或平行于竖直轴线的座椅平移位置；以及控制器，响应于第一传感器系统和第二传感器系统，适于向主动悬架系统提供控制信号，该控制信号引起被设计成在车辆经历沿着竖直轴线平移时控制用户的头部或躯干的高度的座椅的运动。
实施例可以包括以下特征中的一个特征、或者其任意组合。主动悬架系统可以包括至少两个致动器，其中致动器能够被控制以在竖直轴线的方向上向上和向下移动座椅并且在围绕水平轴线的两个方向上旋转座椅。第一传感器系统还可以适于感测围绕水平轴线或平行于水平轴线的车辆旋转位置变化。第二传感器系统还可以适于确定座椅相对水平轴线的旋转位置。控制信号还可以引起被设计成当车辆经历围绕水平轴线的旋转时控制用户的头部或躯干的横向位置的座椅的运动。主动振动隔离系统还可以包括第三传感器系统，第三传感器系统适于确定座椅相对于水平轴线和竖直轴线的中性位置，并且其中控制器还对第三传感器系统作出响应。第三传感器系统可以具有输出状态，并且适于在座椅相对于竖直轴线的中间高度位置处改变第三传感器系统的输出状态。第三传感器系统可以提供座椅是高于还是低于中间高度位置的认知。控制器还可以适于每当座椅移动通过中性位置中的任一中性位置时使用第三传感器系统重新校准。第二传感器系统可以包括相对传感器，并且第三传感器系统可以包括一位传感器。控制信号可以适于在车辆经历围绕水平轴线的旋转和经历沿着竖直轴线的平移时，维持用户的头部或躯干的横向位置。
实施例可以包括以下特征中的一个特征、或者其任意组合。第一传感器系统可以被安装到车辆底板。第一传感器系统可以包括竖直轴线加速度计和水平轴线翻转传感器。致动器可以各自包括旋转电动机和被耦合到电动机的线性致动器，该线性致动器将旋转电动机的运动转换为线性运动。线性致动器可以包括滚珠螺杆组件。
在另一方面，用于适于被用户占据的机动车辆座椅的主动振动隔离系统包括：主动悬架系统，将座椅支撑在机动车辆的底板上方，其中悬架系统包括线性致动器，该线性致动器能够被控制以在围绕水平轴线的两个方向上旋转座椅；第一传感器系统，被安装到车辆并且适于感测围绕水平轴线的车辆旋转位置变化；第二传感器系统，适于确定座椅相对于水平轴线的旋转位置；以及控制器，响应于第一传感器系统和第二传感器系统，适于向主动悬架系统提供控制信号，该控制信号引起被设计成当车辆经历围绕水平轴线的旋转时控制用户的头部或躯干的横向位置的座椅的运动。
实施例可以包括以下特征中的一个特征、或者其任意组合。主动振动隔离系统还可以包括第三传感器系统，第三传感器系统适于确定座椅相对于水平轴线的中性位置，其中控制器还对第三传感器系统作出响应。第三传感器系统可以具有输出状态，并且可以适于在座椅相对水平轴线的水平中间位置处改变其输出状态。第三传感器系统可以提供座椅是在座椅水平中间位置的左侧还是右侧的认知。控制器还可以适于每当座椅移动通过中性位置时使用第三传感器系统重新校准。第一传感器系统可以被安装到车辆底板。线性致动器可以包括旋转电动机和被耦合到到电动机的致动器，该致动器将旋转电动机的运动转换成线性运动。致动器可以包括滚珠螺杆组件。
在另一方面，用于适于被用户占据的机动车辆座椅的主动振动隔离系统包括：主动悬架系统，将座椅支撑在机动车辆的底板上方，其中悬架系统包括至少两个线性致动器，该至少两个线性致动器能够被控制以在竖直轴线的方向上向上和向下移动座椅并且在围绕水平轴线的两个方向上旋转座椅；第一传感器系统，被安装到车辆并且适于感测围绕水平轴线的车辆旋转位置变化和感测沿着竖直轴线的车辆高度位置变化；第二传感器系统，适于确定座椅相对于水平轴线的旋转位置和确定沿着竖直轴线的座椅平移位置；以及控制器，响应于第一传感器系统和第二传感器系统，适于向主动悬架系统提供控制信号，控制信号引起被设计成当车辆经历围绕水平轴线的旋转和经历沿着竖直轴线的平移时控制用户的头部或躯干的横向位置和高度的座椅的运动。
实施例可以包括以下特征中的一个特征、或者其任意组合。主动振动隔离系统还可以包括第三传感器系统，第三传感器系统适于确定座椅相对水平轴线和竖直轴线的中性位置，其中控制器还对第三传感器系统作出响应。第三传感器系统可以具有输出状态，并且适于在座椅相对于水平轴线的水平中间位置处和相对于竖直轴线的中间高度位置处改变其输出状态。第三传感器系统可以提供座椅是高于还是低于中间高度位置以及座椅是在座椅水平中间位置的左侧还是右侧的认知。控制器还可以适于每当座椅移动通过中性位置中的任一中性位置时使用第三传感器系统重新校准。第一传感器系统可以被安装到车辆底板。线性致动器可以各自包括旋转电动机和被耦合到到电动机的致动器，该致动器将旋转电动机的运动转换为线性运动。
在另一方面，用于适于被用户占据的机动车辆座椅的主动振动隔离系统包括：主动悬架系统，将座椅支撑在机动车辆的底板上方，其中悬架系统包括至少两个线性致动器，该至少两个线性致动器能够被控制以在竖直轴线的方向上向上和向下移动座椅并且在围绕水平轴线的两个方向上旋转座椅；被动隔离台，被定位在车辆座椅与主动悬架系统之间，隔离台被配置为允许座椅和主动悬架系统在平行于水平轴线的方向上相对运动；第一传感器系统，被安装到车辆并且适于感测围绕水平轴线的车辆旋转位置变化和感测沿着竖直轴线的车辆高度位置变化；第二传感器系统，适于确定座椅相对水平轴线的旋转位置和确定沿着竖直轴线的座椅平移位置；以及控制器，响应于第一传感器系统和第二传感器系统，适于向主动悬架系统提供控制信号，该控制信号引起被设计成当车辆经历围绕水平轴线的旋转和经历沿着竖直轴线的平移时控制用户的头部或躯干的横向位置和高度的座椅的运动。
实施例可以包括以下特征中的一个特征、或者其任意组合。被动隔离台可以包括阻尼器组件，以提供阻尼力，从而减轻座椅在水平方向上的振荡移动和座椅在水平方向上的过度移动中的至少一个。被动隔离台可以包括锁定组件以锁定座椅在水平方向上的位置。
附图说明
图1是用于机动车辆的座椅的主动振动隔离系统的示意图。
图2是图1的系统的一个示例的功能框图。
图3是图1的系统的另一示例的更详细的功能框图。
图4是用于主动振动隔离系统的主动悬架系统的俯视立体视图。
图5是图4的主动悬架系统的俯视图。
图6是示出图4的主动悬架系统的致动器的局部视图。
图7是图4的主动悬架系统的一个致动器的详细视图。
图8是用于主动振动隔离系统的座椅支撑/空气弹簧组件的俯视立体视图。
图9示出了被安装到图4的主动悬架系统的图8的座椅支撑/空气弹簧组件。
图10是被安装到座椅的图8的座椅支撑/空气弹簧组件的仰视立体视图。
图11是用于主动振动隔离系统的演示系统的立体视图。
图12是用于主动振动隔离系统的主动悬架系统的另一示例的俯视立体视图。
图13是用于图12的主动悬架系统的座椅支撑/空气弹簧组件的俯视立体视图。
具体实施方式
主动振动隔离系统可以在车辆上下移动以及翻转时用于将座椅底座的高度维持在恒定的空间中，并且还可以在车辆上下移动和翻转时用于将用户的躯干或头部维持在恒定的横向位置。这些运动可以在系统限制内独立于用户的重量而被实现。此外，系统开环传递函数在很大程度上独立于由座椅承载的重量，从而导致简单且稳健的控制器设计。
图1的主动振动隔离系统10，适于控制车辆座椅12相对车辆底板16的运动(经由支撑座椅12的座椅底座14)。主动悬架系统20将座椅底座14支撑在底板16上方。主动悬架系统20适于在竖直轴线Z的方向上上下移动座椅底座14。主动悬架系统20还适于在围绕水平的前向轴线X的两个方向(左和右)上旋转座椅底座14。
在一个非限制性示例中，主动振动隔离系统10可以在车辆经历围绕与轴线X平行或重合的前向车辆轴线的旋转(这种旋转也被称为车辆“翻转”)的同时，以维持坐在座位12中的人的上部躯干/头部的横向(左右(side-to-side))位置的目的而被操作。该用户横向位置控制在标题为“Seat System for a Vehicle”的美国专利申请公开2014/0316661中被进一步描述，其公开内容以引用方式并入本文。因此，本文将不进一步描述此类用户横向位置控制的目标。系统10可以以其它方式(利用其它控制算法)而被操作。例如，系统10可以被操作以其他规定的(被预先计算的)方式来移动乘员(经由座椅)或者移动座椅本身。
主动悬架系统20还适于平行于竖直(Z)轴线上下平移座椅底座14。在一个非限制性示例中，主动振动隔离系统10可以在车辆底板16随着车辆在路面上行进而上下移动的同时，以将座椅底座14(以及因此还有座椅12和坐在座椅12中的人员)维持在空间中的恒定高度的目的而被操作。如上文相对横向定位所描述，座椅平移可以被设计以实现其它运动或其它目标。
系统10包括被安装到车辆(在该非限制性示例中，被安装到车辆底板16)的传感器30(其可以包括一个或多个物理感测设备)。传感器30优选是绝对传感器，其单独地或与由控制器22执行的操作结合，感测围绕轴线X(或平行于轴线X的轴线)的车辆旋转位置的变化以及沿(或平行于)轴线Z的车辆高度位置的变化。系统10还包括座椅位置传感器32(其可以包括一个或多个物理感测设备)，座椅位置传感器32优选是相对传感器，其单独地或与控制器22结合，确定相对于车辆、围绕轴线X(或平行于轴线X的轴线)的座椅翻转位置以及相对于车辆、沿着(或平行于)轴线Z的座椅平移位置。系统10还可以包括可选的座椅中性(neutral)位置传感器34(其可以包括一个或多个物理感测设备)，座椅中性位置传感器34优选是相对传感器，其单独地或与控制器22结合，确定“中性(neutral)”座椅Z轴线位置和翻转位置。中性位置传感器34可以被使能以改变它在翻转和Z轴线中的座椅的中间位置处的输出状态。因此，中性位置传感器还可以提供座椅是否高于或低于中间高度位置以及座椅是否在座椅水平(即，翻转中性)位置的左侧或右侧的认知(knowledge)。中性位置传感器34还可以用于每当座椅移动通过这些中性位置中的任一者时重新校准系统10，下文将进一步解释。在系统10包括传感器30和32而没有包括传感器34的情况下，传感器32可以是绝对校准传感器，以使其可以用于报告实际座椅位置，传感器32还提供关于相对于高度和翻转中性位置的座椅位置的信息。
控制器22接收传感器30和32的输出(以及当传感器34被使用时的传感器34的输出)，并且作为响应而提供适当的控制信号到主动悬架系统20，以便实现被设计到系统10中的特定主动座椅位置控制算法的结果。上面描述了这样的算法的目标的非限制性示例。一个具体的非限制性示例是当车辆经历围绕轴线X的旋转和沿着轴线Z的平移时，要(尽可能最佳地)维持用户的头部/躯干横向位置和用户的Z轴线位置。用于控制器和主动悬架系统的电力通常经由机动车辆电气系统提供，通常为12V，具有适当的调节等等以满足系统10的要求。
主动振动隔离系统50的功能框图在图2中示出。系统50与图1的系统10的不同之处在于主动悬架系统20a在这种情况下包括座椅位置伺服40和力偏置设备46。力偏置设备是诸如弹簧的被动悬架设备，但具有可调节的弹簧力。力偏置设备的一个目标是要在车辆静止时将座椅和用户支撑在标称中性位置，以使主动悬架不需要一直接合，这节省了车辆电力。当主动悬架被操作时，这也节省了车辆电力，因为大部分重量由力偏置设备支撑，以使致动器不需要产生同样多的力。用于主动机动车辆座椅控制的力偏置设备在本领域中是已知的，并且在2012年1月10日发布的美国专利第8,095,268号中进一步描述，其公开内容以引用方式并入本文。因此，本文将不进一步描述力偏置设备46的功能。座椅位置伺服40可以是适于控制座椅的翻转和Z轴线位置的高带宽位置伺服。伺服40能够产生(在限制内)维持期望的座椅位置所必须的任何力。在该示例中，位置伺服40包括两个致动器：致动器1(42)和致动器2(44)。致动器42和44可以是能够在实现控制算法的运动结果所需的方向上移动座椅的任何设计和构造。在该非限制性示例中，致动器是线性致动器，但是致动器例如可以备选地是旋转致动器。
主动振动隔离系统60的更详细的框图在图3中示出。在该非限制性示例中的致动器42a和44a各自包括旋转电动机(70，80)，旋转电动机(70，80)驱动线性致动器(72，82)，线性致动器(72，82)继而移动直接或间接地机械耦接到座椅基座62的摇臂(74，84)。使用两个单独控制的致动器允许控制座椅底座的竖直位置和翻转位置两者，并且因此控制座椅和坐在座椅中的人员。这将在下面进一步描述。
位置编码器76和86是分别测量电动机70和80的旋转位置的相对传感器。控制器22被编程为根据编码器数据计算在z轴和翻转两者中的、相对于车辆的座椅位置。中性位置传感器78和88(当被使用时)优选为在每个摇臂的上止点(中性位置)处的一位霍尔传感器。每当相应摇臂移动通过中性位置时，传感器78和88因此产生输出信号；这些数据可以用于帮助确定移动座椅的哪个方向，并且还用于在运行中校准系统，以便维持在Z轴和翻转两者中的座椅位置计算的准确性。图3还示出了空气弹簧96作为力偏置设备的优选使用；空气弹簧还使用了压力源和阀(未示出)。备选的是可以使用一个或多个扭力弹簧，如下面进一步描述的，或者使用具有可调节弹簧力的其他弹簧。可以使用多于一个的力偏置设备，并且可以使用多于一种的类型(例如，空气弹簧和一个或多个扭力弹簧)。
控制器22接收来自车辆翻转传感器(其可以是速率陀螺仪)90、车辆Z轴线加速度计92、位置编码器76和86以及中性位置传感器78和88的信号。陀螺仪输入被积分，并且加速度计输入被二重积分，以获得旋转和竖直位移信号。控制器22响应其所有输入而输出用于旋转电动机70和80的控制信号和用于空气弹簧96的阀的控制信号。这些控制信号被设计成实现如被适当控制算法规定的用户位置控制。如上文所述的一个示例控制算法中，用户的横向和竖直位置被维持。为了实现这一点，座椅底座62被移动，以便在车辆上下移动和翻转时限制性地维持座椅底座62在空间中的Z位置，并且座椅底座62还被移动，以便在车辆上下移动和围绕与X轴线平行或重合的前向车辆轴线翻转时，将用户的躯干或头部限制性地维持在恒定的横向位置。可以命令不同的座椅底座运动，以便实现其它控制算法。
在限制内，系统60独立于用户的重量来实现这些运动。由于弹簧(例如，空气弹簧或扭杆弹簧)能够提供弹簧力以匹配用户的重量，所以系统60能够独立于用户的重量来维持静态座椅高度。而且，系统60的操作很大程度上独立于用户在座椅上的弹簧刚度(springrate)和固有频率。相反，诸如美国专利申请公开号2006/0261647中描述的已知的系统通过使用渐进的弹簧刚度弹簧而试图保持用户在座椅上的固有频率，而不管用户的重量如何。用户越重，弹簧被压缩的越多，以便到达弹簧的具有更大弹簧刚度的部分。相应的，弹簧的静态压缩取决于用户的重量，并且因此静态座椅高度也取决于用户重量。
控制器22的操作也在很大程度上独立于用户的重量。系统60使用位置源而不是在美国专利申请公开号2006/0261647中描述的系统中使用的力源。在力源的情况下，用户的重量对于系统动力学(system dynamics)是很大贡献因素：当致动器运动比增加时，致动器本身的移动质量在确定系统动力学方面变得具有更大的重要性，而用户的质量对于系统动力学变得具有更小的重要性。相反，在使用位置源而非力传感器的本系统60中，致动器的运动在很大程度上独立于有效载荷(用户的重量或致动器的移动质量)，并且仅命令到控制器。这导致系统60中的更简单、更稳健的控制器设计。
系统60还适于管理行进区域的范围的末端，以便当车辆经历将导致与系统能够实现的相比更大的翻转或z轴线运动的偏移时，最小化可能发生的震动运动。例如，在车辆以相对较高的速度在深凹坑上驾驶的情况下，车辆底板将快速且基本上向下移动。系统60将向上延伸座椅悬架，目的是将座椅维持在空间中的恒定高度处。然而，向上行进固有地受到座椅悬架的构造的限制。这同样适用于向下行进，以及左右翻转限制。为了减缓在座椅被快速移动到其行进范围的末端(在Z和/或X轴线上)的情况下可能发生的任何震动，在接近行进范围的末端时控制器22可以适于“硬化(harden)”或“加强(stiffen)”座椅悬架。这种加强可以是渐进的，以便防止座椅到达行进范围的末端。或者，系统可以允许行进范围的末端被接触，但是以在接近范围的末端时减慢座椅速度的方式。由于系统60使用位置伺服而不是力源，因此可以通过减少每个车辆位移的座椅平移量(如根据加速度计信号确定的)来实现这种加强。
用于主动振动隔离系统的主动悬架系统20b的一个非限制性示例的细节在图4-7中示出。致动器42a和44a通过包括前部97、后部98以及侧部99和103的盒形支撑框架91来保持位置。致动器42a和44a是线性致动器。线性致动器可以以任何期望的方式来实现，诸如利用线性电动机，或者，如下所述，利用驱动旋转至线性转换器的旋转电动机来实现。旋转至线性转换器是本领域已知的，并且可以包括例如滚珠螺杆组件、导螺杆或蜗轮。
致动器42a包括旋转电动机70，旋转电动机70的输出被耦合到滚珠螺杆组件72a，滚珠螺杆组件72a将输入旋转运动转换成输出线性运动。电动机与滚珠螺杆组件(未示出)的耦合可以使用齿形带或V形带或链条、或本领域已知的任何其它此类耦合(诸如齿轮系或直接耦合)来实现；该耦合受防护件85保护。滚珠螺杆组件72a的输出轴113被耦合到摇臂74a。滚珠螺杆组件的另一端部被固定到框架91。摇臂74a包括链接件100(具有旋转轴线101)，链接件100被固定到杆102(具有旋转轴线180)。链接件104和106被固定到杆102并从杆102延伸，并且具有远端部105和107。如下所述，座椅(间接地)被耦合到端部105和107。摇臂74a将线性输入运动转换成旋转输出运动。
致动器44a包括旋转电动机80，旋转电动机80的输出被耦合到滚珠螺杆组件82a，滚珠螺杆组件82a将输入旋转运动转换成输出线性运动。电动机与滚珠螺杆组件的耦合可以使用齿形带或V形带或链条、或本领域已知的任何其它此类耦合(诸如齿轮系或直接耦合)来实现；该耦合受防护件83保护。滚珠螺杆组件82a的输出轴109被耦合到摇臂84a。滚珠螺杆组件的另一端部被固定到框架91。摇臂84a包括链接件110(具有旋转轴线111)，链接件110被固定到杆112(具有旋转轴线182)。链接件114和116被固定到杆112并从杆112延伸。枢转链接件118和120枢转地被耦合到链接件114和116的端部，并且适于围绕轴线130旋转。如下所述，沿着轴线123，座椅(间接地)被耦合到链接件118和120的端部119和121。摇臂84a将线性输入运动转换成旋转输出运动。
座椅支撑/空气弹簧组件150在图8中通过其自身示出，并且被示出为被安装到图9中的主动悬架系统20b。组件150包括刚性机械座椅支撑件160，刚性机械座椅支撑件160自身包括中心构件162和座椅支撑横向构件164和166。空气弹簧170被耦合到构件162的底部，并且由负载分散器172支撑在车辆底板(未示出)上。如图9所示，构件166被耦合到链接件端部105和107，以使当摇臂74a旋转时，构件166沿弧线190移动。构件164被耦合到链接件端部119和121。当摇臂84a旋转时，链接件116和118沿弧线192移动。链接件端部119和121能够围绕弧线194旋转。枢转链接件118和120被需要以将摇臂的端部的弧形运动转换成座椅的竖直运动。
图10示出了被安装到座椅S底部的座椅支撑/空气弹簧组件150。由于构件164和166可以通过主动悬架系统20b独立地向上或向下移动，座椅能够围绕轴线X双向枢转并且沿轴线Z向上和向下平移(图1)。例如，当两个致动器都被延伸时，座椅向上移动，并且当一个被延伸以及一个被缩回时，座椅翻转。如果仅有一个被延伸，则座椅运动是部分地平移和部分地翻转。因此，主动振动隔离系统能够移动座椅，以将用户的头部/躯干维持在固定的平移(左右)位置并且将座椅(以及因此还有用户的头部)维持在空间中的恒定高度(两者，限制性地)，同时机动车辆翻转并向上和向下平移。
在一个实施例中，用一个或多个扭力弹簧部分地或完全地实现力偏置设备。扭力弹簧可以用扭力杆实现，扭力杆可以被安装在杆102和/或杆112内。这样的扭力杆将通过摇臂的端部而作用在座椅上。由扭力弹簧提供的力可以通过改变施加到弹簧的扭转程度来调节。
当旋转电动机和滚珠螺杆组件结合线性致动器使用时，电动机可以是具有高运动比的小型12V电动机，使得少量功率可以产生少量电动机输出扭矩，但经由滚珠螺杆组件产生高的力输出。滚珠螺杆组件可以是不能够反向驱动的设备，以使致动器很好地保持它们的位置。这种布置以及电动机和滚珠螺杆组件的水平取向的一个结果是主动悬架系统(其位于座椅与车辆底板之间)具有低轮廓——也许在约8-10cm的范围内。这有助于主动振动隔离系统本身在所有类型的机动车辆中的使用，包括具有很小头上空间的车辆，例如乘用车。
图11是用于主动振动隔离系统的演示系统210的立体视图。演示系统被构造和布置成演示可以由主动振动隔离系统(诸如上述系统)实现的运动。系统210处于能够容易地复制车辆翻转的一种使用情形下，并且可以演示对主动悬架系统20b的翻转的响应。通过使用被耦合在主动悬架系统20b下方的摇摆平台200来复制车辆翻转，以使平台200搁置在地板上。摇摆构件202和204具有弯曲的底部表面206和208。横向构件205和207有助于保持刚性。摇摆平台200的这种构造允许座椅S像横向摇椅那样左右移动。可以以期望的方式实现移动，例如通过推动座椅S的一侧。如果主动悬架系统被接合，这将引起在座椅被推动时被打算用于维持用户的头部或躯干的横向位置的座椅的运动。在备选的布置中，主动悬挂系统可以在摇摆运动已经开始之后被打开，因此用户可以感觉到摇摆运动(翻转)，并且然后感觉到系统对翻转的响应。在又一备选使用情形下，主动悬架系统20b可以被命令以引起启动左右摇摆运动的座椅的运动(“自致动模式”)。自致动模式可以根据需要使用，例如以将注意力吸引到车辆陈列室或贸易展览的楼层中的演示系统。系统210可以简单地通过提供摇摆平台200和对控制器编程以取得期望的运动来实现。适当的电源(例如120V到12V的适配器)也可能被需要。
图12是主动悬架系统20c的另一示例的立体视图。系统20c与主动悬架系统20b(图4)的不同之处在于主动悬架系统20c包括被动隔离台300。在一些实施方式中，当在z方向和翻转方向上的干扰被减轻时，干扰的最重要的剩余分量在前后方向或x方向上。被包括在系统20c中的被动隔离台300用于减轻这些前后振动。被安装到主动悬架系统20c的座椅S(图10)可以如下所述的沿前后方向移动。被动隔离台300的每一侧(仅有一侧在图12中可见)包括被安装在摇臂74a的链接件104、106之间以及摇臂84a的链接件114和116之间的轴302(图4和图6)。
两个线性套筒衬套304a、304b沿轴302设置并且使得隔离台300(以及与其连接的座椅S)能够在前后方向上沿轴302的轴线移动。弹簧306a、306b被安装在刚性机械座椅支撑件360(下面关于图13进行更详细地描述)的横向构件364、366与附接到轴302的弹簧紧固件308a、308b之间。当不被干扰时，弹簧306a和306b在前后方向上提供恢复力以朝向行进范围的中心偏置座椅S。当车辆经历前后运动时，线性套筒衬套304a和304b以及弹簧306a和306b吸收相对运动并且允许座椅S在车辆前后振荡时在很大程度上保持静止。
图13是用于图12的主动悬架系统的座椅支撑/空气弹簧组件350的俯视立体视图。支撑/空气弹簧组件350相比座椅支撑空气弹簧组件150(图8、9)的差异将在下文描述。组件350被示出为被安装到图12中的主动悬架系统20c，并且在图13中由其本身示出。组件350包括刚性机械座椅支撑件360，该刚性机械座椅支撑件360本身包括中心构件362和座椅支撑横向构件364和366。空气弹簧370被耦合到构件362的底部并且通过枢转组件372支撑在车辆底板(未示出)上，以允许当组件350(和连接的座椅S)在前后方向上移动时空气弹簧370的连接端部围绕横向轴线378旋转。枢转组件372包括连接到空气弹簧370的上部374和由车辆底板(未示出)支撑的下部376，下部376允许围绕轴线378的旋转运动，轴线378与前后方向或X方向正交地延伸。因此，当组件350(和连接的座椅S)在前后方向上移动时，空气弹簧370由车辆底板支撑并且可旋转地连接到车辆底板。
在一些示例中，闭锁刀片组件402内的闭锁刀片400附接到座椅支撑横向构件364和366中的一个或两个。当用户将闭锁刀片400移动到第一位置时，闭锁刀片组件402在沿着轴302的位置中锁定隔离台300，从而防止座椅S相对于主动悬架系统20c的前后移动。在一些示例中，闭锁刀片400接合沿着轴302定位的多个对应槽(未示出)中的一个槽，该槽的尺寸被设定成并且该槽被配置为能够在处于第一位置时接收闭锁刀片400。当闭锁刀片400被移动到第二位置时，刀片脱离轴302中的对应槽并且允许隔离台300在前后方向上移动。在一些示例中，闭锁刀片400通过弹簧或其他装置朝向第一位置和锁定位置偏置在闭锁刀片组件402内。当刀片400被移动到第二位置和解锁位置时，用户必须克服闭锁刀片组件402朝向第一位置和锁定位置的偏置。在一些示例中，刀片组件402包括止动器(detent)以控制和调节闭锁刀片400的移动。
重新参考图12，并且在一些示例中，阻尼器组件410可以被包括作为隔离台300的一部分，其允许座椅顶部相对车辆移动，例如，可能在行进通过减速障碍(其减速并且然后加速车辆引起前后方向的干扰)时。驾驶员与这种干扰隔离，因为当车辆由于障碍而改变速度时(首先减速然后加速)，允许座椅维持更恒定的前进速度。通常，隔离台包括轴承系统，该轴承系统将座椅顶部固定到机构，但允许前后运动。它还包括一组弹簧，其提供定心力以保持座椅标称地居中，以使其准备好在干扰发生时吸收运动。阻尼器组件410提供用以移除能量并防止或抑制过度或振荡运动的机构。阻尼可以用液压阻尼器来实现，或者以对于本领域技术人员而言将是明显的其他方式来实现。
在没有阻尼器的情况下，座椅可以在干扰之后的多个周期内振荡。阻尼器移除能量并使运动更快地衰减(即，平滑地返回到行进中心而没有过度的超调或具有不希望的振荡)。阻尼器组件的一端被耦合到座椅。另一端被耦合到“固定”的某物体-即在系统的车辆侧上的-，当座椅相对车辆移动时，该物体不会随座椅前后移动。
已经描述了大量实现方式。然而，应当理解，可以在不偏离本文中所描述的发明构思的范围的情况下进行附加的修改，并且相应地，其它实施例在以下权利要求的范围内。

Claims (24)

1.一种用于机动车辆的座椅的主动振动隔离系统，所述座椅适于被用户占据，所述主动振动隔离系统包括：
主动悬架系统，将所述座椅支撑在所述机动车辆的底板上方，其中所述主动悬架系统包括至少一个致动器，所述至少一个致动器被配置为被控制以移动所述座椅；
第一传感器系统，适于确定所述座椅的平移位置；
第二传感器系统，包括中性位置传感器，所述中性位置传感器被配置为确定所述座椅的中性位置；以及
控制器，响应于来自所述第一传感器系统的输入，适于向所述主动悬架系统提供控制信号，所述控制信号引起所述座椅的运动，所述座椅的运动被设计成在所述机动车辆经历平移时控制所述用户的头部或躯干的高度，并且其中所述控制器被配置为在所述座椅移动通过所述中性位置时，基于来自所述第二传感器系统的输入，在至少一个操作条件下，重新校准所述第一传感器系统。
2.根据权利要求1所述的主动振动隔离系统，其中：
所述主动悬架系统包括至少两个致动器，其中所述致动器能够被控制以上下摇摆地移动所述座椅；
其中所述第一传感器系统还适于确定所述座椅的翻转位置；以及
其中所述控制器被配置为当所述车辆经历上下摆动时控制所述用户的头部或躯干的横向位置。
3.根据权利要求2所述的主动振动隔离系统，其中所述第二传感器系统具有输出状态，并且适于在所述座椅相对于竖直轴线的中间高度位置处改变所述输出状态。
4.根据权利要求3所述的主动振动隔离系统，其中所述第二传感器系统被配置为指示所述座椅是高于所述中间高度位置还是低于所述中间高度位置。
5.根据权利要求1所述的主动振动隔离系统，其中所述第一传感器系统包括相对传感器，并且所述第二传感器系统包括一位传感器。
6.根据权利要求2所述的主动振动隔离系统，其中所述控制信号适于在所述车辆经历围绕水平轴线的旋转和经历沿着竖直轴线的平移时，维持所述用户的头部或躯干的所述横向位置。
7.根据权利要求1所述的主动振动隔离系统，其中车辆高度位置传感器系统被安装到所述车辆的底板，并且其中所述车辆高度位置传感器系统适于感测沿着或平行于竖直轴线的车辆高度位置变化。
8.根据权利要求7所述的主动振动隔离系统，其中所述车辆高度位置传感器系统包括竖直轴线加速度计和翻转传感器。
9.根据权利要求2所述的主动振动隔离系统，其中所述致动器包括旋转电动机和被耦合到所述旋转电动机的线性致动器，所述线性致动器将旋转电动机的运动转换为线性运动。
10.根据权利要求9所述的主动振动隔离系统，其中所述线性致动器包括滚珠螺杆组件。
11.一种用于机动车辆的座椅的主动振动隔离系统，所述座椅适于被用户占据，所述主动振动隔离系统包括：
主动悬架系统，将所述座椅支撑在所述机动车辆的底板上方，其中所述主动悬架系统包括线性致动器，所述线性致动器被配置为上下摇摆地移动所述座椅；
第一传感器系统，适于确定所述座椅的翻转位置；
第二传感器系统，适于确定所述座椅的中性位置；以及
控制器，响应于所述第一传感器系统，适于向所述主动悬架系统提供控制信号，所述控制信号引起所述座椅的运动，所述座椅的运动被设计成当所述机动车辆经历围绕轴线的旋转时控制所述用户的头部或躯干的横向位置，并且其中所述控制器被配置为在所述座椅移动通过所述中性位置时，基于来自所述第二传感器系统的输入，在至少一个操作条件下，重新校准所述第一传感器系统。
12.根据权利要求11所述的主动振动隔离系统，其中所述第二传感器系统具有输出状态，并且适于在所述座椅相对于水平轴线的水平中间位置处改变所述输出状态。
13.根据权利要求12所述的主动振动隔离系统，其中所述第二传感器系统被配置为指示所述座椅是在所述座椅的翻转位置的左侧还是右侧。
14.根据权利要求11所述的主动振动隔离系统，其中车辆高度位置传感器系统被安装到所述车辆的底板，并且其中所述车辆高度位置传感器系统适于感测沿着或平行于竖直轴线的车辆高度位置变化。
15.根据权利要求11所述的主动振动隔离系统，其中所述线性致动器包括旋转电动机和被耦合到所述电动机的致动器，所述致动器将旋转电动机的运动转换为线性运动。
16.根据权利要求15所述的主动振动隔离系统，其中所述致动器包括滚珠螺杆组件。
17.一种用于机动车辆的座椅的主动振动隔离系统，所述座椅适于被用户占据，所述主动振动隔离系统包括：
主动悬架系统，将所述座椅支撑在所述机动车辆的底板上方，其中所述主动悬架系统包括至少两个线性致动器，所述至少两个线性致动器被配置为上下摇摆地移动所述座椅；
第一传感器系统，适于确定所述座椅的翻转位置以及座椅平移位置；
第二传感器系统，适于确定所述座椅的中性位置；以及
控制器，响应于所述第一传感器系统，适于向所述主动悬架系统提供控制信号，所述控制信号引起所述座椅的运动，所述座椅的运动被设计成当所述车辆经历旋转和平移时，控制所述用户的头部或躯干的横向位置和高度，并且其中所述控制器被配置为在所述座椅移动通过至少一个中性位置时，在至少一个操作条件下，基于来自所述第二传感器系统的输入，重新校准所述第一传感器系统。
18.根据权利要求17所述的主动振动隔离系统，其中所述第二传感器系统具有输出状态，并且适于在所述座椅相对于水平轴线的水平中间位置处以及在相对于竖直轴线的中间高度位置处改变所述输出状态。
19.根据权利要求18所述的主动振动隔离系统，其中所述第二传感器系统指示所述座椅是高于所述中间高度位置还是低于所述中间高度位置、以及所述座椅是在座椅水平中间位置的左侧还是右侧。
20.根据权利要求17所述的主动振动隔离系统，其中车辆高度位置传感器系统被安装到所述车辆的底板，并且其中所述车辆高度位置传感器系统适于感测沿着或平行于竖直轴线的车辆高度位置变化。
21.根据权利要求17所述的主动振动隔离系统，其中所述线性致动器包括旋转电动机和被耦合到所述电动机的致动器，所述致动器将旋转电动机的运动转换为线性运动。
22.一种用于机动车辆的座椅的主动振动隔离系统，所述座椅适于被用户占据，所述主动振动隔离系统包括：
主动悬架系统，将所述座椅支撑在所述机动车辆的底板上方，其中所述主动悬架系统包括至少两个线性致动器，所述至少两个线性致动器被配置为上下摇摆地移动所述座椅；
被动隔离台，被定位在所述机动车辆座椅与所述主动悬架系统之间，其中所述隔离台被配置为允许所述座椅在平行于轴线的方向上相对运动；
第一传感器系统，适于确定所述座椅的翻转位置和座椅平移位置；
第二传感器系统，适于确定所述座椅的中性位置；以及
控制器，响应于所述第一传感器系统，适于向所述主动悬架系统提供控制信号，以便当所述车辆经历旋转和平移时维持所述用户的头部或躯干的横向位置和高度，并且其中所述控制器被配置为在所述座椅移动通过所述中性位置时，在至少一个操作条件下，基于来自所述第二传感器系统的输入，重新校准所述第一传感器系统。
23.根据权利要求22所述的主动振动隔离系统，其中所述被动隔离台包括阻尼器组件，以提供阻尼力，从而减轻所述座椅在水平方向上的振荡移动和所述座椅在所述水平方向上的过度移动中的至少一个。
24.根据权利要求22所述的主动振动隔离系统，其中所述被动隔离台包括锁定组件，以锁定所述座椅在水平方向上的位置。
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