CN1974240B - 主动车辆悬架系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的主动悬架系统，其包括基本上刚性连接于车架的主动悬架元件，以使主动悬架元件的电枢的运动与车轮的横向运动机械分离。控制杆连接到主动悬架元件和车轮之间。

Description

主动车辆悬架系统

技术领域

本申请是2005年11月29日提出的、系列号为11/289,838、发明名称为“主动车辆悬架系统”的美国申请的部分延续申请，并根据美国的35USC120要求其优先权，其全部内容作为参考引用。

背景技术

主动车辆悬架系统通常包括可控悬架元件，例如变力致动器。该可控悬架元件通常通过悬架支撑连接于车轮组件与车的底盘之间。

发明内容

一方面，本发明实施在用于车辆的主动悬架系统。该主动悬架系统包括基本上与车架刚性连接的主动悬架元件，以使主动悬架元件的电枢的运动与车轮的横向运动基本上机械地分离。横向运动可以是前后运动或左右侧运动。控制杆连接于主动悬架元件的电枢和车轮之间。

在一个实施例中，主动悬架元件基本上与车辆的悬架杆系机械地分离。主动悬架元件基本上与车辆的转向传动杆系机械分离。该系统还包括一个被动悬架元件，其配置成用于支撑车辆的大部分。

在一些实施例中，控制杆的第一端通过球节或衬套连接到主动悬架元件的电枢上。主动悬架元件和与车辆轮胎之间的距离大约为2厘米或更大。

另一方面，本发明包括用于主动地悬挂车辆底盘的方法。该方法包括将主动悬架元件连接到车架上，以使主动悬架元件的电枢的运动基本上与车轮的横向运动机械分离。横向运动可以是前后运动或左右运动。该方法还包括在主动悬架元件的电枢和车轮之间连接控制杆。

在一个实施例中，该方法还包括将被动悬架元件连接到车架上。该主动悬架元件通过衬套与车架连接。在一个实施例中，主动悬架元件基本上与车辆的悬架杆系机械分离。主动悬架元件基本上与车辆的转向传动杆系机械分离。

另一方面，本发明包括用于车辆的主动悬架系统。该主动悬架系统包括具有定子和相对定子移动的电枢的线性电磁致动器。定子基本上刚性连接于车架上。控制杆的第一端连接到电枢上。控制杆的第二端连接于车轮，以使电枢的移动引起车轮相对于车架运动。主动悬架元件的定子可与车架刚性连接，或通过衬套连接到车架上。

主动悬架系统还包括连接在车架和车轮之间的被动悬架元件。另一种选择，被动悬架元件也可以连接在车辆底盘和车轮之间。该被动悬架元件可以是弹簧、减震器或它们的组合。线性电磁致动器可包括动磁式电磁致动器。

控制杆的第一端通过球节或衬套连接到电枢上。电枢的移动引起车轮在相对于车辆的水平面的基本上垂直的方向的运动。在一个实施例中，电枢的运动和车轮的运动比基本上为1比1。另一种选择，电枢的运动和车轮的运动比可以小于1比1。

该主动悬架系统还包括一个传感器，该传感器可以连接于线性电磁致动器、车架和车轮中的一个。传感器可以与线性电磁致动器形成一体。

在一个实施例中，控制杆包括弯部。在一个实施例中，电枢的运动基本上与车轮的运动分离。主动悬架系统还包括基本上遮蔽电枢的盖。该主动悬架系统还包括波纹管，该波纹管至少包围部分控制杆。在一个实施例中，线性电磁致动器基本上与车辆的转向传动杆系机械分离。

另一方面，本发明包括用于主动悬挂车辆底盘的方法。该方法包括了将线性电磁致动器的定子连接到车架上。车辆底盘与车架连接。控制杆的第一端连接到线性电磁致动器的电枢上。电枢可相对于定子移动。该方法还包括将控制杆的第二端连接到车轮上，以使电枢的运动引起车轮相对于车架运动。

该方法还包括在车架和车轮之间连接被动悬架元件。该方法还包括在车辆底盘和车轮之间连接被动悬架元件。被动悬架元件可以是弹簧、减震器或它们的组合。线性电磁致动器可具体为动磁式电磁致动器。

该方法还包括加衬套将主动悬架元件的定子连接到车架上。在一个实施例中，该方法包括用球形连接将控制杆的第一端连接到电枢上。该方法包括加衬套将控制杆的第一端连接到电枢上。在一个实施例中，电枢的运动引起车轮在相对于车辆的水平面的基本上垂直的方向运动。

一方面，本发明包括用于车辆的主动悬架系统的线性电磁致动器。该致动器包括定子。电枢与定子磁耦合。第一轴承机械地连接于电枢。该第一轴承维持电枢和定子之间的气隙。第二轴承机械地连接于定子，并且基本上与电枢机械分离。第二轴承吸收与悬架相关的弯曲载荷；因而减小在电枢上的与悬架相关的弯曲载荷。

在一个实施例中，定子包括至少一匝线圈。电枢包括至少一个磁铁。在一个实施例中，第一轴承支撑来自电枢和定子相互作用的磁负荷。第一轴承可通过销和折褶中的一个与第二轴承机械地连接。

托架与第二轴承机械地连接。该托架可通过销和折褶中的一个与第一轴承机械地连接。在一个实施例中，销允许托架相对于第一轴承移动。托架可通过控制杆与车轮机械地连接。控制杆的一端通过球节和衬套中的一个与托架相连。

另一方面，本发明包括用于车辆的主动悬架系统的线性电磁致动器。该致动器包括定子。电枢和定子磁耦合，以使电枢可以相对于定子运动。壳体包围电枢和定子。该壳体的封套与电枢相对于定子的位置无关地保持固定。壳体基本上刚性连接于车架上。壳体的封套参照壳体的各尺寸。

控制杆包括与电枢连接的第一端和与车轮连接的第二端。电枢的运动引起车轮相对于车架的运动。在一个实施例中，电枢通过轴承机械地与定子连接。

另一方面，本发明包括用于车辆的主动悬架系统。该系统包括具有定子和相对定子运动的电枢的线性电磁致动器。定子基本上刚性连接于车架。控制器通过一根或多根非挠性的电缆与线性电磁致动器电气连接。

一根或多根非挠性的电缆至少包括信号电缆和动力电缆中的一个。致动器还包括与控制器电气连接的放大器。定子通过衬套与车架连接。控制杆的第一端连接到电枢上，控制杆的第二端连接到车轮上。电枢的运动引起车轮相对于车架运动。

另一方面，本发明包括用于车辆的主动悬架系统的电磁致动器。该致动器包括定子和与定子磁耦合的电枢。电枢可相对于定子运动。壳体包围电枢和定子。第一机械止动器位于壳体内。当电枢运动时，电枢和止动器之间存在相对运动。止动器限制电枢在第一方向上的运动。

致动器包括位于壳体内的第二机械止动器。当电枢运动时，电枢和第二止动器之间存在相对运动。第二止动器限制了电枢在与第一方向相反的第二方向上的运动。

致动器包括位于壳体内的第三机械止动器。当电枢运动时，电枢和第三止动器之间存在相对运动。第三止动器限制了电枢在第二方向上的运动。

机械止动器拥有圆形截面。该机械止动器具有凹槽。致动器还包括引导电枢运动的轴承轨，机械止动器围绕轴承轨。该机械止动器含有氯丁橡胶。该机械止动器含有三元乙丙橡胶。

另一方面，此发明包括用于车辆的主动悬架系统的电磁致动器。该致动器包括定子和与定子磁耦合的电枢。电枢可相对于定子运动。壳体包围电枢和定子。机械止动器位于壳体内。机械止动器由包括聚合弹性体的材料制造。

该弹性体可以是热固性聚合弹性体。该热固性聚合弹性体可以从下列材料组选择一种材料：三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯、硅树脂橡胶、天然橡胶、充油丁苯橡胶和碳氟化合物。该弹性体可以是热塑性聚合弹性体。该热塑性聚合弹性体包括动态硫化弹性体。该聚合弹性体在形式上可以从包括固体泡沫或多孔状泡沫的组中选择。

另一方面，本发明包括用于车辆的主动悬架系统的电磁致动器，其包括定子和与定子磁耦合的电枢。电枢可相对于定子运动。壳体包围电枢和定子。机械止动器位于壳体内。机械止动器的厚度大约为10毫米至60毫米。

该机械止动器的厚度大约为20毫米至50毫米。机械止动器的厚度大约为30毫米至40毫米。机械止动器的厚度大约为35毫米。

另一方面，本发明包括用于车辆的主动悬架系统的电磁致动器，其包括定子和与定子磁耦合的电枢。电枢可相对于定子运动。第一轴承轨引导电枢的运动。第一支柱支撑轴承轨的第一端。当对轴承轨施加第一作用力时，该支柱允许轴承轨的第一端移动离开第一起始位置。当作用力从第一轴承轨移去时，支柱将轴承轨的第一端返回起始位置。

致动器包括用于支撑轴承轨第二端的第二支柱。当对轴承轨施加作用力时，第二支柱允许轴承轨的第二端移动离开第二起始位置。当作用力从第一轴承轨移去时，第二支柱将轴承轨的第二端返回第二起始位置。

致动器包括引导电枢运动的第二轴承轨。第三支柱支撑第二轴承轨的第一端。当对第二轴承轨施加第二作用力时，第三支柱允许第二轴承轨的第一端移动离开第三起始位置。当第二作用力从第二轴承轨移去时，第三支柱将第二轴承轨的第一端返回第三起始位置。

致动器包括用于支撑第二轴承轨第二端的第四支柱。当对第二轴承轨施加第二作用力时，第四支柱允许第二轴承轨的第二端移动离开第四起始位置。当作用力从第二轴承轨移去时，第四支柱将第二轴承轨的第二端返回第四起始位置。该支柱包括了限制电枢运动的机械止动器。

附图说明

本发明特别在说明书中做了详细的描述，参照附图结合以下的描述可更好地理解本发明以上的和更多的优点，其中在各图中用相似的附图标记表示相似构造的元件和特征。附图不是按比例的，而仅仅是用于解释本发明的原理。

图1是用于车辆的单个车轮的典型的主动悬架系统的示意图；

图2示出了根据本发明的一个具体实施例中的用于车辆的单个车轮组件的主动悬架系统；

图3A-3C示出了根据本发明的控制杆相对于主动悬架元件的运动；

图4示出了根据本发明的另一具体实施例中的用于车辆的单个车轮组件的主动悬架系统；

图5示出了图2中的主动悬架系统的透视图；

图6示出了根据本发明的一个具体实施例的电磁致动器；

图7A-7C示出了图6中的电磁致动器的波纹管的运动；

图8是根据本发明又一实施例中的电磁致动器的透视图；

图9是为便于察看中间位置的托架而去掉壳部的图8的示图；

图10是图8实施例中使用的机械止动器的透视图；

图11是示出托架位于行程的一端的图9的视图；

图12是示出托架位于行程的另一端的图9的视图；

图13是根据本发明的再一实施例的电磁致动器的透视图；

图14是为便于查看在中间位置的托架而去掉壳部的图13的视图；

图15是图13实施例中使用的机械止动器的透视图；

图16是图13实施例中使用的另一机械止动器的透视图；

图17是示出托架位于行程的一端的图14的视图；

图18是示出托架位于行程的另一端的图14的视图；

图19是机械止动器的硬度曲线图。

具体实施方式

用于车辆的主动悬架系统包括一个可控力源，其在车辆的车轮组件和车辆底盘之间提供可变的力。该车轮组件包括许多移动部件，它们与车轮机械地连接，比如连杆、控制臂、轮毂、轴等。这些移动部件增加了车轮组件的总质量。通常希望减少车轮运动质量。

图1是用于车辆102的单个车轮组件101的主动悬架系统100的示图。为了清楚起见，未显示出车轴、驱动轴、万向节，以及车轮组件101的许多其它的部件。主动悬架系统100包括一个可控力致动器104，其连接在车辆102的车轮组件101和悬架支撑108之间。致动器104可以例如是电磁致动器，或液压致动器。可控力致动器104的顶端通常通过第一衬套110安装到悬架支撑108上。可控力致动器104的底端直接安装到下控制臂112上或通过第二衬套114安装到下控制臂112上。

致动器104的底端尽可能的靠近车轮的垂直中心线地与车轮转向节相连。这样，致动器104获得与车轮的运动比接近1比1。因此，致动器的电枢的运动导致了车轮的相应的运动。接近1比1的运动比意味着基本上致动器104产生的所有的力都直接传递给车轮胎面。像这样，基本上致动器104所有的力都能有效地用于控制车轮组件101的运动。当致动器104的一端直接连接于车轮转向节时，称致动器104被安装到车辆102的“外侧”。

图1所示的悬架系统100采用了“伸缩式致动器”。就伸缩而言，我们指的是当车轮组件101响应路面的激励而上下运动时，围绕致动器104的物理结构的封套改变其长度。这意味着当悬架设计者计划车轮凹腔(wheel-well)115接纳致动器104所要求的空间时，必须考虑到致动器104的长度变化。这不同于“固定封套致动器”，其整个封套不会随着车轮的运动而改变。参照图2描述根据本发明的固定封套致动器的一个实施例。

图1所示的伸缩式致动器104需要一个橡胶波纹管(未显示)在电枢117滑入和滑出致动器104时保护运动的电枢。由于电枢117可能不是圆形的，所以橡胶波纹管可能也不具有圆形的形状。实践中，致动器104最轻的部分，通常是电枢，其直接与车轮转向节相连。因此，波纹管通常向下安装，非常靠近车轮。另外，由于波纹管必须足够大以围绕致动器104的电枢，所以波纹管内的空气量相对较大。因而，当电枢117显著地移动时，空气交换量是相当大的。因此，致动器104需要“呼吸”(即，当电枢上下移动时交换空气)以防止波纹管压扁和伸展。通常需要一个通风口(未显示)以调节致动器104内外的压力。

转向连杆包括转向拉杆116。该转向拉杆116与车轮组件101的轴118连接，并控制车辆的行驶方向。另外，被动悬架元件120能平行于致动器104连接到悬架支撑108和下控制臂112之间。在所示的实施例中，被动悬架元件120的一端连接到板121上，板121连接到致动器104的电枢117的中点上。该被动悬架元件120例如可以是螺旋弹簧或气囊。另一种选择，弹簧可以连接到悬架的控制臂和车辆底盘之间。

悬架支撑108与车辆102的底盘122连接。车辆102的底盘122与车辆102的车架(未显示)相连。底盘122和车辆102的其它部件以车辆102的车架为基础设置。例如，下控制臂112的端部(未显示)与车辆102的车架相连。由于悬架支撑108通过金属片与车辆102的车架直接相连，所以可认为悬架支撑108和车架是车辆102中的结构元件和适合于用作传递力的路径。应当注意，图1的致动器104仅仅顶端与底盘/车架直接相连。

致动器104和被动悬架元件120控制车轮的垂直挠度。对车辆102的特定悬架几何形状，致动器104相对于垂直面的角度是被优化的。

在这种结构中，致动器104直接连接到车辆102的悬架杆系。更为具体的是，图1的主动悬架系统100的致动器104被用作悬架的结构元件。接着，这要求致动器104中的轴承系统具有两个不同的功能：(1)维持移动电枢和静止组件之间的磁气隙；和(2)处理从悬架进入致动器104的转向载荷和断裂载荷。这些转向和断裂载荷有时被称作弯曲载荷。

当碰到路面凹坑或其它不规则路面时，垂直、前后、和/或左右作用力传入轮胎124内。可以采用图1所示的主动悬架系统100削弱底盘122由这些路面激励产生的垂直运动。所示的悬架系统100基本上不会削弱前后的、左右的或被称作横向的运动。当前后的作用力激励悬架系统100时，整个致动器104质量(垂直运动和非运动部分两者)连同许多其它的悬架部件质量一起在上衬套110上前后弯曲。类似的结果出现在左右运动中。这些横向运动也提供了弯曲载荷。

当图1的悬架系统100用于车辆102的前部时，可能需要致动器104与车轮一起转向。为了确保致动器104转向，需要一个旋转轴承。另外，为了使致动器104转向，需要使用具有足够的消除应变的前往致动器104的柔性的力和控制缆线。而且，由于致动器104直接连接到转向传动杆系，所以转向传动杆系必须要容纳与车轮的相关于转向的部件一起的附加的致动器104。

图2示出了根据本发明的一个实施例的用于车辆的单个车轮组件的主动悬架系统200。虽然描述的是单轮模型，但是本发明也适用于车辆的所有车轮。该车轮组件包括轮胎201、推杆202、轮毂203、车轴(未显示)、驱动轴(未显示)、万向节(未显示)、和若干其它运动部件。

主动悬架系统200包括主动悬架元件204。比如，主动悬架元件204可以包括电磁致动器。致动器204可以是线性致动器或旋转致动器。另外，致动器204可以包括动磁铁、动线圈、可变磁阻、或任何其它已知的马达布局。具有主动悬架元件的主动悬架系统的例子描述在专利号第4,981,309、名称为“沿一条路径的线性传动(LINEARTRANSDUCINGALONGAPATH)”的美国专利中，在此引入作为参考。该专利描述了包括电磁致动器的主动悬架元件。

例如可以设置主动悬架元件204与被动悬架元件为串联或并联的结构，该被动悬架元件比如为弹簧或气囊。

主动悬架元件204包括了箱体206。定子208安装在箱体206内。定子208可以包括马达线圈。该主动悬架元件204还包括电枢210。电枢210可以包括一个或多个磁铁(未显示)。电枢210也可以包括轴承212。轴承212维持电枢210和定子线圈之间的磁气隙，并允许电枢210相对于定子208滑动。

主动悬架元件204机械地连接到车架214上。例如，主动悬架元件204可以刚性连接到车架214上或通过衬套216连接到车架214上。在一个实施例中，也许通过衬套来安装主动悬架元件204，以其的中部连接到车辆的底盘/车架上。在一个实施例中，除了连接到车辆底盘/车架的中部之外，主动悬架元件204的一端也可以连接到悬架支撑上。

主动悬架元件基本上刚性连接到车架，从而主动悬架元件基本上与车轮的横向运动机械分离。就横向运动而言，我们指的是前后和左右运动。就分离而言，我们指的是前后和左右作用力和运动在被传入电枢210和/或主动悬架元件204之前，它们被显著地受到削弱。在一个实施例中，通过连接到主动悬架元件和车辆车轮之间的控制杆以实现分离。在此详细描述控制杆。

在一个实施例中，热量从主动悬架元件204通过接头传导到车架214。比如，主动悬架元件204中的定子208包括能产生热量的线圈。不用外部通风口或主动冷却，热量从主动悬架元件204扩散到车架上。

希望在主动悬架元件204和车辆车架214之间有低热阻通道，以使从主动悬架元件204到车架214的换热最大化。通过使用已知的技术获得低热阻路径，例如增加主动悬架元件204和车架214之间的接触面积、使用具有高热传导率材料(比如铝)用作壳体、制备尽可能平的共面的配合表面、和/或采用热传导填料的交界面材料，比如导热油脂或热传导的衬垫。热传导衬套可用作交界面设备，在此用作衬套的弹性体具有大百分比添加的热传导填充物(铝或铜片、或其它热传导填充物)。

下控制臂222包括了第一端224，其通过衬套或轴承(未显示)连接到车架214上。衬套/轴承允许当车轮组件垂直运动时下控制臂222旋转。下控制臂222包括第二端228，其具有与推杆202连接的球节230。推杆202包括转向臂234。转向臂234机械地连接于转向拉杆(未显示)。转向拉杆是车辆的转向传动杆系的一个部件。转向拉杆的运动导致推杆202将车轮转向。

控制杆232连接到主动悬架元件204和车轮组件的推杆202之间。在一个实施例中，控制杆232连接到主动悬架元件204的电枢210上。控制杆232可以包括弯部236。设置弯部236以提供离开主动悬架元件204的足够轮胎间隙。例如，轮胎间隙可以是2厘米或更大。控制杆232可以通过球节238与主动悬架元件204相连。设置球节238以允许控制杆232相对于主动悬架元件204的电枢210旋转。控制杆232可选择地通过衬套(未显示)连接到主动悬架元件204上。在一个实施例中，控制杆232配置成当转向时与被转动的车轮201相同地转动。例如当图2的悬架系统200用于车辆的前部时，控制杆232顶部或底部的球节可用于转向。一般而言，球节的费用和复杂性少于旋转轴承的费用。另外，主动悬架元件204的被固定的特性，消除了对可挠曲导线的需要。

如同图1中描述的悬架系统100，图2的悬架系统200基本上获得了电枢210的运动和车轮组件运动之间的1比1的运动比。但是，以不同的方式获得1比1的运动比。特别地，控制杆232确保了电枢210的任何运动直接导致车轮的运动。类似于图1的系统100，主动悬架元件204的所有的力能有效地用于控制车轮的运动。可是，图2的结构不需要主动悬架元件204的一端与接近车轮的转向节相连。接着，由于控制杆232的横截面通常设计简单并小于主动悬架元件204的相应的截面，所以使主动悬架元件204的包装相对简单。由于主动悬架元件204不与车轮转向节直接相连，所以称主动悬架元件204被安装到车辆的“内侧”。包装该内侧安装的主动悬架元件204很容易，而且允许车轮和主动悬架元件204之间有更多间隙。

主动悬架元件204的轴承系统212通常有两个功能。该轴承系统212的第一个功能是维持电枢210和定子208之间的磁气隙。该轴承系统212的第二个功能是吸收转向载荷和断裂载荷。与图1中的那些致动器104相比，传入图2中的致动器204的轴承中的转向载荷和断裂荷载减少了。这是由于，至少部分由于控制杆232被配置用于吸收来自弯曲载荷的许多应力，否则这些弯曲载荷通过轴承212进入电枢210。而且，当前后作用力激励图1所示的悬架系统100时，整个致动器104质量(包括垂直运动和非运动部分)连同若干其它悬架部件质量在上衬套上向前后弯曲。类似的结果出现在左右运动中。相反地，当前后作用力激励图2中的悬架系统200时，仅仅整个控制杆232质量连同的若干其它悬架部件质量一起向前后弯曲。这对于左右激励也是同样的。因而，与图1的悬架系统100中的弯曲部分相比，图2中的悬架系统200的弯曲质量减少了。

与图1的致动器104相反，主动悬架元件204被称为固定封套致动器。在该实施例中，将电枢210连接到车轮上的控制杆232随着车轮上下运动，但是包围致动器204的整个箱体206的长度不会改变。这种固定封套可在包装上更有利。

主动悬架元件204可以包括顶盖240。顶盖240保护定子208、电枢210和主动悬架元件204中的其它部件。例如，其它部件包括传感器(比如位置传感器)或加速度计或印刷电路板和其它电路。在一个实施例中，放大电路(未显示)集成于主动悬架元件204中。

顶盖240也覆盖了部分控制杆232。可围绕部分控制杆232放置波纹管242，以进一步保护主动悬架元件204的内部部件免受外部碎屑的影响。由于波纹管242围绕控制杆232，所以其可相对较小。因而，使波纹管242内的密封空气量足够少，以致当波纹管242伸展和收缩时不需要与外部通风。图2中的小波纹管242减少了“呼吸”的问题，并在本质上消除了进行换气的需要。因而，主动悬架元件204可以是密封致动器。

因而，在一个实施例中，主动悬架系统200包括了带有线性电磁致动器的主动悬架元件204。该致动器可包括定子和相对定子运动的电枢。该定子基本上刚性连接于车架上。控制杆具有连接电枢的第一端。控制杆的第二端与车轮相连，以使电枢的运动引起车轮相对于车架运动。

图3A、图3B和图3C示出了根据本发明的控制杆232相对于主动悬架元件204的运动。控制器(未显示)产生了一个用于控制主动悬架元件204中的电枢210的运动的控制信号。控制器可将控制信号传给驱动主动悬架元件204的放大器(未显示)。该放大器可位于主动悬架元件204的外部或包含在主动悬架元件204内。

如以上所描述的，控制杆232的运动对主动悬架元件204的运动的比可以是1比1。在一个实施例中，该比率可以不同于1比1。比如，对于电枢210的每1英寸的位移，控制杆230可以根据系统的机械设计移动多于1英寸或少于1英寸。在一种结构中，控制杆232的下端可连接于下控制杆222的中间(图2)，而不是连接到推杆202上。另外，在控制杆232和车轮组件和/或电枢210之间增加一个或多个机械连杆，以改变控制杆232的运动对车轮组件和/或电枢210的运动的比率。

图3A示出了主动悬架元件204的电枢210处于中间或中心的位置的例子。控制杆232也处于中心位置。波纹管242示为半压缩状态。

图3B示出了主动悬架元件204的电枢210处于最低位置的例子。控制杆232也处于最低位置。波纹管242示为完全压缩状态。

图3C示出了主动悬架元件204的电枢210处于最高位置的例子。控制杆232也处于最高位置。波纹管242示为伸展状态。

图4示出了根据本发明的另一实施例的用于车辆的单个车轮组件的主动悬架系统300。该主动悬架系统300包括主动悬架元件204，以及被动悬架元件302。在所示的实施例中，被动悬架元件302是与主动悬架元件204并联的螺旋弹簧。在另一个实施例中，被动悬架元件例如是扭力弹簧、板簧或空气弹簧。被动元件302可以由一个或多个串连或并联的设备物理构成，并且可以由收容主动悬架元件204的箱体保护。例如，空气弹簧可以并联到元件204的前侧和后侧。在另一个实施例中(未显示)，被动悬架元件302可以与主动悬架元件204串连。一般而言，被动悬架元件302可安装到车轮组件的运动元件和车架或车辆底盘之间的任何位置。

主动悬架系统300也包括控制杆303，其与主动悬架元件204相连。控制杆303可包括支架304以支撑被动悬架元件302的下端。

主动悬架系统300可包括一个或多个传感器，其能产生指示系统300中各个部件的运动的传感器信号。该传感器可以与带有处理器的控制器(未显示)相连。控制器接收传感器信号并产生控制信号。将控制信号传到驱动主动悬架元件204的放大器(未显示)。控制器和/或放大器可集成于主动悬架元件204中或位于主动悬架元件204的外部。

例如，可在顶盖240上连接传感器305。传感器305例如可以是加速度计，可测量当车辆通过路面时主动悬架元件204的运动。

另一个传感器306可置于主动悬架元件204的电枢210上。传感器306可以是测量电枢210的运动的加速度计。电枢210的运动直接与控制杆303的运动相关，因而与车轮的运动相关。在另一个实施例中，传感器306可以是测量电枢210位置的位移传感器。

传感器308可置于主动悬架元件204内。传感器308可以是测量电枢210相对于定子208的位置的位移传感器。电枢210的位置与控制杆303的位置相对应，因此与车轮的位置相对应。在一个实施例中，传感器310可布置于电枢210上。传感器310可以是测量电枢210相对于定子208的位置的位移传感器。位移传感器的一个例子在专利号为5,574,445、发明名称为“数字式绝对位置编码器”的美国专利中描述，在此引用作为参考。另一种选择，可采用各种结构的传感器，并将其置于车辆的各个位置，以测量车架214和/或车轮组件的参数。

另一个传感器312可置于车架214上。传感器312可以是测量当车辆通过路面时车架214的运动的加速度计。许多传感器或传感器组合可用于测量车架214、电枢210和车轮组件的运动。此处所用的术语“运动”是指位移、速度和/或加速度。

图5示出了图2中主动悬架系统200的透视图。主动悬架系统200包括主动悬架元件204。主动悬架元件204与车架214机械相连。如前所述，主动悬架元件204基本上与车轮组件的部件分离。

控制杆232通过球节238机械地连接到主动悬架元件204上。设置球节238，用于当车轮运动使车辆转向时允许控制杆232横向转动。推杆202的转向臂234与转向拉杆(未显示)连接以便于进行转向。下控制臂222的第一端228与下球节230相连。下控制臂222的第二端224包括装配零件252。在一个实施例中，装配零件252适合于容纳扭力弹簧，其具有键槽端。设置扭力弹簧，用以至少支持部分车辆的静止部分。在另一个实施例中，也可以采用螺旋弹簧、板簧、和/或空气弹簧。

设置波纹管242用于允许控制杆232垂直运动，同时防止外部碎片损害主动悬架元件204的内部部件。波纹管242例如可以采用适合的柔性材料制造，比如橡胶、塑料、或纤维物。另外，使波纹管242内的密封空气量足够少，以至于不需要进行外部通风。也可采用其它的密封结构来密封主动悬架元件204，比如伸缩导管、或橡胶管。

图6示出了根据本发明的一个实施例的电磁致动器400。电磁致动器400是双轴承致动器。例如，第一轴承402用于维持电磁致动器400的电动结构中的磁隙。第一轴承402连接到致动器400的电枢406的轨道404上，并允许电枢406相对于致动器400的定子408运动。在本发明的一个实施例中，轨道404可以利用两个轴承架来维持磁气隙。

在一个实施例中，定子408刚性连接到车架上。定子408也可以通过衬套连接到车架上。车架允许控制信号和动力电缆以最小挠曲与致动器400相连。例如，信号和动力电缆能沿着车架布线，并直接连接到车架安装好的致动器400上。因而，使电缆挠曲最小化，因而减少了电缆故障的风险。另外，传送相对大电流的动力电缆能够很好地绝缘，并受到保护不受路面碎片等的影响。

第二轴承系统410用于承载悬架负荷。例如，第二轴承系统410基本上能防止悬架系统的所有的转向载荷和断裂荷载被传入电枢406中。这简化了第一轴承402的设计和载荷要求。第二轴承系统410包括轴承架412。轴承架412在轴承轨414上行进。轴承轨414刚性连接于定子408，定子通常连接到车架上。应当注意转向载荷和断裂荷载能转化成包括前后和左右运动的车轮的横向运动。

托架416机械地连接于轴承架412上。托架416配置成带有凹腔418，该凹腔设计为容纳一球节。该球节连接于控制杆的顶端，比如图2所示的控制杆232。在一个实施例中，衬套(未显示)可代替球节用于控制杆的顶端。在该实施例中，凹腔418设置成容纳衬套。

在一个实施例中，托架416通过销420与电枢404相连。销420可由任何适合的材料制造，比如硬化钢。在另一个实施例中，托架416可通过折褶3(flexure)(未显示)代替销而连接到电枢404上。

销420可允许支架416相对电枢406移动。这能进一步将悬架弯曲荷载从第一轴承402上分离。因而，不需要第一轴承402吸收悬架的弯曲载荷，并简化了它的设计。

电磁致动器400也包括了各种传感器(未显示)。传感器可测量电磁致动器400的各种参数。比如，位置传感器可用于确定电枢406相对于定子408的位置。加速度计可用于测量托架416的运动。传感器信号可传到控制器中(未显示)，该控制器或与电磁致动器400成为一体或形成在它的外部。控制器产生用于控制电磁致动器400的控制信号。在一个实施例中，控制信号控制放大器(未显示)，该放大器供给电磁致动器400能量。放大器可以与电磁致动器400形成一体或在其外部。

在运行中，控制器(未显示)将控制信号传给放大器，该放大器与定子408的线圈电气连接。控制信号接收传感器信号，并指示电磁致动器400初始化且移动到中间位置。当车辆通过路面时，来自路面的激励导致车轮和底盘在基本上垂直的方向运动。在电磁致动器400内的或之上的、车轮上的和/或车辆底盘上的传感器追踪车轮和底盘的运动，并将传感器信号传给控制器。控制器产生控制信号，并把控制信号传给放大器。放大器处理并传输控制信号到电磁致动器400。在一个实施例中，当车轮横过崎岖的地形时，控制器基于来自传感器的反馈信号，试图减小底盘的快速的垂直运动。来自控制器的控制信号也使车轮更紧密地追随各种地面的地形。

图7A、图7B和图7C示出了图6的电磁致动器400的一对波纹管450、452的运动。每个波纹管450、452基本上可由保护套454包围。保护套454屏蔽住每个波纹管450、452不受外部环境影响。一箱体456包围并保护定子408和电枢406。

图7A示出了处于致动器400的电枢406处于中间或中心位置的例子。容纳球节的凹腔418也处于中心位置。一对波纹管中的每个450、452示为半压缩状态。在一个实施例中，该波纹管对450、452被密封，以不受外部环境影响，但是它们彼此液动连接。因而，能在每个波纹管450、452间换气。在运行中这样的换气能调节每个波纹管450、452内的空气压力，因此可防止压力使波纹管450、452之一或两者受到损坏。在一个实施例中，可通过托架416设置气孔，以允许空气在该波纹管对450、452中传递。

图7B示出了致动器400的电枢406处于最高位置的例子。凹腔418也处于最高位置。第一波纹管250示为完全压缩状态，第二波纹管252示为伸展状态。

图7C示出了致动器400的电枢406处于最低位置的例子。凹腔418也处于最低位置。第一波纹管250示为伸展状态，第二波纹管252示为完全压缩状态。

图8示出了根据本发明的另一实施例的电磁致动器500。显示了在壳部501完全就位的电磁致动器500。壳部501内的开口503使球节和部分控制杆(未显示，但类似与上述的元件232和238)在壳部内运动。定子508与车架刚性连接。定子508也可以通过衬套与车架相连。

转到图9，示出移去壳部501的致动器500，以便于察看致动器内部。致动器500是类似于图6所示的实施例的双轴承致动器。轴承系统510用于传送悬架负荷。例如，轴承系统510基本上可防止悬架系统的所有转向载荷和断裂荷载被传入电枢(未显示)中。该电枢类似于图6所示的电枢，且在壳部511内运动。轴承系统510包括坐在轴承轨514上的轴承架512。轴承轨514刚性连接于定子508，定子通常连接到车架上。

托架516机械地连接于轴承架512上。配置带有凹腔518的托架516，该凹腔被设计成容纳球节。该球节连接于控制杆的顶端，比如图2所示的控制杆232。在一个实施例中，衬套(未显示)可代替球节用于控制杆的顶端。在该实施例中，设置凹腔518以容纳衬套。

上机械止动器520限制了托架516和电枢在止动器520的方向(第一方向)的运动。在该实施例中，止动器520为直径大约是37毫米的圆形。止动器520例如采用粘合剂固定于支柱522上。支柱522通过悬架系统内的一个或多个中间部件间接连接到定子上。另一种选择，支柱522可直接连接到定子上。下机械止动器524限制了托架516在止动器524的方向(基本上与第一方向相反的第二方向)上的运动。止动器524也通过悬架系统内的一个或多个中间部件间接连接到定子上。另一种选择，止动器524也可直接连接到定子上。止动器524例如采用粘合剂固定到它们的相应的支撑部件上。图10公开了止动器524的一个优选形状。在该实施例中，止动器520和524优选由氯丁橡胶制造，并且其厚度在大约10毫米至大约60毫米之间。更优选的止动器520和524的厚度在大约20毫米至大约50毫米之间。进一步优选的止动器520和524的厚度在大约30毫米至大约40毫米之间。最优选的止动器520和524的厚度大约为35毫米。

参照图11，托架516已移动到相应的托架部分516a和516b与相应的止动器524接触的位置。这可能出现在，例如当车轮进入深坑时。系统按这种方式操作，电枢驱动托架516向下移动车轮，以设法抑制车辆的角部的下降。止动器524限制了托架516在止动器524的方向上的运动。由于止动器520和524没有固定到电枢上，当电枢运动时在电枢和所有三个止动器520、524之间存在相对运动。

参照图12，托架516已移动到托架部分516c与止动器520接触的位置。这可能出现在，例如当车轮超速接触很高的缓速块时。系统按这种方式操作，电枢驱动托架516向上移动车轮，以设法抑制车辆的角部上升。止动器520限制了托架516在止动器520的方向上的运动。

图13示出了根据本发明的再一个实施例的电磁致动器600。显示了完全定位的壳部601的电磁致动器600。壳部601内的开口603使球节和部分控制杆(未显示，但类似于上述的元件232和238)在壳部内运动。定子608与车架刚性连接。定子608也可以通过衬套与车架相连。

转到图14，示出移去壳部601的致动器600，以便于察看致动器内部。致动器600是类似于图6所示的实施例的双轴承致动器。轴承系统610用于传送悬架负荷。例如，轴承系统610基本上可防止悬架系统的所有转向载荷和断裂荷载被传入电枢(未显示)中。该电枢类似于图6所示的电枢，且在壳部611内运动。轴承系统610包括坐在轴承轨614上的轴承架612。轴承轨614的横截面为圆形，并且刚性连接到定子608上，定子通常连接到车架上。

托架616固定于轴承架612上。配置带有凹腔618的托架616，该凹腔设计成容纳球节。该球节连接于控制杆的顶端，例如图2所示的控制杆232。在一个实施例中，衬套(未显示)可代替球节用于控制杆的顶端。在该实施例中，设置凹腔618以容纳衬套。

参照图14和图15，上机械止动器620限制了托架616在止动器620的方向上的运动。在该实施例中，止动器620具有圆形截面。止动器620的部分621具有小于止动器其它部分的横截面。在这样的情况下，部分621是全部环绕止动器620的凹槽形状。部分621允许当托架616最初接合止动器620时止动器620提供相对低的阻力。当托架对止动器620施加更多的作用力时，止动器开始在托架运动的方向部分收缩。这导致止动器部分623向止动器部分625移动。一旦止动器部分623和625彼此接触，止动器620提供的克服托架616的进一步运动的阻力大大地增加了。在该实施例中，止动器620在支柱622上模制而成，支柱通过一个或多个中间元件间接固定在定子608上。支架622可选择地直接固定在定子上。另一实施例中，止动器620分开制造，然后固定的支架622上。

参照图14和16，下机械止动器624限制了托架616在止动器624的方向上的运动。每个止动器624围绕相应的轴承轨614。每个止动器624也包括了整体绝缘衬套625，其支撑轴承轨614之一的一端。在止动器624中的孔627延伸进入到衬套625内一部分。每个衬套625存在于板627的一个孔中(未显示)。每个具有一体的衬套的止动器624采用例如粘合剂固定到板627上。在该实施例中，止动器620和624优选由EPDM橡胶(三元乙丙橡胶)制造。每个止动器624(未计算衬套625)厚度大约是9.5毫米。

一对支柱626支撑轴承轨614的相应端。每个支柱优选地具有基本上与机械止动器624相同的形状，并且由与机械止动器624相同的材料制造。支柱626没有用作机械止动器的功能，这是由于机械止动器620完成该功能。在该实施例中，当止动器624和支柱626由EPDM橡胶制造时，由于橡胶在一荷载作用下压缩，所以允许轴承轨614浮动。换句话说，当对轴承轨施加作用力时，每个支柱626和衬套625(也被称为支柱)允许轴承轨的端部离开起始位置移动。当作用力从轴承轨移去时，支架将轴承轨的端部返回起始位置。该特性能够耐受不同的热膨胀率以及各种机械公差、并且能够阻抗由例如来自悬架负荷的外力产生的挠曲。

参照图17，通过电枢已将托架616移到支架612与相应的止动器624接触的位置。这可能出现在，例如当车轮进入深坑时。系统按这种方式操作，电枢驱动托架616向下移动车轮，以设法抑制车辆角部的下降。通过与止动器624接触的支架612，止动器624限制了托架616在止动器624的方向上的运动。

参照图18，通过电枢已将托架616移到托架部分617与止动器620接触的位置。这可能出现在，例如当车轮超速接触极高的缓速块时。系统按这种方式操作，电枢驱动托架616向上移动车轮，以设法抑制车辆角部的上升。止动器620限制了托架616在止动器620的方向上的运动。

止动器520、524、620和624可以由各种热固性的或热塑性的聚合弹性体制造。该聚合弹性体可以是固体或多孔状泡沫。热固性聚合弹性体包括，例如EPDM、氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯、硅树脂橡胶、天然橡胶和SBR(充油丁苯橡胶)和碳氟化合物。热塑性聚合弹性体包括动态硫化弹性体。

图19公开了优选实施例的机械止动器的刚度曲线。该曲线示出了机械止动器的挠曲(压缩)和由于止动器的挠曲产生的合力。优选地用作机械止动器材料的另一个特征在于它不会出现压缩永久变形。压缩永久变形是压力释放后材料保留的变形量(表示为原始尺寸百分比)。

虽然已经参照具体实施例详细示出和描述本发明，但是很显然，现在本领域技术人员不脱离和使用在此公开的特定的装置和技术可作出许多修改。因此，本发明可被解释为包括所有在此公开装置和技术中的每个和各个新颖特性和这些特征的组合，而且本发明仅由所附权利要求的精神和范围来限定。

Claims (47)

1.一种用于车辆的主动悬架系统，包括：

刚性连接于车架的用于主动悬架的电磁致动器；和

连接到电磁致动器的电枢和车轮之间的控制杆，以使电磁致动器的电枢的运动与车轮的横向运动机械分离。

2.如权利要求1所述的主动悬架系统，其特征在于电磁致动器与车辆的悬架杆系机械分离。

3.如权利要求1所述的主动悬架系统，其特征在于电磁致动器与车辆的转向传动杆系机械分离。

4.如权利要求1所述的主动悬架系统，其特征在于横向运动至少包括前后和左右运动之一。

5.如权利要求1所述的主动悬架系统，还包括被动悬架元件，其被配置以支撑车辆的一部分质量。

6.如权利要求1所述的主动悬架系统，其特征在于控制杆的第一端通过一个球节或衬套，连接到电磁致动器上。

7.如权利要求1所述的主动悬架系统，其特征在于电磁致动器和车辆轮胎之间的距离至少为2厘米。

8.一种用于主动地悬架车辆底盘的方法，该方法包括：

将用于主动悬架的电磁致动器连接到车架上；和

将控制杆连接于电磁致动器的电枢和车轮之间，以使电磁致动器的电枢的运动与车轮的横向运动机械分离。

9.如权利要求8所述的方法，还包括将被动悬架元件连接到车架上。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于将电磁致动器连接到车架上包括通过衬套连接电磁致动器。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于电磁致动器与车辆的悬架杆系机械分离。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于电磁致动器与车辆的转向传动杆系机械分离。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于横向运动至少包括前后和左右运动之一。

14.一种用于车辆的主动悬架系统，包括：

包括定子和相对定子运动的电枢的线性电磁致动器，该定子刚性连接于车架；和

控制杆，该控制杆具有连接到电枢的第一端和连接到车轮的第二端，以使电枢的运动引起车轮相对于车架运动。

15.如权利要求14所述的主动悬架系统，还包括连接在车架和车轮之间的被动悬架元件。

16.如权利要求15所述的主动悬架系统，其特征在于波动悬架元件是弹簧。

17.如权利要求15所述的主动悬架系统，其特征在于被动悬架元件是减震器。

18.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于线性电磁致动器包括动磁式电磁致动器。

19.如权利要求14所述的主动悬架系统，还包括连接到车辆底盘和车轮之间的被动悬架元件。

20.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于定子通过衬套连接到车架上。

21.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于控制杆的第一端通过球节连接到电枢上。

22.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于控制杆的第一端通过衬套连接到电枢上。

23.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于电枢的运动引起车轮在相对于车辆的水平面的垂直的方向运动。

24.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于电枢的运动和车轮的运动之间的比率是1比1。

25.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于电枢的运动和车轮的运动之间的比率小于1比1。

26.如权利要求14所述的主动悬架系统，还包括一个传感器，该传感器可以连接在线性电磁致动器、车架和车轮的其中一个上。

27.如权利要求26所述的主动悬架系统，其特征在于传感器与线性电磁致动器结合。

28.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于控制杆包括一个弯部。

29.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于电枢的运动与车轮的横向运动机械分离。

30.如权利要求14所述的主动悬架系统，还包括覆盖电枢的盖。

31.如权利要求14所述的主动悬架系统，还包括围绕至少部分控制杆的波纹管。

32.如权利要求14所述的主动悬架系统，其特征在于线性电磁致动器与车辆的转向传动杆系机械分离。

33.一种用于主动悬架车辆底盘的方法，包括：

将线性电磁致动器的定子连接到车架上，所述车辆底盘连接于车架上；

将控制杆的第一端连接到线性电磁致动器的电枢上，电枢相对于定子可运动；和

将控制杆的第二端连接到车轮上，以使电枢的运动引起车轮相对于车架进行运动。

34.如权利要求33所述的方法，还包括将被动悬架元件连接到车架和车轮之间。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于被动悬架元件是减震器。

36.如权利要求33所述的方法，特征在于线性电磁致动器包括动磁式电磁致动器。

37.如权利要求33所述的方法，还包括在车辆底盘和车轮之间连接被动悬架元件。

38.如权利要求33所述的方法，还包括加衬套使定子连到车架上。

39.如权利要求33所述的方法，还包括球形连接将控制杆的第一端连到电枢。

40.如权利要求33所述的方法，还包括加衬套将控制杆的第一端连到电枢上。

41.如权利要求33所述的方法，其特征在于电枢的运动引起车轮在相对于车辆的水平面垂直的方向运动。

42.如权利要求34所述的方法，其特征在于被动悬架元件是弹簧。

43.一种用于车辆的主动悬架系统，包括：

线性电磁致动器，其包括定子和相对定子运动的电枢，定子刚性连接于车架上；

连接到线性电磁致动器的电枢和车轮之间的控制杆；和

控制器，其通过一个或多个非挠性的电缆与线性电磁致动器电气连接。

44.如权利要求43所述的主动悬架系统，其特征在于所述一个或多个非挠性的电缆至少包括信号电缆和动力电缆中的一个。

45.如权利要求43所述的主动悬架系统，其特征在于线性电磁致动器还包括与控制器电气连接的放大器。

46.如权利要求43所述的主动悬架系统，其特征在于定子通过衬套连接到车架上。

47.如权利要求43所述的主动悬架系统，所述控制杆具有连接到电枢的第一端和连接到车轮的第二端，以使电枢的运动引起车轮相对于车架运动。

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