DE69837988T2

DE69837988T2 - Elektronische aufhängung für fahrzeug mit rädern

Info

Publication number: DE69837988T2
Application number: DE1998637988
Authority: DE
Inventors: Joseph A. Richfield FRANKLIN
Original assignee: Cannondale Corp
Current assignee: Cannondale Corp
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2018-03-12
Also published as: EP1541892B2; EP1541892B1; EP1813451B1; EP1813451A3; TW363028B; EP0966385B1; DE69838994T2; EP1541892A2; WO1998040231A2; WO1998040231A3; DE69842081D1; DE69838994D1; EP1813451A2; EP0966385A4; DE69837988D1; US6073736A; EP1541892A3; US5971116A; AU6549998A; DE69838994T3

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Radaufhängungen und spezieller auf Radaufhängungen mit motorischer Dämpfungskontrolle an Fahrzeugen, wie Fahrrädern.
Hintergrund der Erfindung
Aufhängungssysteme für Fahrzeuge verbessern das Handling und die Kontrolle über das Fahrzeug durch Absorption von Energie, die mit unebenem Gelände aufgrund von Bodenwellen, Senken, Hindernissen und anderen solchen Merkmalen verbunden ist. Verschiedene Formen von hydraulischen Aufhängungssystemen wurden gestaltet, um die Handling- und Steuerungsanforderungen des Fahrers zu erfüllen. Diese Systeme bestehen typischerweise aus einer Anordnung von zwei teleskopierten Rohren, zwei Kammern zur Aufnahme eines viskosen Fluids, Dichtungen, um das viskose Fluid innerhalb der Kammern zu halten, einem Dämpferaufbau, der die zwei Kammern separiert, und einem Dämpfungsventil, welches den Fluss des Fluids von einer Kammer zu der anderen reguliert.
Bei einer typischen Anordnung ist ein äußeres Rohr mit dem Dämpferaufbau verbunden an einem Punkt am oberen Teil des Fahrrads und passt über ein unteres inneres Rohr, das an einem Punkt an dem unteren Teil des Fahrrads befestigt ist. Die Rohre sind vorgesehen, um ihnen zu ermöglichen, in teleskopartiger Weise axial in Beziehung zueinander zu gleiten. Die Rohre schließen zwei Kammern ein, welche ein viskoses Fluid enthalten. Eine Dichtung umgibt den oberen Teil des unteren Rohres, um das Fluid innerhalb der Kammern zu halten.
Wenn das Fahrzeug eine Bodenwelle überfährt, gleitet das äußere Rohr axial auf teleskopartige Weise in Richtung zu dem inneren Rohr. Das viskose Fluid strömt von der unteren Kammer durch das Dämpferventil in die obere Kammer, um es dem äußeren Rohr und dem Dämpferaufbau zu gestatten, in Richtung auf das innere Rohr zu gleiten. Während der nachfolgenden Expansionsphase gleitet das äußere Rohr axial auf teleskopartige Weise von dem inneren Rohr weg. In der Expansionsphase strömt das viskose Fluid in die entgegengesetzte Richtung durch das Dämpferventil, um es dem äußeren Rohr zu ermöglichen, sich von dem inneren Rohr wegzubewegen.
Hydraulische Aufhängungssysteme zeigen eine typische Dämpfungsperformance. Wenn eine kleine Eingangskompressionskraft langsam und kontinuierlich auf das System einwirkt, strömt das viskose Fluid durch die Dämpferöffnung, und das äußere und innere Rohr werden sich axial zueinander bewegen. Umgekehrt, wenn eine große Eingangskompressionskraft plötzlich auf das System einwirkt, ist das viskose Fluid nicht in der Lage, schnell genug durch die Öffnung zu strömen, um eine rapide Relativbewegung der beiden Rohre zu ermöglichen. Demgemäß zeigen hydraulische Aufhängungssysteme mehr Widerstand gegen große, plötzliche Kräfte als gegen kleine, langsame Kräfte.
Während hydraulische Aufhängungssysteme typischerweise die oben beschriebene Dämpfungsperformance zeigen, ist die tatsächliche Dämpfungsperformance eines speziellen Aufhängungssystems eine Funktion der physikalischen Eigenschaften von diesem System. Das von dem hydraulischen Aufhängungssystem gezeigte Ausmaß an Widerstand hängt von dem Betrag ab, bei dem das viskose Fluid durch das Dämpferventil von der unteren Kammer zu der oberen Kammer strömen kann. Ein Aufhängungssystem wird weniger Widerstand oder Steifigkeit in Reaktion auf eine Bodenwelle zeigen, wenn es dem viskosen Fluid möglich ist, leichter durch das Dämpferventil zu strömen. Folg lich wird ein hydraulisches Aufhängungssystem mit einer größeren Öffnung zwischen den zwei Kammern weniger Widerstand bieten als ein anderes System, das eine kleinere Öffnung aufweist.
Der Stand der Technik zeigt Beispiele von hydraulischen Aufhängungssystemen mit teleskopierenden Rohren mit zusätzlichen Merkmalen, die es dem System ermöglichen, die Dämpfungsperformance der Vorrichtung zu einem begrenzten Grad zu modifizieren. Wie im US-Patent 4, 971,344 von Turner erläutert, kann das Aufhängungssystem gestaltet werden, um größeren Widerstand bei niedrigen Eingangskräften, welche durch die Pedalkraft des Fahrers erzeugt werden könnten, zu zeigen und niedrigeren Widerstand bei hohen Eingangskräften, die mit einer großen Bodenwelle verbunden sind. Bei dieser Anordnung ist die Dämpferöffnung mit einer plattenartigen Scheibe blockiert, bis der Fluiddruck in der unteren Kammer größer wird als der Widerstand, der mittels einer Feder bereitgestellt wird, welche die Platte über der Öffnung hält. Dieses Schema erlaubt dem Aufhängungssystem, mit Bodenwellen verbundene Energie zu absorbieren, während das System davon abgehalten wird, mit dem Pedaltreten verbundene Energie zu absorbieren.
Wie durch diese Diskussion gezeigt wird, besitzen die hydraulischen Aufhängungssysteme im Stand der Technik zwei Haupteinschränkungen. Erstens besitzen sie begrenzte, statische Kontrolle über die Dämpfungsperformance. Zum Beispiel zeigen bekannte hydraulische Aufhängungssysteme einen kleineren Widerstand über ihren gesamten Betriebsbereich hinweg bei Verwendung einer größeren Öffnung zwischen den zwei Kammern. Ähnlich zeigt das Aufhängungssystem von Turner schrittweisen Widerstand, nämlich ein Widerstandslevel, wenn die Eingangskraft niedriger als ein gewisser Schwellenwert ist, und einen zweiten, größeren Widerstandslevel, wenn die Eingangskraft den Schwellenwert überschreitet. Zweitens bietet der Stand der Technik dem Fahrer nur eine begrenzte Möglichkeit, die Dämpfungsperformance des Aufhängungssystems zu ändern, um der Vorliebe des Fahrers zu entsprechen.
Zum Beispiel kann der Fahrer des Aufhängungssystems von Turner den Gasdruck in der oberen Kammer einstellen, um den Widerstand zu variieren.
JP 59147134 offenbart einen Ventilaufbau zur Steuerung der Dämpfungskraft durch Ausgleich des hydraulischen Druckes auf jede Seite der Ventilanordnung. Die Ventilanordnung umfasst ein inneres Teil und ein äußeres Teil. Das innere Teil ist relativ zu dem äußeren Teil beweglich unter Einwirkung von Fluid von der einen Seite des Ventils, um dem Fluid zu ermöglichen, durch das Ventil zu strömen, um den Druck auf jeder Seite anzugleichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ventilaufbau bereitgestellt, der umfasst:
ein äußeres Teil (240), das längs einer Längsachse ausgerichtet ist, wobei das äußere Teil (240) umfasst:
eine erste Wand, wobei sich die erste Wand längs der Längsachse erstreckt,
eine erste Nut (323), die an einer inneren Oberfläche der ersten Wand gebildet ist und
zumindest einen Kanal (325), der zwischen der ersten Nut (323) und einer äußeren Oberfläche der ersten Wand durchläuft;
ein inneres Teil (310), das in das äußere Teil (240) geschachtelt ist, wobei das innere Teil (319) umfasst:
eine zweite Wand, die sich längs der Längsachse erstreckt, wobei innerhalb der zweiten Wand ein innerer Hohlraum definiert ist und eine erste Öffnung (311a), die in der zweiten Wand gebildet ist, ein Einstellteil (312), das mit einem von den inneren und äußeren Teilen verbunden ist und angeordnet ist, um das eine der Teile relativ zu einem anderen der Teile längs der Längsachse zu bewegen, so dass die erste Nut (323) und die erste Öffnung (311a) sich in einem gewählten Ausmaß überlappen; dadurch gekennzeichnet:
dass eine zweite Nut (324) auf der inneren Oberfläche der ersten Wand gebildet ist, wobei die zweite Nut (324) von der ersten Nut (323) um eine erste Distanz längs der Längsachse beabstandet ist, wobei der oder ein Kanal (326) zwischen der zweiten Nut (324) und einer äußeren Oberfläche der ersten Wand durchläuft,
dass eine zweite Öffnung (311b) in der zweiten Wand gebildet ist, wobei die zweite Öffnung (311b) von der ersten Öffnung (311a) um im wesentlichen die erste Distanz längs der Längsachse beabstandet ist,
dass das Einstellteil (312) mit einem von den inneren und äußeren Teilen verbunden ist und vorgesehen ist, um eines der Teile relativ zu einem anderen der Teile längs der Längsachse zu bewegen, so dass sich die zweite Nut (324) und die zweite Öffnung (311b) in einem gewählten Ausmaß überlappen;
dass sich ein Sekundärkanal (370) durch das äußere Teil erstreckt und längs der Längsachse zwischen einer dritten Öffnung (365) und einer vierten Öffnung (364) des äußeren Teils (240) ausgerichtet ist;
dass eine Feder (361) innerhalb des Sekundärkanals (370) positioniert ist, die ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; und
dass eine erste Kugel (363) auf dem ersten Ende der Feder (361) positioniert ist und eine zweite Kugel (362) auf dem zweiten Ende der Feder (361) positioniert ist, so dass die Feder (361) eine Kraft auf die erste Kugel (363) in Richtung zu der dritten Öffnung (365) und auf die zweite Kugel (362) in Richtung zu der vierten Öffnung (364) ausübt; und
dass ein Plunger (313) an dem Einstellteil (312) angebracht ist und innerhalb des inneren Hohlraumes des inneren Teils (310) positio niert ist, wobei der Plunger (313) mit dem Sekundärkanal (370) wirkt, um den Ventilaufbau vorzubelasten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein aktives Aufhängungssystem, das an einem Fahrrad installiert ist.
2 ist eine Querschnittsansicht des Dämpfers.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Dämpfers und Sensors des aktiven Aufhängungssystems.
4 ist ein Funktionsdiagramm des aktiven Aufhängungssystems, das die Beziehung zwischen seinen Komponenten veranschaulicht.
5 ist eine Außenansicht eines Dämpfercontrollers.
6 ist ein Funktionsdiagramm des Dampfercontrollers.
7a–7d zeigt grafische Wiedergaben der Steuerungs-Aufzeichnungen.
8 ist ein Flowchart, das die Initialisierung des Dämpfercontrollers beschreibt.
9 ist ein Flowchart, das die Gesamtfunktion des Dämpfercontrollers beschreibt.
10 ist ein Flowchart, das die Berechnung der relativen Geschwindigkeit der inneren und äußeren Rohre des Dämpfers mittels des Dämpfercontrollers beschreibt.
11 ist ein Flowchart, das den Betrieb des Dämpfercontrollers im Ruhebetrieb beschreibt.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein aktives, an einem Fahrrad installiertes Aufhängungssystem 100, das einen die vorliegende Erfindung verkörpernden Ventilaufbau einschließt. Das aktive Aufhängungssystem umfasst ein äußeres Rohr 120, das mittels eines oberen Halters 110 und eines unteren Halters 150 an einer Fahrradlängsstange (nicht gezeigt) gesichert ist. Ein inneres Rohr 130 ist in teleskopartiger Weise bezüglich des äußeren Rohres 120 vorgesehen. Das untere Ende des inneren Rohrs 130 ist mit einer unitären Vordergabel 140 verbunden, welche dazu dient, um ein Vorderrad 180 an dem Fahrradlenkrohr anzubringen. Wie nachfolgend erläutert wird, ist ein Dämpfer innerhalb des Rohraufbaus 120, 130 montiert. Ein Dämpfercontroller 160, der die Dämpfungsperformance des Dämpfers steuert (Anmerkung des Übersetzers: control kann auch regeln bedeuten), ist mit dem Fahrradrahmen 170 verbunden.
Eine Energiequelle, vorzugsweise ein Batteriepack 165, ist an dem Fahrradrahmen 170 angebracht. Diese liefert Energie zu dem Dämpfer und ist mittels Verdrahtung mit dem Dämpfercontroller verbunden. Alternativ kann der Batteriepack in der Dämpfercontrollereinheit, wie unten diskutiert, angeordnet werden. Auch kann die Batterie direkt mit einem Motor verbunden sein, der in dem äußeren Rohr 120 eingehaust ist, wobei in diesem Fall ein logisches Steuersignal von dem Dämpfercontroller den Motor ein- und ausschaltet. Anstelle einer Batterie kann die Energiequelle auch durch den Fahrradantrieb selbst, mittels eines kleinen Generators, der durch eines oder beide der Fahrradräder angetrieben wird, bereitgestellt werden.
2 zeigt eine Querschnittsansicht des aktiven Aufhängungsaufbaues 100. Der Aufbau besitzt eine Längsachse A, entlang der sich viele seiner Komponenten bewegen. Der Aufbau umfasst ein äußeres Rohr 120, das mittels eines Kragens 213 an einem Dämpferaufbau 210 befestigt ist.
Das äußere Rohr 120 ist koaxial mit einem inneren Rohr 130 ausgerichtet, und die beiden sind dazu vorgesehen, um sich entlang der Längsachse A auf teleskopartige Weise zu bewegen. Sowohl das innere als auch das äußere Rohr sind im wesentlichen Hohlzylinder, die vorzugsweise aus Aluminium oder anderem nicht korrosivem Metall hergestellt sind. Der Raum 125 zwischen dem inneren und äußeren Rohr ist typischerweise mit Luft gefüllt. Ein exemplarischer Außendurchmesser des inneren Rohres ist 28,58 mm (1,125 Inch), und eine exemplarische Länge des inneren Rohres 130 beträgt 207,36 mm (8,17 Inch). Das äußere Rohr 120 umfasst ein Hohlrohr zur Montage in den Haltern 110 und 150. Ein exemplarischer Außendurchmesser des äußeren Rohres 120 beträgt 38 mm (1,5 Inch) und eine exemplarische Länge des äußeren Rohres 120 beträgt 195 mm (7,66 Inch).
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Dämpfer 210 einen oberen Kolbenschaft 230 und ein äußeres Teil in der Form eines Kolbenverbindungsschafts 240. Ein unterer Teil 242 des Kolbenverbindungsschafts ist funktional mit zusätzlichen Dämpfungsmitteln verbunden, wie mechanischen Luftstoßdämpfern, deren Aufbau für einen Fachmann geläufig ist. Der Dämpfer besitzt eine obere Kammer 216 und eine untere Kammer 217, die beide eine viskose Flüssigkeit, wie SAE 5-Drucköl, enthalten. Eine Dichtung 215, die zwischen dem inneren Rohr 120 und einem obersten Teil des oberen Kolbenschafts gebildet ist, begrenzt die viskose Flüssigkeit innerhalb der oberen Kammer 216. Die zwei Kammern 216, 217 sind mittels eines O-Ringes 223 separiert, der an einem Flansch 224, welcher integral an einem Umfangsbereich des Kolbenverbindungsschafts 240 ausgebildet ist, angebracht ist. Die O-Ring-Dichtung verhindert Ölleckage zwischen den oberen und unteren Kammern.
Der Dämpferaufbau schließt auch einen Motor 221 ein, der mittels einer Vorspannungsunterstützungsfeder 215 vorbelastet ist. Der Motor 221 ist mit einem beweglichen Motorschaft 312 versehen, der vorgesehen ist, um sich entlang der Längsachse A zu bewegen. Der Motorschaft 312 ist wirksam mit anderen Komponenten verbunden, so dass er ein Dämpferventil 218 steuert, welches wiederum den Strom von viskoser Flüssigkeit zwischen den zwei Kammern 216, 217 steuert. Der Motor 221 wird selektiv mittels des Dämpfercontrollers 160 über eine Steuerleitung 219 aktiviert. Wie weiter unten beschrieben wird, schaltet der Dämpfercontroller 160 den Motor 221 selektiv ein und aus, so dass der Motorschaft 312, basierend auf der Polarität des Signals von dem Dämpfercontroller 116, in eine vorbestimmte Richtung angetrieben wird. Die Höhe und/oder Dauer dieses Signals beeinflusst die Geschwindigkeit des Motors und die Länge der Bewegung.
Ein optischer Sensor 201, der auf dem äußeren Rohr 120 montiert ist, und ein lichtreflektierender Codestreifen 222, montiert an einer äußeren Oberfläche des inneren Rohres, ermitteln die relative Bewegung zwischen den inneren und äußeren Rohren 130, 120. Elektrische Verbindungen 223 zwischen dem Sensor 201 und dem Dämpfercontroller 160 versorgen den Sensor 201 mit Energie und liefern Sensorausgabe an den Dämpfercontroller 160. Somit liefert der Sensor 201 kontinuierlich Positionsinformation an den Dämpfercontroller 160.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensor 201 um einen Montagemessgeber für reflektierende optische Oberflächen, erhältlich von Hewlett Packard (Teil#s HCTL-2020 und HEDR-8000). Das HCTL-2020 und HEDR-8000 integrierte Schaltungspaar beleuchtet den Codestreifen 222 mit einer einzelnen lichtemittierenden Diode (LED). Der Codestreifen 222 enthält reflektierende Markierungen, die durch einen vorbestimmten Abstand separiert sind. Das integrierte Schaltungsset besitzt einen Codierungsauflösungsbereich von 2,75 Linien/mm bis 2,95 Linien/mm.
Der Sensor 201 besitzt eine Fotodetektor-integrierte Schaltung, welche die reflektierten Lichtmuster empfängt und zwei Wellenformen ausgibt. Eine erste Ausgabewellenform gibt einen Puls für jede ermittelte reflektierende Markierung aus. Das Zählen der Pulsanzahl relativ zu einem Anfangswert liefert Positionsinformation über den Sensor relativ zu dem Codestreifen 222. Eine zweite Ausgabewellenform codiert die Bewegungsrichtung des Sensors 201 bezüglich des Codestreifens 222. Da der Sensor 201 an dem äußeren Rohr 120 angebracht ist und der Codestreifen 222 an dem inneren Rohr 130 angebracht ist, liefert die zweite Ausgabewellenform Information bezüglich der Bewegungsrichtung des äußeren Rohres 120 in Bezug auf das innere Rohr 130.
3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Dämpferventils 218. Das Dämpferventil 218 umfasst einen primären Weg für Ölstrom zwischen den Kammern 216, 217 und einen sekundären Kanal in der Form eines Nebenweges, der in Verbindung mit dem primären Weg Wirkung ausübt. Der primäre Weg wird ermöglicht durch ein inneres Teil in der Form eines im wesentlichen zylindrischen Kolbenventils 310, das unterhalb des Motors 221 positioniert ist. Der bewegliche Motorschaft 312 ist mit dem Kolbenventil 310 verbunden und bewegt letzteres entlang der Längsachse, wenn er mittels des Dämpfercontrollers 160 betätigt wird. Der Nebenweg wird ermöglicht mittels eines Rückführ-Plungers 313, der innerhalb des Hohlraums des Kolbenventils 310 positioniert ist. Beide Wege können verwendet werden, wenn das Aufhängungssystem auf eine Bodenwelle trifft.
Es wird nun der primäre Weg beschrieben. Das Kolbenventil 310 ist mit ersten und zweiten Öffnungen in Form eines Paares von schlitzförmigen Umfangsöffnungen 311a, 311b versehen. Ähnlich ist der Kolbenverbindungsschaft 240 mit ersten und zweiten Nuten in der Form eines Paares aus voneinander beabstandeten Nuten 323, 324, die entlang einer inneren Peripherie dessen gebildet sind, versehen. Eine Nut 323 ist über dem Flansch 223 positioniert, während die andere Nut 324 unterhalb des Flansches positioniert ist. Die Nuten 323, 324 stehen mit Kammern 216 bzw. 217 mittels korrespondierenden radialen Kanälen 325, 326 in Verbindung. Wenn eine Bodenwelle ankommt, tritt Öl in der Kammer 217 in den Kanal 326 ein, strömt durch die Nut 324 und deren korrespondierende Öffnung 311b, strömt dann durch die andere Öffnung 311a durch die Nut 323 und aus dem radialen Kanal 325.
Somit bilden die Schlitzöffnungen 311a, 311b des Kolbenventils 310 und die Nuten 323, 325 des Kolbenverbindungsschafts 240 einen primären Weg zur Beförderung des viskosen Fluids zwischen den zwei Kammern 217, 216. Während Kompression des Dämpfers 210, d. h. dem "Abwärts-Hub", strömt die viskose Flüssigkeit von der unteren Kammer 216 zu der oberen Kammer 217.
Während Expansion des Dämpfers nach einer Bodenwelle, d. h. während des "Aufwärts-Hubs", strömt die Flüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung.
Der Motor 221 beeinflusst die Dämpfungsperformance des Dämpfers 210 durch Bewegung des Kolbenventils 310 in Bezug auf den Kolbenverbindungsschaft 240, um die Ausrichtung zwischen den geschlitzten Öffnungen 311a, 311b des Kolbenventils 310 und den korrespondierenden Nuten 323, 325 des Kolbenverbindungsschafts 320 einzustellen. Wenn die Öffnungen und die Nuten sehr geringe Überlappung aufweisen, d. h. unausgerichtet sind, resultiert eine große Dämpfungskraft. Dies ist der Fall, da das Öl oder eine andere viskose Flüssigkeit, wenn es sich von einer Kammer 216, 217 zu der anderen 217, 216 verlagert, beim Hindurchtreten durch eine Öffnung, die einen kleinen Querschnitt aufweist, Turbulenz erfährt. Umgekehrt, wenn die Öffnungen und die Nuten einen großen Grad an Überlappung aufweisen, d. h. ausgerichtet sind, resultiert dann eine kleine Dämpfungskraft, da die Öffnung einen größeren Querschnitt aufweist.
Die zuvor genannte Unterstützungsfeder, die, wie in 2 gezeigt, über dem Motor 221 positioniert ist, gibt die Vorgabeposition des Kolbenventils 310 in Beziehung zu dem Kolbenverbindungsschaft 240 bei Fehlen jeglicher durch den Motor 221 ausgeübter Kraft. Somit bestimmt die Unterstützungsfeder 250, wenn dem Motor keine Energie zugeführt wird, die Position des Kolbenventils 310 und beeinflusst dadurch die Dämpfungsperformance des Dämpfers 210. Diese Gestaltung ist der Null-Dämpfungskraft überlegen, die ohne die Unterstützungsfeder 250 resultieren würde, wenn die Energiezufuhr zu dem Motor 221 unterbrochen wäre. Die durch die Unterstützungsfeder 250 ausgeübte Kraft sollte so eingestellt sein, um die Voreinstellungsposition des Kolbenventils 310 bei einem mittleren Punkt eines Positionsbereiches vorzugeben, der durch das Kolbenventil 310 während des Betriebs des Fahrrades durchquert wird. Diese Kraftauswahl resultiert in einem niedrigeren Energieverbrauch und einer längeren Batterielebensdauer, da sie die Bewegung des Motorschafts 312 während des Betriebs des Fahrrads minimiert.
Als nächstes wird der Nebenweg diskutiert. Der Nebenweg umfasst ein duales Rückschlagventil 360, das eine zweite Kugel in der Form einer oberen Rückschlagkugel 362, eine duale Rückschlagfeder 361 und eine erste Kugel in Gestalt einer unteren Rückschlagkugel 363 aufweist. Die duale Rückschlagfeder 361 zwingt die obere Rückschlagkugel 362 gegen die Mündung einer vierten Öffnung in der Form eines oberen Rückschlagkanals 364, der mit der Kammer 216 in Verbindung steht. Die duale Rückschlagfeder 361 zwingt außerdem die untere Rückschlagkugel 363 gegen eine korrespondierende Mündung einer dritten Öffnung in der Form eines unteren Rückschlagkanals 365, der mit der Kammer 217 in Verbindung steht.
Wenn der Fluiddruck in der unteren Kammer 217 währen der Kompression groß genug wird, um die durch die duale Rückschlagfeder 361 auf die untere Rückschlagkugel 363 ausgeübte Kraft zu überwinden, bewegt sich die untere Rückschlagkugel 363 in Richtung zu der oberen Rückschlagkugel 362 und ermöglicht dadurch dem viskosen Fluid, durch den unteren Rückschlagkanal 365 und in den Nebenkanal 370 zu strömen, wo es Druck auf den Rückführ-Plunger 313 ausübt. Ähnlich bewegt sich die obere Rückschlagkugel 362, wenn der Fluiddruck in der oberen Kammer 216 während Expansion groß genug wird, um die durch die duale Rückschlagfeder 361 auf die obere Rückschlagkugel 362 ausgeübte Kraft zu überwinden, in Richtung zu der unteren Rückschlagkugel 363, wodurch es dem viskosen Fluid ermöglicht wird, durch den oberen Rückschlagkanal 364 zu strömen und sich entlang dem Nebenkanal 370 zu bewegen, wobei wieder Druck auf den Rückführ-Plunger 313 ausgeübt wird.
Das duale Rückschlagventil 360 dient zwei Zwecken. Wenn der auf den Rückführ-Plunger 313 ausgeübte Druck größer ist als der Schwellenwert, der durch die Kraft der dualen Rückschlagfeder 361 definiert ist, bewirkt das duale Rückschlagventil 360, dass der Dämpfer 210 vorbelastet wird. Speziell wird die Kraft, die zur Bewegung des Kolbenventils 310 erforderlich ist, durch den Betrag des von dem viskosen Fluid auf den Rückführ-Plunger 313 ausgeübten Druckes beeinflusst. Wenn der Motor 221 das Kolbenventil 310 abwärts drückt, muss der Motor 221 genügend Kraft ausüben, um den Druck zu überwinden, der von dem viskosen Fluid auf den Rückführ-Plunger 313 ausgeübt wird. Umgekehrt, wenn der Motor 221 das Kolbenventil 310 nach oben zieht, wird der Motor 221 durch den Druck unterstützt, der durch das viskose Fluid auf den Rückführ-Plunger 313 ausgeübt wird.
Ergänzend zur Vorbelastung des Dämpferventils 218 wirkt das duale Rückschlagventil 360 in der Weise, dass es den Dämpfer 210 in die Lage versetzt, schnell auf plötzliche Stöße zu antworten, die von steilen Bodenwellen resultieren können, ohne darauf zu warten, dass der Motor 221 die Position des Kolbenventils 310 ändert. Ein ausreichend großer Druck, der von dem viskosen Fluid auf den Rückführ-Plunger 313 ausgeübt wird, bewegt das Kolbenventil 310, um es zu ermöglichen, dass das viskose Fluid von der unteren Kammer 217 zu der oberen Kammer 216 strömt und um den durch die Bodenwelle verursachten Stoß abzumildern. Im Gegensatz dazu wird der Druck, der von normalem Pedalbetrieb des Fahrers herrührt, nicht groß genug sein, um die durch die duale Rückschlagfeder 361 ausgeübte Kraft zu überwinden. Folglich versetzt das duale Rückschlagventil 360 den Dämpfer 210 in die Lage, auf im Gelände auftretende große Bodenwellen zu antworten ohne vom Pedalbetrieb des Fahrers resultierende Energie zu absorbieren.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt das Dämpferventil 218 einen Körperdurchmesser von 12,69 mm (0,5 Inch) und eine Körperlänge von (76,14 mm) 3,0 Inch. Der gesamte Aufbau wird bei einer maximalen Umgebungstemperatur von 54 Grad Celsius (130 Grad Fahrenheit) betrieben und verbraucht weniger als 1,0 Watt Energie bei einem Spannungsbereich von 3,0 Volt bis 12,0 Volt. Andere Betriebsspezifikationen beinhalten eine minimale Betriebsfrequenz zwischen 300 bis 500 Hz, eine maximale Strömungsrate von 1,5 Litern pro Minute (0,4 GPM) bei 70 kg cm^–2 (1000 psi), eine maximale Leckage von 0,08 Litern pro Minute (0,02 GPM) bei 70 kg cm^–2 (1000 psi) und einen minimalen Entlastungsdruck von 35 kg cm^–2 (500 psi).
Die Gestaltung des aktiven Aufhängungssystems ermöglicht die Verwendung eines leichtgewichtigen Motors 221, um das Dämpferventil 218 zu beeinflussen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Motor 221 ein Schwingspul-, nicht-kommutierter D. C. Linearmotor (NCDCLM), der von Normag erhältlich ist. Der NCDCLM umfasst eine hohle zylindrische Spule, die sich innerhalb eines Luftspalts bewegt, der durch konzentrische kreisförmige Polteile erzeugt wird. Die Pole werden radial magnetisiert mittels Permanentmagneten aus seltenen Erden. Das Anlegen einer Gleichspannung mit einer ersten Polarität veranlasst die Spule, sich mit einer konstanten Kraft herauszubewegen. Die Umkehr der Polarität veranlasst die Spule sich zurückzuziehen. Der NCDCLM erzeugt eine konstante und umkehrbare Kraft über den gesamten Hub und ist ideal geeignet für Kurz-Hub- [0,25 mm bis 127 mm] (0,01 Inch bis 5 Inch) -Betrieb. Der NCDCLM hat eine sehr schnelle Antwortzeit aufgrund einer niedrigen (<< 1 msec) elektrischen Zeitkonstante, besitzt ein leichteres Bewegungsteil, welches das Erreichen von schnelleren Beschleunigungen ermöglicht, und ist kompakt, wobei ein äußerer Durchmesser so klein ist wie 12,7 mm (0,5 Inch).
4 liefert einen Funktionsüberblick über das betrachtete Gesamtsystem. Speziell zeigt diese Figur die Hauptkomponenten des aktiven Aufhängungssystems und die zwischen diesen Komponenten übertragenen Daten. Wie in 4 zu sehen ist, umfasst das Gesamtsystem eine Fahrrad-basierende Komponente 402 und eine externe Personalcomputer-basierende, d. h. eine PC-basierende, Komponente 404.
Die Fahrrad-basierende Komponente 402 beinhaltet den Dämpferaufbau 210, der oben beschrieben wurde, und den Dämpfercontroller 160, der unten weiter beschrieben wird. Sie beinhaltet auch ein Bedienerinterface 162, das mit dem Controller und der vorgenannten Energiequelle 165 verbunden ist. Der Dämpferaufbau 210 tastet Geländeinformation ab durch Reagieren auf Energiezufuhr von Bodenunebenheiten, die beim Durchqueren eines Geländes angetroffen werden. Diese Information wird zu dem Dämpfercontroller 160 geleitet in Form von Information über die Position des inneren Rohres 130 relativ zu dem äußeren Rohr 120 und der Bewegungsrichtung von einem relativ zu dem anderen. Diese Positionsinformation wird dann zu dem Dämpfercontroller 160 gesendet.
Der Dämpfercontroller 160 berechnet die Geschwindigkeit des inneren Rohres 130 relativ zu dem äußeren Rohr 120, um die Größe der Unebenheit festzustellen. Die berechnete Geschwindigkeit und Positionsinformation wird in Verbindung mit den benutzergewählten Steuerkennfeldern verwendet, um ein angemessenes Maß an Kraft, das in Antwort auf die Unebenheit anzuwenden ist, zu berechnen. Die Krafthöhe wird durch den Dämpfercontroller 160 bestimmt durch Senden von Beeinflussungssignalen an den Motor 221, der die Position des Kolbenventils 310 relativ zu den Nuten des Kolbenverbindungsschafts einstellt. Diese Schritte werden mehrere Male je Sekunde durchgeführt, um eine Echtzeit-Aktivdämpfung bereitzustellen.
Die PC-basierende Komponente 404 umfasst einen externen Computer, der mit einem Datenspeicher 406 verbunden ist. Auf der PC-basierenden Komponente ist ein Designwerkzeug 408 zur Spezifizierung und zum Downloaden von Steuerkennfeldern (unten diskutiert) auf den Dämpfercontroller 160 resident. Software 410 zur Bestimmung des Betriebs des Dämpfercontrollers 160 kann hier ebenfalls vorhanden sein. Außerdem kann der Dämpfercontroller 160 auf Anforderung durch das PC-basierende System Information hochfaden, die er gespeichert hat. Das Herunterladen und das Hochladen werden vorzugsweise mittels einer Infrarot-Datenverbindung durchgeführt, obwohl Kabel, drahtlose Datenverbindungen, Modems und andere Datenaustauschmittel auch verwendet werden können.
Wenn ein Fahrer auf eine Unebenheit trifft, erfährt der Dämpfer 210 eine kompressive Eingangskraft, die das äußere Rohr 120 und den angebrachten Dämpfer 210 veranlasst, axial in Richtung zu dem inneren Rohr 130 hin zu gleiten (Kompression). Diese Kompression verursacht, dass der Druck unter dem Kolbenverbindungsschaft 240 in der unteren Kammer 210 größer wird als der Druck über dem Kolbenverbindungsschaft in der oberen Kammer 216. Diese Druckdifferenz verursacht, dass sich die viskose Flüssigkeit entlang dem primären Weg von der unteren Kammer 217 zu der oberen Kammer 216 bewegt. Wenn diese Druckdifferenz groß genug ist, um die Kraft zu überwinden, die von der Feder 361 auf die untere Rückschlagkugel 363 des dualen Rückschlagventils 360 ausgeübt wird, strömt das viskose Fluid auch entlang dem Nebenweg 370, um Druck auf den Rückführ-Plunger 313 auszuüben.
Die Strömung der viskosen Flüssigkeit aus der unteren Kammer 270 erlaubt es dem äußeren Rohr 120, mit der axialen Bewegung auf das innere Rohr 130 fortzufahren. Mit anderen Worten, der Rohraufbau 120, 130 setzt die Kompression fort. Wie zuvor beschrieben, erzeugt der Sensor 201 zwei Wellenformen auf zwei Sensorleitungen 223, die mit dem Dämpfercontroller 160 verbunden sind. Diese Wellenformen codieren Informationen der relativen Position und der Bewegungsrichtung des äußeren Rohres 120 in Bezug auf das innere Rohr 130. Der Dämpfercontroller kann dann diese Information verwenden, um die Relativgeschwindigkeit zu berechnen. Kollektiv reflektiert diese Information die angetroffenen Geländebedingungen. Beispielsweise wird die Relativgeschwindigkeit zwischen den inneren und äußeren Rohren größer sein, wenn das Fahrrad eine größere Unebenheit überquert als wenn es eine kleinere Unebenheit überquert. Der Dämpfercontroller 160 verwendet die Geschwindigkeits-, Position- und Richtungsinformation, um die Dämpfungsperformance des Dämpfungsaufbaus 210 in Übereinstimmung mit den Dämpfungspräferenzen des Fahrers zu beeinflussen.
5 zeigt die Außenansicht des Dämpfercontrollers 160, der die Fahrrad-basierende Benutzerschnittstelle 500 zu dem aktiven Dämpfungssystem zu erkennen gibt. Die Schnittstelle 500 ist mit einem Auswahlschalter 510 versehen, der es einem Fahrer ermöglicht, eines von fünf Steuerkennfeldern (unten weiter beschrieben) auszuwählen. Es wird jedoch angemerkt, dass eine beliebige Anzahl von Steuerkennfeldern bereitgestellt werden kann, falls dies gewünscht ist.
Die Schnittstelle besitzt auch eine Anzeige, die eine Reihe von LEDs 520 umfasst, um anzuzeigen, welches der fünf Steuerkennfelder gewählt worden ist. Zusätzlich können die LEDs individuell oder kollektiv abgetastet oder auf andere Weise codiert werden, um spezielle Bedingungen zu bezeichnen. Anstelle oder zusätzlich zu den LEDs können alternative Anzeigen, wie Flüssigkristalleinrichtungen, welche diese Information gemeinsam mit anderen Statusdaten anzeigen, verwendet werden.
Die Schnittstelle 500 ist auch mit einem Anschluss 540 versehen, in den ein elektrischer Stecker eingesteckt werden kann. Der elektrische Stecker kann verwendet werden, um Position- und Richtungsinformation von dem Sensor 201 zu bringen und den Motor 221 zu aktivieren. Ein Ein-/Aus-SPDT-Kippschalter 525 ist für Fahrer vorgesehen, um den Dämpfercontroller 160 ein- und auszuschalten. Eine Batteriekammer 550, die mit dem Dämpfercontroller 550 verbunden ist, umgibt eine Batterie, welche die benötigte Energie zu der Dämpfercontrollerschaltung 600 von 6 liefert.
Schließlich ist die Schnittstelle mit einem Paar von Lernschaltern 560 versehen, welche aktiviert werden können, um zeitweise Daten zu speichern, die beim Durchqueren eines besondere Geländes aufgenommen wurden. Diese Daten können temporär im DRAM gespeichert werden zum nachfolgenden Heraufladen auf einen externen Computer. Ein Infrator-(IR)Anschluss 530 erleichtert die Verbindung mit der PC-basierenden Komponente, um solche Daten heraufzuladen und auch um Steuerkennfelder und andere Software herunterzuladen. Wie oben gesagt, können andere Datenverbindungen anstelle des IR-Anschlusses verwendet werden.
6 zeigt ein Blockdiagramm der Dämpfercontrollerschaltung 600. Beim Gebrauch zieht der Dämpfercontroller 160 ein Strommaximum von 60 mA, und der Motor zieht ein Maximum von 300 mA. Die Energie für die Controllerschaltung wird von einer 9 Volt Batterie 602 bereitgestellt. Die Energiesteuerungs-, manuelles und Automatisches-Abschalten-Schaltung 604 lässt den Dämpfercontroller 160 zyklisch zwischen einem aktiven Modus und einem Schlafmodus wechseln, um Energie zu bewahren und die Batterielebensdauer zu verlängern. Eine Niederbatterieermittlungsschaltung 603 ermittelt einen Abfall in der von der 9 Volt Batterie 602 gelieferten Spannung unter eine akzeptable Spannung. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die akzeptable Spannung 7,2 Volt. Ein Spannungsregler 605, der als Teil Nummer LP2951ACM implementiert ist, nimmt eine schwach spezifizierte und möglicherweise fluktuierende Eingangsgleichspannung auf und erzeugt daraus eine konstante, gut spezifizierte Ausgangsspannung, die dann als Zufuhrspannung für den Rest der Schaltung verwendet werden kann.
Eine Kennfeldauswahlschaltung 606 codiert die von dem Fahrer mit dem Kennfeldauswahlschalter 502 durchgeführte Steuerkennfeldauswahl. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Fahrer eines von fünf Steuerkennfeldern auswählen. Demgemäß veranlasst der Kennfeldauswahlschalter 510 diese Kennfeldauswahlschaltung, drei Bits auszugeben, um die fünf möglichen Werte darzustellen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Kennfeldauswahlschaltung 510 um einen Fünf-Positions-Drehbinärcodierten-Dezimal-(BCD) Schalter, der von Grayhill erhältlich ist (Teilnummer 26ASD22-O1-1-AJS). Wie vorangehend diskutiert, können der Kennfeldauswahlschalter 510 und die Kennfeldauswahlschaltung 606, falls notwendig, ausgeweitet werden, um mehr als fünf Steuerkennfelder zu unterstützen.
Ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) 609, Teil Nr. X25642, erhältlich von Xicor. Wechselweise Formen von permanentem Speicher, wie ROMS, PROMS und dergleichen, können auch verwendet werden, wenn eine Löschbarkeit nicht benötigt wird. In diesem Fall sind die auf diesen Einheiten vorhandenen Daten festverdrahtet, was eine verringerte Flexibilität bietet. EEPROM 609 speichert die Steuerkennfelder und Konfigurationsdaten für das System. Die Konfigurationsdaten beinhalten Schlaf- und Löschzeit-Parameter, die verwendet werden, um den Dämpfercontroller 160 automatisch in einen Schlafzustand zu versetzen und um den Dampfercontroller 160 automatisch zu deaktivieren. Das EEPROM 609 speichert auch Kalibrierungsdaten und periphere Fahrerinformation. Die Kalibrierungsdaten werden verwendet, um Daten in den Steuerkennfeldern in Spannungsansteuerungen für verschiedene Dämpferventile zu 218 zu übersetzen.
Wie oben erläutert gibt der Sensor 201, der an dem äußeren Rohr 120 des Dämpfers 210 angeordnet ist, zwei Signale aus, die Position- und Richtungsinformation liefern, betreffend die Bewegung des inneren Rohres 120 relativ zu dem äußeren Rohr 120. Die Sensorausgabe wird direkt mit dem Prozessor 601 verbunden. Falls notwendig können Puffer und/oder Umwandler zwischen dem Sensor 201 und dem Prozessor zwischengeschaltet sein.
Eine Infrarot(IR)verbindung 607 erleichtert den Datentransfer zwischen dem Dampfercontroller 160 und dem externen Computer. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet die IR-Verbindung 607 eine RS-232-Schnittstelle mit einem Hewlett Packard-Infrarotdatenverbindungschipset (Teilnummern HSDL-1000 und HSDL-7000). Wie oben erläutert, können anstelle der IR-Datenverbindung Kabel und andere drahtlose Systeme verwendet werden.
Im Zentrum der Dämpfercontrollerschaltung 600 befindet sich eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 601, die als ein programmierbarer Mikroprozessor ausgeführt ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt der Prozessor 601 die Teilenummer 68HC11, erhältlich von Motorola.
Der Prozessor 601 nimmt Sensoreingabe von dem Sensor 201 an, Befehlseingabe von der Schnittstelle 500 und gibt als Antwort darauf ein Dämpferbeeinflussungssignal an den Motor 221 über den Motordriver 610 aus. Der Prozessor 601 empfangt auch Statusinformation von der Niedrigbatterieermittlungsschaltung 603, der Schnittstelle 500 und der Datenverbindung 607, wenn im Gebrauch. Diese Statusinformation wird in einem Register gespeichert, das zu der Anzeigentreiberschaltung 611 gehört und wird auf der Anzeige 520 ausgegeben. Das Register kann als ein Latch ausgeführt sein, wie ein 74AC573. Letztlich richtet der Prozessor 601 auch Information, die von der Datenverbindung 607 heruntergeladen wurde, wie Steuerkennfelder, an den EEPROM 609.
Und, wenn die Datenverbindung 607 geeignet konfiguriert ist, um Information auszugeben, kann der Prozessor 601 Daten von einem DRAM oder anderen flüchtigen Speicher über die Datenverbindung 607 heraufladen.
Wenn ein Benutzer eines der Steuerkennfelder unter Verwendung des Kennfeldauswahlschalters 510 auswählt, setzt der Prozessor 601 ein Flag, um zu identifizieren, welches der in dem EEPROM 609 gespeicherten Steuerkontrollfelder verwendet werden soll. Der Prozessor überwacht dann die Eingaben von dem Sensor 201 und bestimmt die gegenwärtige Geschwindigkeit und Position des inneren Rohres 120 in Bezug auf das äußere Rohr 120. Unter Verwendung dieser Information konsultiert der Prozessor das gewählte Steuerkennfeld, um die gewünschte momentane Dämpfungskraft (DIDF) zu bestimmen, die zu diesem Moment auszugeben ist, um den Effekten der dann erfahrenen Bodenwelle zu begegnen.
Der Prozessor 601 verwendet die gewünschte momentane Dämpfungskraftinformation gemeinsam mit Dämpferkalibrierdaten, um geeignete Dämpferbeeinflussungssignale 614 zu berechnen und auszugeben. Die Dämpferbeeinflussungssignale 614 enthalten Größen- und Polaritätsinformation, welche an einen Motortreiber 610 zum letztlichen Betrieb des Motors 221 gegeben werden.
Der Motortreiber 610 wandelt die Dämpferbeeinflussungssignale 614 in eine Spannung von geeigneter Größe und Polarität, die dem Motor 221 zuzuführen ist, um. Zu diesem Zweck besitzt der Motortreiber 610 einen Digital-Zu-Analog-Umwandler (DAC), Teilnr. MAX538, der einen seriellen Anschluss aufweist und eine B2-Schaltung, Teilnr. A39525W. Der DAC wandelt ein digitales Dämpferbeeinflussungssignal 614 in ein Analogsignal um, das der B2-Schaltung zuzuführen ist, und die B2-Schaltung verwendet dieses Signal gemeinsam mit Polaritätsinformation, um den Motor 221 anzusteuern.
Wie vorangehend erläutert, stellt der Motor die Position des Kolbenventils 310 ein. Dies wiederum beeinflusst die Größe der Öffnung, die durch die Ausrichtung der Kolbenventilumfangsöffnungen 311a, 311b mit den Nuten 323, 325 des Kolbenverbindungsschafts 240 gebildet ist. Es ist diese Öffnung, welche die Strömung der viskosen Flüssigkeit zwischen den Kammern 216, 217 des Dämpfers 210 beeinflusst und dadurch die Dämpfungskraft liefert. Dieser Prozess wird mehrere Male pro Sekunde wiederholt.
Die Dämpfungsperformance des Dämpfungscontrollers 160 wird durch Auswahl eines von mehreren (in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel fünf) Steuerkennfeldern bestimmt. Wie oben erläutert, werden die Steuerkennfelder auf einem externen Computer entwickelt und auf den Dämpfercontroller heruntergeladen.
Die 7a–7d zeigen grafische Wiedergaben eines Beispielsteuerkennfelds, welches verwendet wird, um die Dämpfungsperformance des Dämpfers 210 zu bestimmen. Jedes Steuerkennfeld umfasst zwei Paare von Abbildungen, wobei jede Abbildung eine monotone Kurve umfasst. Ein Paar, 7a, 7b, werden verwendet, wenn die inneren und äußeren Rohre aufeinander zu gleiten (Kompression), während das andere Paar, 7c, 7d, verwendet wird, wenn die Rohre voneinander weg gleiten (Expansion). In jedem Paar liefert eine Abbildung (7a, 7c) die Zieldämpfungskraft für eine gegebene Geschwindigkeit, während die zweite Abbildung (7b, 7d) einen Modifizierer für die Zieldämpfungskraft liefert.
Die Dämpfungsfunktion wird mit Bezug auf die 7a und 7b erläutert. 7a zeigt die Zieldämpfungskraft als eine Funktion der Relativgeschwindigkeit (in cm/sec) des äußeren Rohres 120 in Bezug auf das innere Rohr 130 zur Kompression. 7b zeigt einen Zieldämpfungskraftmodifizierer als eine Funktion der relativen Position (in cm) des inneren 130 und äußeren 120 Rohres in Bezug auf die Anfangsposition.
Wenn der Rohraufbau 120, 130 komprimiert wird, berechnet der Prozessor 601 die Dämpferbeeinflussung, die mit einer gegebenen Relativgeschwindigkeit und relativen Position verbunden ist, basierend auf der Information 7a und 7b. Der Kraftwert wird zuerst von 7a abgelesen und dieser Wert wird multipliziert mit dem Kraftmodifizierfaktor, der von 7b abgelesen wird. Dies erzeugt die gewünschte momentane Dämpfungskraft (DIDF) bei gegebener Geschwindigkeit, Position und Richtung der beiden Rohre.
Der Prozessor bestimmt dann die Größe der Spannung, die an den Motor 221 unter Verwendung der DIDF angelegt wird. Dies wird ausgeführt unter Verwendung der Kalibrierdaten, die in dem EEPROM 609 gespeichert sind. Die Kalibrierdaten können viele Formen annehmen. Zum Beispiel kann es sich einfach um eine Tabelle handeln, die eine DIDF einer besonderen Ausgangsspannung, welche an den Motortreiber 610 anzulegen ist, zuordnet. Stattdessen kann es sich, wenn eine Vielzahl von Parametern mit der DIDF verwendet wird, um eine komplexere Erzeugungsfunktion handeln, wie um eine lineare oder sogar nichtlineare, polynomische oder dergleichen.
Welche Form sie auch annehmen, die Kalibrierdaten sind spezifisch für einen besonderen Dämpferaufbau 210 und stark abhängig von den Charakteristiken des Motors 221, der Größe der Rohre 120, 130 und, natürlich, dem Dämpferventil 218. Daher wird die Kalibrierung, welche die Bestimmung von verschiedenen Parameter und möglicherweise auch der Erzeugungsfunktion einschließt, vorzugsweise zum Zeitpunkt der Herstellung des Dämpferaufbaus 210 durchgeführt. Während der Kalibrierung wird ein Dehnungsmessgerät oder ähnliches zur Messung der Ausgabekraft des Aufbaus 210 verwendet, wenn die Eingangsspannung des Motors eingestellt wird, und zwar unter verschiedenen Bedingungen von Relativgeschwindigkeit und Relativposition. Diese Daten können dann verwendet werden, um ein Modell des Dämpferaufbaus unter Verwendung bekannter Techniken zu entwickeln.
Wenn die Geschwindigkeit sehr groß ist, bedeutet das, dass eine große Unebenheit angetroffen wurde. Wenn in der Abbildung von 7a die Geschwindigkeit sehr groß ist, wird eine sehr geringe Dämpfungskraft angewendet, so dass die Öffnung groß ist. Somit ist es der viskosen Flüssigkeit möglich, frei von Kammer 217 zu Kammer 216 zu strömen. Dies deshalb, da man den großen Betrag an Energie dissipieren möchte und den Stoß auf den Fahrer von der großen Unebenheit reduzieren möchte. Niedrige Geschwindigkeiten bedeu ten schwächere Unebenheiten. Somit ist in 7a die Zieldämpfungskraft etwas größer, da der Stoß auf den Fahrer etwas geringer ist. Es versteht sich jedoch, dass in 7a die minimale Zielkraft ungefähr 20 beträgt. Dies ist die Kraft, die durch die vorbelastende Unterstützungsfeder 250, wie oben diskutiert, aufgebracht wird.
7b zeigt, dass der Kraftmultiplizierer während Kompression sehr hoch ist, wenn die inneren und äußeren Rohre sich zu einem Extrem bewegt haben. Dies deshalb, da man nicht möchte, dass die inneren und äußeren Rohre relativ zueinander "übersteuern". Das Multiplizieren der Zieldämpfungskraft (d. h. das Verschließen der Öffnung) verringert die Chancen, dass dies passiert.
7c und 7d enthalten ähnliche Information wie die Graphen der 7a bzw. 7b, abgesehen davon, dass 7c, 7d während Expansion verwendet werden.
Bei der vorliegenden Konfiguration ist jedes Steuerkennfeld unter Verwendung einer Tabelle implementiert, in der enge Bereiche von Geschwindigkeiten oder Positionen Werten für die Zieldämpfungskräfte und Kraftmultiplizierer zugeordnet sind. Die Steuerkennfelder können auch als algebraische Funktionen, welche diese Werte berechnen, implementiert sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel belegen jedoch die Steuerkennfelder 1096 Bytes Speicher, welche 64 Bytes für verschiedene Daten, einschließlich Prüfsummenergebnissen, einschließen. Somit werden für fünf Steuerkennfelder ungefähr 5,5 Kilobytes des EEPROM 609-Raumes benötigt. Die Prüfsumme ist die Summe von einer Gruppe von Datenpunkten, die mit der Gruppe zu Prüfzwecken verbunden ist. Die CPU 601 versieht Prüfsummenergebnisse mit Hinweisen, um die Richtigkeit der Daten in den Steuerkennfeldern zu verifizieren.
8 bis 11 erläutern den Betrieb der Dämpfercontrollerschaltung 600 von 6. Der Ablaufplan in 8 beschreibt den Betrieb des Dämpfercontrollers 160, wenn er erstmalig aktiviert wird.
In Schritt 800 initialisiert die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die als Prozessor 601 implementiert ist, den Prozessor und beginnt, den Speicher zu testen.
Als nächstes testet der Prozessor 601 im Schritt 801 die mit den Steuerkennfeldern verbundenen Daten in dem EEPROM 609. Die Steuerkennfelddaten und Prüfsummendaten werden überprüft um zu bestimmen, ob es intakt ist. Der Prozessor 602 verifiziert jedes Steuerkennfeld durch Vergleich der errechneten unsignierten 16 Bit-Prüfsumme für das Steuerkennfeld mit den Prüfsummendaten, die in dem EEPROM 609 gespeichert sind. Wenn die zwei Mengen übereinstimmen, erleuchtet der Prozessor die LED 250 entsprechend diesem Steuerkennfeld. Dies informiert den Benutzer, dass das Steuerkennfeld intakt ist. Die LED wird dann ausgeschaltet, und der Test wird fortgesetzt. Wenn ein Steuerkennfeld den Prüfsummentest in 801 nicht besteht, geht die Steuerung zu Schritt 802.
Im Schritt 802 verwendet der Prozessor 601 ein voreingestelltes Steuerkennfeld, das als ein Softwaremodul erhältlich ist. Wenn ein voreingestelltes Steuerkennfeld verwendet wird, beleuchtet die CPU 601 jede LED auf dem Display 611, ausgenommen der einen korrespondierend zu dem voreingestellten Steuerkennfeld.
Die Steuerung geht letztendlich weiter zu Schritt 803. In Schritt 803 führt der Prozessor 601 den Prüfsummentest mit den Kalibrierdaten durch. Wenn der Prüfsummentest fehlschlägt, geht die Steuerung zu Schritt 804, und der Prozessor hält an. Wenn er anhält, werden alle LEDs 520 beleuchtet, um eine Fehlersituation anzuzeigen. Wenn die Kalibrierdaten den Prüfsummentest im Schritt 803 bestehen, geht die Steuerung zum Schritt 804.
Im Schritt 804 prüft der Prozessor, um zu erkennen, ob es eine Verbindung zu einem externen Computer gibt. Zu diesem Zweck sendet der Prozessor 601 ein ACK-Signal an den externen Computer über die IR-Verbindung 607. Wenn der externe Computer ein NACK-Signal in 806 an den Dampfercontroller 160 zurücksendet, tritt der Dampfercontroller 160 in den Test-/Werks-Modus 808. In dem Test-/Werks-Modus beeinflusst der externe Computer den Dampfercontroller fernbedient. Steuerkennfelder, Konfigurationsdaten und Kalibrierdaten können dann auf den Dämpfercontroller heruntergeladen werden. Der externe Computer sendet Steuerkennfelder (7a–7d), Kalibrierdaten und Konfigurationsdaten zu dem Dämpfercontroller 160 unter Verwendung eines standardisierten Paketprotokolls. Der Dämpfercontroller 160 steuert diese Daten in den EEPROM 609. Nach Eintritt in den Test-/Werks-Modus 808 muss der Dämpfercontroller 160 ausgeschaltet werden, bevor er in den Controllermodus eintreten kann. Wenn der Prozessor unterbricht, während ein NACK-Signal 860, 807 von dem externen Computer erwartet wird, bedeutet das, dass das System im Betriebsmodus ist, und somit geht die Steuerung zum Schritt 809.
Im Schritt 809 führt der Prozessor 601 eine Prüfsummen-Verifikation mit den Systemkonstanten in dem EEPROM 609 durch. Wenn dies fehlschlägt, werden Voreinstellungswerte in Schritt 810 geladen. Nachdem Systemkonstanten entweder verifiziert oder geladen wurden, werden beliebige andere verbleibende Konstanten in Schritt 811 geladen, und die Steuerung geht zu Schritt 812, in welchem das aktive Dämpfungssystem in den Controller-Modus eintritt.
Wie in 9 gezeigt, pausiert das System nach dem Eintritt in den Controller-Modus für 2 msec in Schritt 901 mit sämtlichen Aktivitäten, um sich zu regulieren, bevor es mit der Ausführung von Schritt 902 fortfährt, wo das System in einem Schlaf-/Überwachungs-Zyklus ist.
In Schritt 902 bestimmt der Prozessor 601, ob ein interner Schlaftimer unterbrochen hat. Wenn dies der Fall ist, geht der Prozessor für eine vorbestimmte Zeitdauer in Schritt 903 zum Schlaf. Wie in 11 veranschaulicht, wird der Schlaftimer zurückgesetzt, wenn die Relativgeschwindigkeit, die von dem Sensor 201 empfangen wird, ungleich Null ist. Der Schlaftimer wird auch zurückgesetzt, wenn der Fahrer den Steuerkennfeldauswahlschalter 510 verän dert. Wenn der Schlaftimer noch nicht abgelaufen ist, wird die Überwachung mit den Schritten 904-910 fortgeführt.
Zuerst werden die relative Dämpferposition 904 und die relative Dämpfergeschwindigkeit 905 berechnet, wie in 10 gezeigt. Im Schritt 906 wird die Zieldämpfungskraft und dann im Schritt 907 der Kraftmodifizierer abgefragt, basierend auf dem gewählten Steuerkennfeld. Im Schritt 908 wird DIDF berechnet. In der Praxis handelt es sich bei der Zielkraft um einen 8-Bit-Wert, der dann mittels des Kraftmodifizierers, einem anderen 8-Bit-Wert, skaliert wird. Das Ergebnis dieser Skalierung wird dann normalisiert durch Veränderung der resultierenden Bits, so dass ein 8-Bit-DIDF produziert wird.
In Schritt 909 werden die Kalibrierdaten verwendet, um die Dämpferbeeinflussungssignale 614 von dem DIDF zu bilden. Obwohl verschiedene Kalibrierdaten für verschiedene Modelle von Dämpferaufbauten 210 notwendig sind, sollte ein geringer Unterschied zwischen Dämpferaufbauten, welche die gleiche Gestaltung aufweisen, bestehen. Die Kalibrierdaten erlauben den gleichen Steuerkennfeldern, mit gleichen Modelldämpferaufbauten verwendet zu werden. Natürlich können die gleichen Steuerkennfelder mit anderen Dämpferaufbauten verwendet werden, wenn Kalibrierdaten für diese anderen Dämpferaufbauten verfügbar sind. Um sicherzustellen, dass das System mit verschiedenen Dämpferaufbauten verwendet werden kann, kann es sinnvoll sein, Kalibrierdaten für eine Anzahl von verschiedenen Aufbauten zu laden und dann den Prozessor 601 elektronisch überwachen zu lassen, welche Aufbauten über einen zusätzlichen Anschluss oder Schnittstelle installiert worden sind.
Letztlich werden im Schritt 910 die Dämpferbeeinflussungssignale 614 an den Motortreiber 610 gegeben, um schließlich den Motor anzutreiben, wie oben erläutert.
10 veranschaulicht die Berechnung der Relativgeschwindigkeit zwischen den inneren 130 und den äußeren 120 Rohren (Schritt 905). Im Schritt 1001 liest der Prozessor 601 den Impulsakkumulator, der einen Impuls für jede reflektierende Markierung enthält, die auf den Sensor 201 trifft.
Im Schritt 1002 liest der Prozessor 601 dann die zweite Wellenform von dem Sensor 201, welche die Richtung der Relativbewegung zwischen den zwei Rohren codiert. Der Algorithmus bestimmt das Vorzeichen der Dämpfergeschwindigkeit unter Bezug auf die unten gezeigte Tabelle 1. TABELLE 1 – Logiktabelle für Dämpferrichtung

Früherer Zustand Derzeitiger Zustand Geschwindigkeit

Hoch Hoch Positiv (Unebenheit)

Niedrig Niedrig Negativ (Erholung)

Niedrig Hoch 0

Hoch Niedrig 0
In Schritt 1003 wird das gegenwärtige Auf-/Ab-Bit von der zweiten Wellenform mit dem vorangehenden verglichen. Wenn sie verschieden sind, bedeutet das, dass sich die Richtung geändert hat, und somit wird die Geschwindigkeit in diesem Moment in Schritt 1006 auf Null gesetzt.
Wenn sie gleich sind, bedeutet das, dass sich das eine Rohr relativ zu dem anderen Rohr in die gleiche Richtung wie vorher bewegt. Daher wird die Geschwindigkeit dieser Bewegung in Schritt 1004 bestimmt. Der Algorithmus berechnet die Dämpfergeschwindigkeit basierend auf der Anzahl von Positionsticks, wie dargestellt durch Impulse in der von dem Sensor 201 gesendeten Positionsinformation, welche in der zwischen zwei Steuerschleifen-Iterationen 1004 abgelaufenen Zeit entstehen. In näherer Einzelheit wird die Dämpfergeschwindigkeit berechnet als Anzahl von Positionsticks, multipliziert mit der Distanz zwischen reflektierenden Markierungen auf dem Code-Streifen, geteilt durch die Steuerungsschleifendauer. Dieses Schema ermöglicht es dem System, Geschwindigkeit in Schritten von 0,83 in/sec zu messen, wenn die minimale Distanz zwischen den reflektierenden Markierungen auf dem Code-Streifen 0,0013 Inch beträgt und die Steuerungsschleifenperiode 0,002 Sekunden beträgt.
Im Schritt 1005 wird das aktuelle Auf-/Ab-Bit gespeichert zum zukünftigen Vergleich mit dem nächsten Auf-/Ab-Bit. Danach wird im Schritt 1007 die Geschwindigkeit geprüft, um zu sehen, ob sie Null beträgt. Wenn sie ungleich Null ist, setzt der Algorithmus den Wächter-Timer im Schritt 1008 auf Null zurück, um das System davon abzuhalten, in den Schlafmodus überzugehen. Das Zurücksetzen des Wächter-Timers bringt das System auch aus dem Schlafzustand heraus, wenn sich die Vorrichtung im Schlaf befand.
Letztlich gibt der Algorithmus im Schritt 1009 die errechnete Geschwindigkeit an die Hauptsteuerungsschleife des Dämpfercontrollers 160, wo sie zur Berechnung der Dämpferbeeinflussungssignale, wie oben beschrieben, verwendet wird.
11 zeigt den Schlafmodus. Nach dem Eintritt in den Schlafmodus schaltet das Schaltungssystem 600 zuerst alle Peripherie in Schritt 1101 aus. Dies schließt solche Einzelheiten wie die Datenverbindung 607 und den Motortreiber 610 ein; die LED-Schaltung 611 befindet sich bei einer 20%-Einschaltdauer.
Der Systemtimer ist ein einfacher interruptgesteuerter Zähler, der bei dem langsamsten auf dem Prozessor 601 verfügbaren Tick läuft. Dies ermöglicht es dem System, sehr lange Unterbrechungen zu haben, wenn es das System erfordert, und reduziert den mit der Aufrechterhaltung des Timers verbundenen Overhead.
Im Schritt 1102 prüft das System in diesem Ruhezustand, um zu erkennen, ob es irgendeine Eingabe von entweder den Schaltern 525, 560 oder von dem Sensor 201 gibt. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuerung zum Schritt 1103, um den Controller-Modus fortzusetzen. Falls nicht, werden die LEDs mit einer verringerten Leistung betrieben, wie bei Schritt 1104 angezeigt, wonach das System prüft, um zu erkennen, ob der Schlaftimer in Schritt 1105 unterbro chen hat. Falls nicht, wird die Überwachung der Schalter und des Sensors fortgeführt. Wenn der Schlaftimer unterbrochen hat, geht die Steuerung zum Schritt 1106, und das System wird ausgeschaltet. Dies passiert typischerweise, wenn der Fahrer vergisst, das System mit dem Ein-/Aus-SPDT-Kippschalter 525 auszuschalten.
Software auf dem externen Computer stellt dem Benutzer eine freundliche Umgebung bereit, welche eine grafische Benutzer-Schnittstelle (GUI) einschließt, um den Fahrer in die Lage zu versetzen, schnell neue Steuerkennfelder zu definieren. Steuerkennfelder können definiert werden durch Erzeugung ein Paar von Vektoren enthaltender Abbildungen. Dies kann durch Zeichnen einer Abbildung von einer gewünschten Gestalt unter Verwendung eines Cursors, Lichtstiftes, Trackballs oder dergleichen erfolgen. Alternativ kann man Kennfelder unter Verwendung von mathematischen Gleichungen erzeugen. Andere Wege zur Erzeugung dieser Abbildungen können ebenfalls verwendet werden. Die resultierenden Steuerkennfelder können in einem Speicher des externen Computers gespeichert werden, wenn sie erzeugt wurden. Sie können dann später auf den Dämpfercontroller mittels der Datenverbindung 607 heruntergeladen werden.
Während die obige Erfindung mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sollte beachtet werden, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung durch diese nicht eingeschränkt wird.

Claims

Ventilaufbau, umfassend: ein äußeres Teil (240), das längs einer Längsachse ausgerichtet ist, wobei das äußere Teil (240) umfasst: eine erste Wand, wobei sich die erste Wand längs der Längsachse erstreckt, eine erste Nut (323), die an einer inneren Oberfläche der ersten Wand gebildet ist, und zumindest einen Kanal (325), der zwischen der ersten Nut (323) und einer äußeren Oberfläche der ersten Wand durchläuft; ein inneres Teil (310), das in das äußere Teil (240) geschachtelt ist, wobei das innere Teil (310) umfasst: eine zweite Wand, die sich längs der Längsachse erstreckt, wobei innerhalb der zweiten Wand ein innerer Hohlraum definiert ist, und eine erste Öffnung (311a), die in der zweiten Wand gebildet ist, ein Einstellteil (312), das mit einem von den inneren und äußeren Teilen verbunden ist und angeordnet ist, um das eine der Teile relativ zu einem anderen der Teile längs der Längsachse zu bewegen, so dass die erste Nut (323) und die erste Öffnung (311a) sich in einem gewählten Ausmaß überlappen; dadurch gekennzeichnet: dass eine zweite Nut (324) auf der inneren Oberfläche der ersten Wand gebildet ist, wobei die zweite Nut (324) von der ersten Nut (323) um eine erste Distanz längs der Längsachse beabstandet ist, wobei der oder ein Kanal (326) zwischen der zweiten Nut (324) und einer äußeren Oberfläche der ersten Wand durchläuft, dass eine zweite Öffnung (311b) in der zweiten Wand gebildet ist, wobei die zweite Öffnung (311b) von der ersten Öffnung (311a) um im Wesentlichen die erste Distanz längs der Längsachse beabstandet ist, dass das Einstellteil (312) mit einem von den inneren und äußeren Teilen verbunden ist und vorgesehen ist, um eines der Teile relativ zu einem anderen der Teile längs der Längsachse zu bewegen, so dass sich die zweite Nut (324) und die zweite Öffnung (311b) in einem gewählten Ausmaß überlappen; dass sich ein Sekundärkanal (370) durch das äußere Teil erstreckt und längs der Längsachse zwischen einer dritten Öffnung (365) und einer vierten Öffnung (364) des äußeren Teils (240) ausgerichtet ist; dass eine Feder (361) innerhalb des Sekundärkanals (370) positioniert ist, die ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; und dass eine erste Kugel (363) auf dem ersten Ende der Feder (361) positioniert ist und eine zweite Kugel (362) auf dem zweiten Ende der Feder (361) positioniert ist, so dass die Feder (361) eine Kraft auf die erste Kugel (363) in Richtung zu der dritten Öffnung (365) und auf die zweite Kugel (362) in Richtung zu der vierten Öffnung (364) ausübt; und dass ein Plunger (313) an dem Einstellteil (312) angebracht ist und innerhalb des inneren Hohlraumes des inneren Teils (310) positioniert ist, wobei der Plunger (313) mit dem Sekundärkanal (370) wirkt, um den Ventilaufbau vorzubelasten.