CN115916640A - 船只姿态控制装置 - Google Patents

Abstract

披露了一种用于船只(1)的悬架系统，该船只具有至少一个左船体(11)、至少一个右船体(12)、以及底架部分(10)，该悬架系统包括：支撑件(20)，这些支撑件用于相对于左船体和右船体来至少部分地支撑底架部分；以及连接在底架部分与该至少一个左船体上的纵向间隔点之间的左前阻尼柱塞和左后阻尼柱塞(31，33)、以及连接在底架部分与该至少一个右船体上的纵向间隔点之间的右前阻尼柱塞和右后阻尼柱塞(32，34)。悬架系统进一步包括甲板姿态控制系统(250)，该甲板姿态控制系统包括用于至少两个正交间隔的阻尼器柱塞中的每一个的控制器(252)、传感器、以及相应的致动器装置。这些致动器控制底架上的至少一个点相对于至少一个参考的位置。

Description

船只姿态控制装置

技术领域

本发明涉及具有本体或底架以及可移动船体的船只，且具体地涉及在本体或底架与至少两个这种可移动船体之间的悬架系统。

背景技术

已知至少部分地控制船只的本体或底架相对于对其进行支撑的船体的姿态。例如，在申请人的美国专利号9,061,735中，存在一种船只，其具有相对于左船体和右船体至少部分地得到支撑的本体或底架。当船只是双体船时，因此本体或底架完全在水面上方，于是通过在本体或底架与左船体和右船体之间的悬架系统来执行支撑。相反地，当本体或底架接合水时，诸如包括中央船体部分，所述水接合的中央船体支撑本体或底架的质量的一部分，其余部分或部分支撑由在本体或底架与左船体和右船体之间的悬架系统提供。在任一情况下，本体或底架的俯仰姿态和侧倾姿态都可以通过控制悬架系统来调整。

可以控制船只的本体或底架的姿态，以最小化本体或底架上的一个点与对象上的参考点之间的横向、纵向、竖直和/或侧倾位移。这在对人员或货物在船只与对象之间进行转移期间可以是特别有用的。例如，在申请人的美国专利号9,849,947中，参考点可以是塔架、码头或其他船只上的点。参考点也可以是空间中的绝对点。

如在申请人的美国专利号10,286,980中所讨论的，可以控制本体或底架的姿态，以通过调整本体或底架的侧倾姿态来最小化在船只的本体或底架上感觉到的横向力，使得本体或底架所经历的重力和离心力的合力的作用线保持基本上垂直于船只的甲板。

因此，将期望提供一种悬架系统，其使得能够使用一种机构来调整或控制船只的本体或底架相对于至少两个可移动船体的俯仰和侧倾姿态，该机构提高了已知装置中的至少一些装置的效率或至少提供了用于船只的替代性悬架系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于船只的悬架系统，该船只具有至少一个左船体、至少一个右船体和底架部分：该悬架系统包括：定位装置，这些定位装置用于约束左船体和右船体相对于底架部分在至少纵向和横向方向上的运动；支撑件，这些支撑件用于相对于该至少一个左船体和该至少一个右船体来至少部分地支撑底架部分；以及连接在底架部分与该至少一个左船体上的纵向间隔点之间的至少左前阻尼柱塞和左后阻尼柱塞、连接在底架部分与该至少一个右船体上的纵向间隔点之间的至少右前阻尼柱塞和右后阻尼柱塞；其中，悬架系统进一步包括甲板姿态控制系统，该甲板姿态控制系统包括用于左前阻尼器柱塞、右前阻尼器柱塞、左后阻尼器柱塞和右后阻尼器柱塞中的至少两个正交间隔的阻尼器柱塞中的每一个的控制器和至少一个相应的力、压力、加速度、取向或位置传感器、以及相应的致动器装置；该控制器在使用中根据来自该至少一个力、压力、加速度、取向或位置传感器的信号来控制致动器，以控制底架上的至少一个点相对于至少一个参考的位置。每当船只在使用中时，控制器可以控制致动器以控制对悬架系统的阻尼。替代性地，当甲板姿态控制系统在操作中时，例如当需要控制甲板姿态时(诸如，当静止并且需要甲板保持基本上水平时)，或者例如当船只与塔架、码头、船只或其他对象对接时(在这种情况下，甲板上的点可以相对于对象上的点被竖直地控制)，控制器可以控制致动器。

支撑件和/或阻尼器柱塞中的任一者可以直接连接在底架部分与相关联的船体之间，或间接连接在它们之间，诸如连接在底架部分与定位装置之间。

该至少一个相应的力、压力、加速度、取向或位置传感器可以提供至少一个相应的输出信号，由该至少一个相应的输出信号可以计算阻尼器柱塞中的力。该至少一个输出信号可以是安装力，或者可以是例如阻尼器柱塞的压缩室和回弹室中的流体压力。

该至少一个相应的力、压力、加速度、取向或位置传感器可以提供指示相应的阻尼器柱塞的位移的至少一个相应的输出信号。类似地，该至少一个相应的输出信号可以指示相应的阻尼器柱塞的加速度和/或速度。

该至少一个参考可以是对象上的点、或空间中的绝对点。例如，对象上的该至少一个参考点可以是塔架、码头或另一个船只或其他对象上的至少一个点。类似地，例如取向可以是绝对俯仰取向(即，相对于地面)和/或绝对侧倾取向(即，相对于地面)。

每个阻尼器柱塞可以包括机电柱塞。例如，每个阻尼器柱塞可以是线性电磁致动器柱塞。替代性地或附加地，每个相应的致动器装置可以包括相应的电机。电机可以是电动发电机，和/或电机可以是至少部分地形成在阻尼器柱塞内和/或阻尼器柱塞周围的线性电机或电磁致动器。

每个相应的阻尼柱塞可以包括流体柱塞，该流体柱塞包括相应的压缩室和相应的回弹室，致动器调整该至少两个正交间隔的阻尼器柱塞的相应的压缩室和回弹室中的压力。

用于该至少两个正交间隔的阻尼器柱塞中的该相应一个的每个致动器装置可以包括至少一个相应的阀。例如，用于相应的致动器的该至少一个相应的阀可以包括：至少相应的可变阀，诸如用于改变阻尼器柱塞中的阻尼力；和/或比例阀，诸如用于控制相应的阻尼器柱塞的至少压缩室中的压力；和/或锁闭阀，其用于在阻尼器柱塞的受驱动或发动操作期间隔离弹性或防止阻尼器流动。

每个相应的致动器装置可以包括相应的泵。泵可以是双向的和/或可逆的。

该至少一个相应的阀可以包括：相应的阻尼器压缩室控制阀，该相应的阻尼器压缩室控制阀与相应的阻尼器压缩室处于流体连通；相应的阻尼器回弹室控制阀，该相应的阻尼器回弹室控制阀与相应的阻尼器回弹室处于流体连通。

相应的阻尼器室控制阀可以调整相应的阻尼器室中的压力。

相应的阻尼器室控制阀可以使相应的阻尼器室与压力源选择性地连通。附加地，相应的阻尼器室控制阀可以使相应的阻尼器室与流体储器(诸如，罐)选择性地连通。替代性地，阻尼器柱塞可以包括最小压力装置，该最小压力装置包括止回阀和流体压力蓄能器，流体蓄能器中的最大压力由将过多压力释放到储器或罐的压力释放阀来调节。然后，相应的阻尼器室控制阀可以使相应的阻尼器室与流体蓄能器选择性地连通。

该至少一个相应的阀可以包括可变阻尼器阀，该可变阻尼器阀在至少压缩室或回弹室与蓄能器之间提供可控式可变限流件。可变阻尼器阀可以由控制器改变以在阻尼器柱塞中提供与由控制器所需的力相对应的力，而阻尼器柱塞和致动器装置中的压力和流量足以提供所需的力，之后阻尼器阀可以被限流或关闭，并且可以使用泵和/或阀、压力源和储器来控制压缩室和回弹室中的流体压力或容积。阻尼器阀可以包括并联的可控式可变限流阀和被动阀，在这种情况下，为了完全关闭阻尼器阀，可以将可控式可变限流件控制到关闭位置并且可以提供与被动阀串联的锁闭阀(两者都与可控式可变限流阀并联)，使得锁闭阀可以关闭。

每个相应的阻尼柱塞可以由控制器控制以提供与由控制器所需的力相对应的阻尼力，该阻尼力高达部分地由阻尼器柱塞的位移速度或速率确定的瞬时极限阻尼力，超过该瞬时极限阻尼力，就由致动器装置将动力供应给阻尼柱塞以提供与由控制器所需的力相对应的发动力。例如，当波浪诱导的运动或由于惯性所致的运动使阻尼器柱塞在由控制器为维持所期望的甲板姿态或相对点位置所需要的方向上移动所需的量时，或者可以通过调整可变阻尼器设定来这样做时，则阻尼器柱塞可以充当阻尼器。这对于任何给定的时间点而言是否都有可能可以通过若干参数来查明，这些参数包括阻尼器柱塞力、阻尼器柱塞室中的压力(如果阻尼器柱塞是流体柱塞)、阻尼器柱塞延伸或收缩速度、可变阻尼器设定和/或阻尼器柱塞延伸或收缩加速度。当这不可能并且需要外部动力来驱动阻尼器柱塞的位置以便控制器维持所期望的甲板姿态或相对点位置时，则阻尼器阀可以关闭并且可以使用动力或能量源来驱动阻尼器柱塞的位置。

支撑件的压力(例如，静态或非动态压力)可以在支撑件的行程的至少50％、优选地至少60％、更优选地至少70％、且最优选地至少80％的范围内变化小于25％、优选地小于20％、更优选地小于15％、且最优选地小于10％。支撑件的支撑力可以在支撑件的行程的至少50％、优选地至少60％、更优选地至少70％、且最优选地至少80％的范围内变化小于25％、优选地小于20％、更优选地小于15％、且最优选地小于10％。

支撑件可以是独立的。例如，除了升沉刚度之外，支撑件还可以提供侧倾刚度和/或俯仰刚度。例如，支撑件可以是独立的机械、气体或油气弹簧。替代性地，支撑件可以至少部分地互连。例如，支撑件可以提供比升沉刚度小的侧倾和/或俯仰刚度。这可以通过例如以下步骤来实现：将扭力杆的锚点互连、将气体弹簧的气体容积互连、或者将用于船体与底架部分之间的至少两个支撑点的至少两个支撑件的气体或油容积互连。

支撑件可以选择性地互连。例如，支撑件可以在甲板姿态控制系统操作期间对角地互连，以减小或去除来自支撑件的侧倾和/或俯仰刚度。

支撑件可以包括左前支撑柱塞、右前支撑柱塞、左后支撑柱塞和右后支撑柱塞，每个相应的支撑柱塞至少具有相应的支撑压缩室，该相应的支撑压缩室形成相应的支撑压缩容积的至少一部分。

左前支撑柱塞和右前支撑柱塞可以分别通过横向交叉连接件而互连，每个相应的横向交叉连接件是在船只的一侧上的前支撑柱塞的相应压缩室与船只的相对侧上的横向间隔的前支撑柱塞的支撑回弹室之间；左后支撑柱塞和右后支撑柱塞可以分别通过横向交叉连接件而互连，每个相应的横向交叉连接件是在船只的一侧上的后支撑柱塞的相应压缩室与船只的相对侧上的横向间隔的后支撑柱塞的后回弹室之间。例如，左前支撑柱塞、右前支撑柱塞、左后支撑柱塞和支撑柱塞分别通过相应的横向交叉连接件而互连：左前支撑柱塞的左前支撑压缩室通过形成左前支撑压缩容积的左前压缩导管连接至右前支撑柱塞的右前支撑回弹室；右前支撑柱塞的右前支撑压缩室通过形成右前支撑压缩容积的右前压缩导管而连接至左前支撑柱塞的左前支撑回弹室；左后支撑柱塞的左后支撑压缩室通过形成左后支撑压缩容积的左后压缩导管而连接至右后支撑柱塞的右后支撑回弹室；并且右后支撑柱塞的右后支撑压缩室通过形成右后支撑压缩容积的右后压缩导管而连接至左后支撑柱塞的左后支撑回弹室。

所述左前支撑压缩容积、所述右前支撑压缩容积、所述左后支撑压缩容积或所述右后支撑压缩容积中的至少两个可以选择性地互连。例如，左前支撑压缩容积和右后支撑压缩容积可以通过第一对角支撑互连阀而选择性地互连，并且右前支撑压缩容积和左后支撑压缩容积可以通过第二对角支撑互连阀而选择性地互连。第一对角支撑互连阀可以在第一对角导管中，第二对角支撑互连阀可以在第二对角导管中，并且第三支撑互连阀可以提供为将第一对角导管和第二对角导管选择性地互连。任何此类选择性互连件都可以在甲板姿态控制系统操作期间打开并且在甲板姿态控制系统不使用时关闭。例如，在甲板姿态控制系统操作期间，诸如当控制器在转移期间控制致动器时，所述选择性互连件可以打开。类似地，当甲板姿态控制系统不使用时，诸如在运送期间，所述选择性互连件可以关闭。

通过参考图示本发明的优选方面的附图进一步描述本发明将是方便的。本发明的其他实施例是可能的，且因此附图的特殊性将不被理解为取代本发明的先前描述的一般性。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明的实施例的船只的侧视图。

图2是根据本发明的实施例的船只的示意性平面图。

图3是根据本发明的实施例的悬架的可能支撑装置的示意图。

图4是根据本发明的实施例的悬架的进一步的可能支撑装置的示意图。

图5是根据本发明的实施例的阻尼器装置的示意图。

图6是根据本发明的实施例的替代性阻尼器装置的示意图。

图7是根据本发明的实施例的替代性阻尼器装置的示意图。

图8是根据本发明的实施例的进一步的替代性阻尼器装置的示意图。

图9是根据本发明的实施例的甲板姿态控制系统的控制部件的示意图。

具体实施方式

最初参考图1，示出了具有接合在水2中的左船体(未示出)和右船体12的船只1。本发明提供了一种甲板姿态控制系统，该甲板姿态控制系统用于控制船只2的甲板的姿态或用于控制船只上的点相对于对象上的点的位置或其在空间中的绝对位置或取向。船只2与塔架4相邻，因此甲板姿态控制系统的一种可能用途是最小化船只上的点(诸如，船头18)与塔架4上的参考点5之间的相对竖直距离。

术语底架部分旨在包括船只的底架或本体。底架部分10通过定位装置14(诸如，图1中所示的前导向臂)相对于左船体和右船体12来定位，不过许多其他合适的定位装置是已知的并且可以代替地使用。底架部分由位于船体与底架部分之间的前悬架柱塞16和后悬挂柱塞17以任何有效的方式相对于左船体和右船体12得到支撑。

图2以平面图示出了具有呈虚线的底架部分10的船只，该底架部分很大程度上位于左船体11和右船体12上方，不过底架部分可以包括三体船而不是所图示的双体船的水接合部分。本发明还可以应用于四体船，即，具有四个船体(诸如，左前船体、前高船体、左后船体和右后船体)的船只。

前悬架柱塞16和后悬架柱塞17优选地各自包括支撑件20和阻尼装置30，这些阻尼装置与用于阻尼器柱塞的控制器和致动器装置一起形成甲板姿态控制系统。因此如图2中所示，前悬架柱塞16包括左前支撑柱塞21、左前阻尼器柱塞31、右前支撑柱塞22和右前阻尼器柱塞32。类似地，后悬架柱塞17包括左后支撑柱塞23、左后阻尼器柱塞33、右后支撑柱塞24和右后阻尼器柱塞34。

如果使用阻尼器柱塞来控制底架部分的姿态，如在本发明中那样，则使用提供比例如常规的独立式螺旋弹簧小的侧倾和/或俯仰刚度的支撑件可以是有益的。这可以通过使用支撑件(诸如，穿过行程的中心具有低的刚度变化的独立式空气弹簧)或针对液压柱塞的流体压力蓄能器使用附加的气体容积来进行。例如，支撑件的静态或非动态压力可以在支撑件的行程的至少50％、优选地至少60％、更优选地至少70％、且最优选地至少80％的范围内变化小于25％、优选地小于20％、更优选地小于15％、且最优选地小于10％。替代性地，当甲板姿态控制系统的阻尼器柱塞被用来控制船只的底架部分的姿态时，支撑件20可以互连以减小或基本上去除它们的侧倾和/或俯仰刚度。

图3示出了支撑件20的布置，其中每个支撑柱塞21、22、23、24包括相应的压缩室41、42、43、44和相应的回弹室45、46、47、48。左前支撑压缩室41通过形成左前支撑压缩容积55的左前横向交叉连接件51与右前支撑回弹室46处于流体连通。类似地，右前支撑压缩室42通过形成右前支撑压缩容积56的右前横向交叉连接件52与左前支撑回弹室45处于流体连通。左后支撑压缩室43通过形成左后支撑压缩容积57的左后横向连接件53与右后支撑回弹室48处于流体连通，并且右后支撑压缩室44通过形成右后支撑压缩容积58的右后横向连接件54与左后支撑回弹室47处于流体连通。左前支撑蓄能器65、右前支撑蓄能器66、左后支撑蓄能器67或右后支撑蓄能器68经由相应的支撑蓄能器阀71、72、73、74连接至相应的支撑压缩容积55、56、57、58。这些支撑蓄能器阀优选地为锁闭阀，但可以是或包括任何形式的阻尼器阀或可变限流件。

前后双作用柱塞的此类横向交叉连接布置将固有地提供比俯仰和升沉刚度高的侧倾刚度。然而，通过在左前支撑压缩容积55与右后支撑压缩容积58之间的第一对角导管61中提供第一对角支撑互连阀59以及在右前支撑压缩容积56与左后支撑压缩容积57之间的第二对角导管62中提供第二对角支撑互连阀60，可以减小或去除支撑件的侧倾和俯仰刚度，同时维持升沉刚度。当船只的悬架系统处于被动操作时，对角支撑互连阀是常闭的，因此支撑件提供了常见的升沉和俯仰刚度以及较高的侧倾刚度。然而，当甲板姿态控制系统在操作中时，即，当通过阻尼器柱塞来控制底架部分的姿态时，第一对角支撑互连阀59和第二对角支撑互连阀60可以打开(并且优选地打开)以允许沿着左前支撑压缩容积与右后支撑压缩容积之间的第一对角导管61流动、以及允许沿着右前支撑压缩容积与左后支撑压缩容积之间的第二对角导管62流动。流过将相对的支撑压缩容积对角地互连的这两个对角导管61、62将减小或去除由支撑件20提供的侧倾和俯仰刚度。

图4示出了第三支撑互连阀75的添加，该第三支撑互连阀选择性地连接在第一对角导管61与第二对角导管62之间。因此，在当打开时，第一对角支撑互连阀59和第二对角支撑互连阀60减小或去除由支撑件20提供的侧倾和俯仰刚度，打开第三支撑件互连阀75另外将去除支撑件20的翘曲刚度。因此例如，如果波浪在船只下方对角地通过，同时压缩例如左前支撑柱塞21和右后支撑柱塞24，则来自左前支撑压缩容积55和右后支撑压缩容积58的流体可以流过第三支撑互连阀并进入右前支撑压缩容积56和左后支撑压缩容积57。这允许两个对角件(左前柱塞和右后柱塞对右前柱塞和左后柱塞)的平均高度相对于彼此自由变化，同时维持对船只底架的整体平均高度的支撑。

如关于图3所指出的，相应的支撑蓄能器阀71、72、73、74优选地是锁闭阀，但可以是或包括任何形式的阻尼器阀或可变限流件。在图4中，相应的左前支撑蓄能器阀71、右前支撑蓄能器阀72、左后支撑蓄能器阀73和右后支撑蓄能器阀74中的每一个包括与相应的支撑蓄能器旁路放气件71b、72b、73b、74b并联的相应的支撑蓄能器锁闭阀71a、72a、73a、74a，该支撑蓄能器旁路放气件是孔口或其他限流件以允许相应的蓄能器与相应的支撑压缩容积之间的压力差逐渐减小。这样做的目的是提供一种随着时间的推移来减小所述压力差的被动手段，以允许打开并联的锁闭阀，而不会突然改变相应的支撑压缩容积中的流体容积，因为此类突然变化会产生底架部分的不期望的加速。所提供的限流件使得蓄能器在如控制器所认为的短时期内不提供显著量的弹性，不过船体与水的浮力界面仍然存在。

图4中的锁闭阀59、69、75、71a、72a、73a、74a被示为螺线管先导操作型常开阀，其中螺线管操作至泵压力P或罐T的连接件以使相应的阀通电和关闭或断电和打开。图4中还示出了左前支撑压缩容积压力传感器或换能器77、右前支撑压缩容积压力传感器或换能器78、左后支撑压缩容积压力传感器或换能器79和右后支撑压缩容积压力传感器或换能器80，因为甲板姿态控制系统的控制器可以受益于获得支撑压力。

图4示出了阻尼装置30。每个相应的阻尼器柱塞31、32、33、34包括相应的阻尼器压缩室83、84、85、86以及相应的阻尼器回弹室87、88、89、90。每个相应的阻尼器柱塞可以由相应的致动器装置101、102、103、104控制。提供了相应的阻尼器压缩室压力传感器105、106、107、108以给出相应的压缩室中的压力的指示，且类似地，提供了相应的阻尼器回弹室压力传感器109、110、111、112以给出相应的回弹室中的压力的指示。这允许计算阻尼器柱塞力。可以提供相应的柱塞位移、速度和/或加速度传感器，但这些并未在图4中示出。

在左前、右前、左后和右后致动器装置中的每一个中，相应的可变阻尼器阀121、122、123、124位于止回阀163的H桥型布置内。这种布置允许使用单个可变阻尼器阀来控制在压缩和回弹两个方向上的阻尼流并准许相应的阻尼器蓄能器145、146、147、148吸收和补充如阻尼器柱塞杆移位进出阻尼器柱塞的缸中所需的流体容积。在H桥型布置的中心内还提供了与相应的阻尼器阀121、122、123、124并联的相应孔口125、126、127、128，该孔口是可选的，但可以通过零流量位置来改进平滑度。为了防止当相应的可变阻尼器阀关闭时通过相应孔口125、126、127、128的不期望的流动，可以可选地提供与相应孔口125、126、127、128串联的相应的孔口锁闭阀129、130、131、132。相应的阻尼器压力释放阀141、142、143、144也与相应的可变阻尼器阀121、122、123、124和相应孔口125、126、127、128并联，以防止相应的阻尼器压缩室和回弹室中的压力过高。

当控制阻尼器装置以驱动底架部分的姿态时，只需要驱动两个正交间隔的阻尼器柱塞就能控制底架部分的侧倾和俯仰姿态。例如，可以驱动两个左阻尼器柱塞31和33、或两个右阻尼器柱塞32、34或两个后阻尼器柱塞33、34。然而，在图4中所示的示例中，两个前阻尼器柱塞31、32被驱动，因此提供了左前阻尼器压缩室控制阀133和右前阻尼器压缩室控制阀134以使相应的阻尼器压缩室83、84与压力源161或者储器或罐162选择性地连通。类似地，提供了左前阻尼器回弹室控制阀137和右前阻尼器回弹室控制阀138以使相应的阻尼器回弹室87、88与压力源161或者储器或罐162选择性地连通。由于两个正交间隔的阻尼器柱塞31、32由相应的致动器装置101、102驱动，因此另外两个阻尼器柱塞33、34可以由相应的致动器装置103、104控制，以允许底架部分在低或零侧倾和俯仰刚度的支撑件上枢转，例如如图3中所描述的。

左前阻尼器蓄能器145、右前阻尼器蓄能器146、左后阻尼器蓄能器147和右后阻尼器蓄能器148内的压力典型地是低的(诸如，例如12巴的静态压力)，因为这些蓄能器被用来补偿在正常阻尼器操作期间贯穿缸的冲程在不同位置处的净缸流体容积，如上文所解释的。然而，随着时间的推移，例如，随着温度变化以及左前阻尼器压缩室控制阀133和右前阻尼器压缩室控制阀134及相应的阻尼器回弹室控制阀137、138的重复操作，左前阻尼器蓄能器145、右前阻尼器蓄能器146、左后阻尼器蓄能器147、右后阻尼器蓄能器148可以逐渐清空或填充。因此在图4中，在相应的阻尼器蓄能器145、146与流体压力源161之间提供了相应的阻尼器蓄能器控制阀149、150，以允许维持相应的蓄能器中的流体容积并防止该蓄能器用完流体或触底。类似地，在相应的阻尼器蓄能器与储器或罐162之间提供了相应的阻尼器蓄能器压力释放阀153、154，以防止相应的蓄能器的压力增加到高于期望范围的压力。

可以使用相应的阻尼器蓄能器压力传感器157、158、159、160来测量相应的左前阻尼器蓄能器145、右前阻尼器蓄能器146、左后阻尼器蓄能器147和右后阻尼器蓄能器148中的压力，这对于控制左前阻尼器蓄能器控制阀149和右前阻尼器蓄能器控制阀150以及对于控制器进行的其他计算两者都是有益的，其他计算为诸如计算相应的可变阻尼器阀121、122、123、124上的压差以确定压差是否足够，并且如果足够，则确定如何调整相应的可变阻尼器阀的限流以继续允许所需的流量。如果压差不足以使得能够产生所需的阻尼器力，则可以关闭相应的可变阻尼器阀(连同相应的孔口锁闭阀129、130(如果存在的话))，并且操作相应的阻尼器压缩室控制阀133、134或相应的阻尼器回弹室控制阀137、138以控制相应室中的压力并产生所需的阻尼器力和/或位移、速度或加速度。

图5示出了替代性阻尼装置30，它是图4中所示的阻尼装置的改型。在图5中，左前阻尼器压缩室控制阀133和左前阻尼器回弹室控制阀137以及右前阻尼器压缩室控制阀134和右前阻尼器回弹室控制阀138的低压侧连接至相应的左前阻尼器蓄能器145或右前阻尼器蓄能器146。这可以显著减少或防止相应的阻尼器蓄能器在相应的致动器装置101、102的操作期间用完流体或触底。因此，不再需要并且可以省略图4的相应的阻尼器蓄能器控制阀149、150，它们典型地是具有快速响应的高流量阀。图5的阻尼装置30的其余部分与图4的情况相同，并且装置的其他部件可以以上文关于图4所讨论的方式操作。

图6示出了进一步的替代性阻尼装置30，其中例如可以使用单个轴向活塞泵来代替相应的一对阻尼器压缩和回弹控制阀(诸如，133和137；或诸如，134和138，在图4和图5中)。在由相应的致动器装置101、102驱动的两个正交间隔的阻尼器柱塞31、32中的每一个中，在相应的阻尼器压缩室83、84与相应的阻尼器回弹室87、88之间使用相应的左前阻尼器可变排量双向泵181或右前阻尼器可变排量双向泵182。理想地，相应的阻尼器阀121、122和任何相应的孔口锁闭阀129、130(在存在的情况下)在相应的可变排量双向泵181、182的操作期间关闭。可变排量双向泵181、182可以是如所已知的开关H桥型布置中使用的单向泵，以允许单向泵执行双向泵的任务。类似地，泵可以是变速的而非可变排量的，以实现类似的结果。

当左前阻尼器泵181或右前阻尼器泵182被驱动以使相应的阻尼器柱塞31、32延伸时，来自相应的阻尼器回弹室87、88的流体加上来自相应的阻尼器蓄能器145、146的附加容积补偿流体(该流体通过止回阀163之一来供应)通过相应的泵181或182被吸取并进入相应的阻尼器压缩室83、84中。相反地，当左前阻尼器泵181或右前阻尼器泵182被驱动以使相应的阻尼器柱塞31、32压缩时，提供相应的先导导管185、186以允许来自相应的阻尼器回弹室87、88的压力脱离(unseat)止回阀163之一，从而允许从相应的阻尼器压缩室83、84流动的过多流体流入相应的阻尼器蓄能器145、146中，其余部分流过相应的泵181或182并进入相应的阻尼器回弹室87、88中。

虽然可以使用如图4和图5中的压力源或如图6中的相应的泵来驱动所有四个阻尼器柱塞，但使用如图3和图4中的提供升沉支撑并且具有低的或基本上没有侧倾和俯仰刚度的支撑装置可以准许仅使用两个受驱动的阻尼器柱塞，从而既简化控制又简化阻尼器致动器装置中的两者。然而，如果仅两个阻尼器柱塞被驱动，则优选的是，这两个受驱动的阻尼器柱塞位于船只的具有最大载荷或最大质量的端部处。例如，在船只在后部处具有可以承载大的有效载荷的载荷甲板的情况下，如果受驱动的阻尼器柱塞在前部处，则为使甲板姿态控制系统在后部处提供能够举起大的有效载荷的延伸力，支撑件需要提供升沉支撑，而在俯仰和侧倾中具有很小的支撑，并且前部受驱动的阻尼器(诸如，在图5至图7中)需要在回弹容积中产生高压力以使前部收缩并驱动底架俯仰，从而在后部处给予高度的上升。在施加到悬架系统的最大载荷是在后部处的此类船只中，则受驱动的阻尼器柱塞应为后阻尼器柱塞，如图8中所示。

可以提供维护控制装置以维持各种阻尼器压缩室和回弹室以及阻尼器蓄能器中的压力和流体容积，尤其是在对于每个阻尼器柱塞而言没有控制阀来控制从压力源或至罐的流体供应的阻尼装置中(即，如在图4、图5和图6中的示例中)。图8示出了每个阻尼器中的用于容积的入口阀和出口阀。

参考图8，示出了进一步的替代性阻尼装置30。虽然原理与图5至图7的阻尼装置中相同，但在图8中所示的实施例中存在许多变化，诸如左后致动器装置103和右后致动器装置104是受驱动的阻尼器，而不是如上文所讨论的前致动器装置101、102是受驱动的阻尼器。除了连接至流体压力源161的相应的左前阻尼器蓄能器控制阀149、右前阻尼器蓄能器控制阀150、左后阻尼器蓄能器控制阀151或右后阻尼器蓄能器控制阀152以及连接至罐或储器162的相应的阻尼器蓄能器压力释放阀153、154、155、156之外，为了维持相应的阻尼器蓄能器145、146、147、148中的压力，还提供了相应的阻尼器蓄能器出口阀201、202、203、204。

针对每个可变阻尼器阀121、122、123、124示出了先导压力导管205和先导罐导管206，因为这些阀可以是螺线管先导操作型阀。还示出了相应的阻尼器蓄能器流体温度传感器207、208、209、210。由于流体的粘度会随温度而变化，因此了解相应的阻尼器蓄能器中或相应的致动器装置中其他地方的流体温度可以是有益的。可以提供冷却，并且可以根据测得的温度来控制冷却，以帮助热交换。

受驱动的左后致动器装置103和右后致动器装置104的操作与针对例如图5的受驱动的左前致动器装置和右前致动器装置所描述的操作非常类似。可选地提供与相应孔口127、128串联的左后孔口锁闭阀131和右后孔口锁闭阀132，以防止当相应的可变阻尼器阀123、124关闭时通过相应孔口的不期望的流动。

图5的受驱动的前致动器装置101、103的单独的左前阻尼器压缩室控制阀133或右前阻尼器压缩室控制阀134和左前阻尼器回弹室控制阀137或右前阻尼器回弹室控制阀138被替换为图8中的单个左后定向控制阀221或右后定向控制阀222。每个相应的左后或右后定向控制阀使加压流体源161与相应的后阻尼器活塞的或者压缩室或者回弹室选择性地连通，而压缩室或回弹室中的另一个与相应的阻尼器蓄能器147、148和相应的阻尼器蓄能器压力释放阀选择性地连通。

虽然定向控制阀221、222基本控制对后致动器装置103、104的驱动，但阻尼器蓄能器压力释放阀155、156、阻尼器蓄能器出口阀201、202、以及阻尼器蓄能器控制阀151、152将受驱动的左后和右后致动器装置中的压力维持在期望的范围内。

在图9中，示出了甲板姿态控制系统250的控制部件，即，控制器252、传感器和阀。为了清楚起见，图9中省略了图8的柱塞和导管，但是相似的阀被给予相似的附图标记。对于每个相应的左前、右前、左后和右后支撑柱塞或阻尼器柱塞(未示出)，示出了与控制器252通信的相应的位移传感器261、262、263、264。可以提供相应的支撑柱塞或阻尼器柱塞力传感器265、266、267、268以使得能够测量该支撑柱塞或阻尼器柱塞中的力，或替代性地，可以使用在相应柱塞的压缩室和回弹室上或附近的附加压力传感器来计算相应柱塞中的力。例如，相应的阻尼器压缩室压力传感器105、106、107、108和相应的阻尼器回弹室压力传感器109、110、111、112典型地是阻尼控制所需的，因此可以被用来计算相应的阻尼器柱塞力。

相应的阻尼器蓄能器压力传感器157、158、159、160也与控制器通信以使得能够维持蓄能器压力。尽管该功能可以由单独的控制器执行，但优选地将其包括在主甲板姿态系统控制器252中。相应的左前船体加速度计269、右前船体加速度计270、左后船体加速度计271和右后船体加速度计272可以安装在柱塞的在船体部分上的相应支撑件或致动器装置上或附近或者安装在船体自身上，以将指示在一条或多条轴线中或围绕一条或多条轴线的加速度的信号提供给控制器。

可以在船只的底架部分上提供一个或多个加速度计。在图9中所示的该示例中，底架加速度计273、274、275、276安装在底架上、在每个支撑件和/或阻尼器柱塞附近，但是可以在任何位置中使用任何数量的加速度计。例如，可以在底架上的任何位置中使用一个多轴加速度计来测量底架部分上的线性和旋转加速度，以代替或补充放置在分散于底架部分周围的位置处的若干个加速度计。例如，控制器可以包括被集成到控制器的板或外壳中的多轴加速度计或陀螺仪传感器。

可以使用模式开关281或其他输入器件(诸如，触摸屏上的选择件或语音控制件)来改变控制器的模式。控制器252连接至支撑蓄能器锁闭阀71a、72a、73a、74a以及第一对角支撑互连阀59和第二对角支撑互连阀60及第三支撑互连阀75，以主要根据控制器的模式来控制支撑件的弹性和刚度模式。例如，如果选择主动甲板姿态控制或转移模式并且阻尼器柱塞中的至少两个被驱动以调整底架部分的俯仰和侧倾姿态，则支撑蓄能器锁闭阀71a、72a、73a、74a可以关闭以从支撑件中去除它们的弹性并且支撑互连阀59、60、75可以打开以去除支撑件的俯仰、侧倾和翘曲刚度。

控制器252还连接至相应的可变阻尼器阀121、122、123、124、左后孔口锁闭阀131和右后孔口锁闭阀132、相应的左前阻尼器蓄能器控制阀149、右前阻尼器蓄能器控制阀150、左后阻尼器蓄能器控制阀151或右后阻尼器蓄能器控制阀152、相应的阻尼器出口阀201、202、203、204、以及左后定向控制阀221和右后定向控制阀222。控制器连接至以上阀，以便响应于来自传感器和模式开关的输入来控制它们。状态和/或警告和其他信息可以在显示器282上显示，该显示器可以是特定于甲板姿态控制系统的，或者是由船只上的其他系统使用的用户界面的一部分。

例如，当模式开关281处于正常或运送模式时，甲板姿态控制系统250可以是非活动的，并且支撑件以侧倾刚度高于升沉和俯仰刚度的被动模式操作。在这种被动模式下，可以控制可变阻尼器阀以在阻尼器柱塞中的任一个都没有被驱动到适当位置的情况下实现可变阻尼。

当模式开关处于主动或转移模式时，甲板姿态控制系统250是主动的并且控制器正在处理来自传感器的输入，传感器包括可以在与塔架接触时感测船头上的载荷的船头传感器283，或附加地或替代性地，可以包括能够检测塔架上的参考点相对于船只的船头的位置的光学或相对接近度传感器。

当模式开关处于正常或运送位置中时，仍然可能存在对底架部分的姿态的一些控制，但优选地非为对底架部分姿态的俯仰和侧倾两种控制。例如，模式开关可以包括三个位置：上文所描述的主动或转移位置，其中甲板姿态控制系统是操作的；侧倾调整或运送模式；以及被动位置。例如，侧倾移位器可以连接在左前、右前、左后和右后支撑压缩容积之间。替代性地，侧倾移位器可以连接至左前、右前、左后和右后致动器装置，以允许使用阻尼器柱塞来将侧倾力矩赋予到底架部分中。还可以使用除了侧倾移位器之外的其他形式的流体控制件以将底架部分侧倾成转弯。在运送期间控制底架部分的侧倾姿态以将船只侧倾成转弯可以是有益的，诸如在申请人的美国专利号10,286,980中所描述的。

如对技术人员显而易见的修改和变化被认为是在本发明的范围内。例如，阻尼器柱塞可以是机电的，并且被控制为通过例如经电感提取能量来对柱塞及因此船只的运动进行阻尼、以及类似地在通过阻尼(提取能量)而无法实现力和方向时根据控制器的要求供应能量以驱动阻尼器柱塞。

Claims (28)

1.一种用于船只的悬架系统，该船只具有至少一个左船体、至少一个右船体、以及底架部分，

该悬架系统包括：定位装置，这些定位装置用于约束该左船体和该右船体相对于该底架部分在至少纵向和横向方向上的运动；支撑件，这些支撑件用于相对于该至少一个左船体和该至少一个右船体来至少部分地支撑该底架部分；以及连接在该底架部分与该至少一个左船体上的纵向间隔点之间的至少左前阻尼柱塞和左后阻尼柱塞、连接在该底架部分与该至少一个右船体上的纵向间隔点之间的至少右前阻尼柱塞和右后阻尼柱塞，

其中，该悬架系统进一步包括甲板姿态控制系统，该甲板姿态控制系统包括用于该左前阻尼器柱塞、该右前阻尼器柱塞、该左后阻尼器柱塞和该右后阻尼器柱塞中的至少两个正交间隔的阻尼器柱塞中的每一个的控制器和至少一个相应的力、压力、加速度、取向或位置传感器、以及相应的致动器装置，

该控制器在使用中根据来自该至少一个力、压力、加速度、取向或位置传感器的信号来控制这些致动器，以控制该底架上的至少一个点相对于至少一个参考的位置。

2.如权利要求1所述的悬架系统，其中，该至少一个相应的力、压力、加速度、取向或位置传感器提供至少一个相应的输出信号，由该至少一个相应的输出信号计算该阻尼器柱塞中的力。

3.如权利要求1所述的悬架系统，其中，该至少一个相应的力、压力、加速度、取向或位置传感器提供指示该相应的阻尼器柱塞的位移的至少一个相应的输出信号。

4.如权利要求1所述的悬架系统，其中，该至少一个参考是对象上的点、或空间中的绝对点、或绝对取向。

5.如权利要求1所述的悬架系统，其中，每个阻尼器柱塞是机电柱塞。

6.如权利要求1或5所述的悬架系统，其中，每个相应的致动器装置包括相应的电机。

7.如权利要求6所述的悬架系统，其中，该电机是至少部分地形成在该阻尼器柱塞内和/或该阻尼器柱塞周围的线性电机或电磁致动器。

8.如权利要求1所述的悬架系统，其中，每个相应的阻尼柱塞是流体柱塞，该流体柱塞包括相应的压缩室和相应的回弹室，

该致动器调整该至少两个正交间隔的阻尼器柱塞的相应的压缩室和回弹室中的压力。

9.如权利要求8所述的悬架系统，其中，用于该至少两个正交间隔的阻尼器柱塞中的该相应一个的每个致动器装置包括至少一个相应的阀。

10.如权利要求8或权利要求9所述的悬架系统，其中，每个相应的致动器装置包括相应的泵。

11.如权利要求9所述的悬架系统，其中，该至少一个相应的阀包括：

相应的阻尼器压缩室控制阀，该相应的阻尼器压缩室控制阀与该相应的阻尼器压缩室处于流体连通；

相应的阻尼器回弹室控制阀，该相应的阻尼器回弹室控制阀与该相应的阻尼器回弹室处于流体连通。

12.如权利要求11所述的悬架系统，其中，该相应的阻尼器室控制阀调整该相应的阻尼器室中的压力。

13.如权利要求11所述的悬架系统，其中，该相应的阻尼器室控制阀使该相应的阻尼器室与压力源选择性地连通。

14.如权利要求13所述的悬架系统，其中，该相应的阻尼器室控制阀使该相应的阻尼器室与流体储器选择性地连通。

15.如权利要求13所述的悬架系统，其中，该阻尼器柱塞包括最小压力装置，该最小压力装置包括止回阀和流体压力蓄能器，该流体蓄能器中的最大压力由将过多压力释放到储器或罐的压力释放阀来调节，

该相应的阻尼器室控制阀使该相应的阻尼器室与该流体蓄能器选择性地连通。

16.如权利要求9所述的悬架系统，其中，该至少一个相应的阀包括可变阻尼器阀，该可变阻尼器阀在至少该压缩室或回弹室与蓄能器之间提供可控式可变限流件。

17.如权利要求16所述的悬架系统，其中，该可变阻尼器阀由该控制器改变以在该阻尼器柱塞中提供与由该控制器所需的力相对应的力，而该阻尼器柱塞和该致动器装置中的压力和流量足以提供该所需的力，之后该阻尼器阀被限流或关闭，并且使用泵和/或阀、压力源和储器来控制该压缩室和该回弹室中的流体压力或容积。

18.如权利要求1所述的悬架系统，其中，每个相应的阻尼柱塞由该控制器控制以提供与由该控制器所需的力相对应的阻尼力，该阻尼力高达部分地由该阻尼器柱塞的位移速度或速率确定的瞬时极限阻尼力，超过该瞬时极限阻尼力，就由该致动器装置将动力供应给该阻尼柱塞以提供与由该控制器所需的力相对应的发动力。

19.如权利要求1所述的悬架系统，其中，这些支撑件的压力在该支撑件的行程的至少50％的范围内变化小于25％。

20.如权利要求1或19所述的悬架系统，其中，这些支撑件是独立的。

21.如权利要求1或19所述的悬架系统，其中，这些支撑件至少部分地互连。

22.如权利要求1或19所述的悬架系统，其中，这些支撑件选择性地互连。

23.如权利要求1所述的悬架系统，其中，这些支撑件包括左前支撑柱塞、右前支撑柱塞、左后支撑柱塞和右后支撑柱塞，每个相应的支撑柱塞至少具有相应的支撑压缩室，该相应的支撑压缩室形成相应的支撑压缩容积的至少一部分。

24.如权利要求23所述的悬架系统，其中，该左前支撑柱塞和该右前支撑柱塞分别通过横向交叉连接件而互连，每个相应的横向交叉连接件是在该船只的一侧上的前支撑柱塞的相应压缩室与该船只的相对侧上的横向间隔的前支撑柱塞的支撑回弹室之间；

该左后支撑柱塞和该右后支撑柱塞分别通过横向交叉连接件而互连，每个相应的横向交叉连接件是在该船只的一侧上的后支撑柱塞的相应压缩室与该船只的相对侧上的横向间隔的后支撑柱塞的后回弹室之间。

25.如权利要求23所述的悬架系统，其中，该左前支撑柱塞、该右前支撑柱塞、该左后支撑柱塞和支撑柱塞分别通过相应的横向交叉连接件而互连，

该左前支撑柱塞的左前支撑压缩室通过形成该左前支撑压缩容积的左前压缩导管而连接至该右前支撑柱塞的右前支撑回弹室，

该右前支撑柱塞的右前支撑压缩室通过形成该右前支撑压缩容积的右前压缩导管而连接至该左前支撑柱塞的左前支撑回弹室，

该左后支撑柱塞的左后支撑压缩室通过形成该左后支撑压缩容积的左后压缩导管而连接至该右后支撑柱塞的右后支撑回弹室，并且

该右后支撑柱塞的右后支撑压缩室通过形成该右后支撑压缩容积的右后压缩导管而连接至该左后支撑柱塞的左后支撑回弹室。

26.如权利要求23至25中任一项所述的悬架系统，其中，该左前支撑压缩容积和该右后支撑压缩容积通过第一对角支撑互连阀而选择性地互连，并且

该右前支撑压缩容积和该左后支撑压缩容积通过第二对角支撑互连阀而选择性地互连。

27.如权利要求23至26中任一项所述的悬架系统，其中，所述左前支撑压缩容积、所述右前支撑压缩容积、所述左后支撑压缩容积或所述右后支撑压缩容积中的至少两个选择性地互连。

28.如权利要求26或27所述的悬架系统，其中，在甲板姿态控制系统操作期间，所述选择性互连件打开，并且当该甲板姿态控制系统不使用时，所述选择性互连件关闭。

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