PL196033B1 - Zespół zawieszenia dla fotela zamocowanego do podwozia pojazdu - Google Patents

Abstract

1. Zespól zawieszenia dla fotela zamocowanego do podwozia pojazdu, przy czym ten pólaktywny zespól zawieszenia posiada sprezyne naciskowa umieszczona pomiedzy fotelem i podwoziem pojaz- du, rozciagliwa rame umieszczona pomiedzy fotelem i podwoziem pojazdu, regulowany element tlumiacy ruch, umieszczony pomiedzy fotelem i podwoziem pojazdu, sterownik zawieszenia polaczony z regulo- wanym elementem tlumiacym ruch do dostarczania sygnalu sterowania tlumiennosci do regulowanego elementu tlumiacego ruch i czujników stanu pojazdu, elektrycznie polaczonych ze sterownikiem zawiesze- nia, dla dostarczenia sygnalów wejsciowych stanu pojazdu, na które reaguje sterownik zawieszenia dla doboru tlumiennosci regulowanego elementu tlumia- cego ruch, znamienny tym, ze na wejscie sterowni- ka (26) zawieszenia podawany jest co najmniej jeden elektryczny sygnal wejsciowy stanu pojazdu i sterow- nik (26) zawieszenia reaguje na co najmniej jeden sygnal wejsciowy stanu pojazdu, przekraczajacy wstepnie usta- lony próg dla doboru sygnalu tlumiennosci, aby pozycyj- nie zablokowac regulowany element (30) tlumiacy ruch. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół zawieszenia dla fotela zamocowanego do podwozia pojazdu. Wynalazek dotyczy zwłaszcza integracji regulowanego mechanizmu tłumienia z układem zawieszenia fotela, który zapewnia blokowanie ruchu fotela w warunkach stanu wypadkowego, zwykle wskazujących na wypadek.

Znany jest zespół zawieszenia dla fotela zamocowanego do podwozia pojazdu, przy czym ten półaktywny zespół zawieszenia posiada sprężynę naciskową umieszczoną pomiędzy fotelem i podwoziem pojazdu, rozciągliwą ramę umieszczoną pomiędzy fotelem i podwoziem pojazdu, regulowany element tłumiący ruch, umieszczony pomiędzy fotelem i podwoziem pojazdu, sterownik zawieszenia połączony z regulowanym elementem tłumiącym ruch do dostarczania sygnału sterowania tłumienności do regulowanego elementu tłumiącego ruch i czujników stanu pojazdu, elektrycznie połączonych ze sterownikiem zawieszenia, dla dostarczenia sygnałów wejściowych stanu pojazdu, na które reaguje sterownik zawieszenia dla doboru tłumienności regulowanego elementu tłumiącego ruch.

Układy zawieszenia foteli pojazdu równocześnie izolują pasażerów pojazdu od drgań w wyniku warunków drogowych, pozwalają kierowcy dobrać wysokość fotela i ustawienie dla wygody, widoczności i łatwego dostępu do elementów manipulacyjnych oraz zapobieżenia długotrwałym dyslokacjom fizycznym fotela spowodowanym przyśpieszeniem i jazdą na zakrętach.

W ciężarówkach układy zawieszenia fotela często posiadają regulowany amortyzator pneumatyczny zapewniający izolację drgań pochodzących od nawierzchni drogowej, łatwo dostosowany do regulacji wysokości fotela. W patencie US 5,799,922 (m.in. Timms) opisano takie pneumatyczne zawieszenie oparte na amortyzatorze pneumatycznym i posiadające krzyżowy bądź nożycowy układ ramowy do ustawiania fotela pasażera. W patencie US 4,946,145 (Kurabe) opisano pneumatyczne zawieszenie fotela z dwukierunkową regulacją zasilania powietrzem pneumatycznego amortyzatora, określanym poprzez wybór przez pasażera korzystnej wysokości fotela oraz detekcji masy pasażera.

Jednakże prosty amortyzator pneumatyczny nie pracuje w zadowalający sposób w zakresie utrzymania stałej wysokości fotela w ruchomym pojeździe. Pod wpływem powtarzalnych wstrząsów i wibracji fotel będzie oscylować wgórę i wdół, oraz będzie przyjmować różną wysokość równowagi w okresach pozornych zmian obciążenia spowodowanych przyśpieszeniem lub jazdą na zakręcie. Podobnie jak w głównych układach zawieszenia pojazdów, w układach zawieszenia fotela wykorzystuje się zastosowanie elementów przeciwdziałających ruchowi fotela oraz wymuszających zmniejszenie niepożądanego ruchu fotela.

Mówiąc ogólnie, występują trzy rodzaje układów zawieszenia, z których każdy nieco inaczej zachowuje się wobec oscylacji i przemieszczenia. Pasywne układy zawieszenia można utworzyć ze sprężyny i urządzenia tłumiącego o stałej charakterystyce tłumienności, jak na przykład amortyzator lepkocieczowy lub cierny. Półaktywne układy zawieszenia również mogą opierać się na sprężynie i amortyzatorze, lecz tworzą mechanizm regulacji tłumienności dla amortyzatora. Aktywne układy zawieszenia oddziaływują poprzez dynamiczne ustawienie kierunku i wielkości oddziaływującej na fotel, w odpowiedzi na liczne czynniki dotyczące warunków i działania pojazdu. Odmiennie do układów pasywnych i półaktywnych, aktywne układy zawieszenia mogą wprowadzać energie do systemu.

Ponieważ pasywne układy zawieszenia bazują na sprężynach o stałej tłumienności i amortyzatorach, stanowią w rezultacie dostrojony układ, zoptymalizowany do częstotliwości drgań lub przemieszczenia, określonych przez masę pasażera w fotelu. Spełnienie celów w zakresie izolowania drgań i utrzymania stałej wysokości fotela będzie zależeć odpowiednio od zoptymalizowania działania zawieszenia fotela w zakresie izolowania drgań o dużej częstotliwości oraz sił przemieszczenia o małej częstotliwości. Cele takie są z natury rzeczy niezgodne z układem dostrojonym do pojedynczej częstotliwości.

Półaktywne układy zawieszenia w większości wypadków są nieco bardziej złożone, imają na celu przezwyciężenie pewnych ograniczeń dotyczących częstotliwości, jakie występują w pasywnych układach zawieszenia. Taki układ, przedstawiony w opisie patentowym US 5,652,704 (Catanzarite), przeznaczony jest do dynamicznego kontrolowania amortyzatora. Układ zawieszenia fotela według tego opisu patentowego zawiera amortyzator pneumatyczny oraz elektrorheologiczny lub magnetorheologiczny element tłumienia ruchu. Mikroprocesor monitoruje liczne czujniki, wtym czujnik zajęcia fotela przez pasażera i czujnik przewrócenia, w celu regulacji lepkości płynu roboczego w magnetorheologicznym urządzeniu do tłumienia ruchu, dla zmiany charakterystyki roboczej układu zawieszenia.

PL 196 033 B1

Choć wygoda pasażera jest istotnym aspektem, w ekstremalnych warunkach ruchu pojazdu, zwłaszcza jakie mogą wystąpić podczas kolizji lub po kolizji, ograniczenie ruchu pasażera, a zwłaszcza pionowego przemieszczenia kierowcy, staje się aspektem dotyczącym bezpieczeństwa. Przykładowo, skrajne pionowe przemieszczenie kierowcy może uniemożliwić mu dosięgnięcie stopą do pedału hamulca, sprzęgła i przyśpieszenia. Przemieszczenie kierowcy może również zmienić jego położenie względem innych elementów manipulacyjnych. Zawieszenia fotela oparte na amortyzatorze pneumatycznym łagodzą problem przemieszczenia kierowcy poprzez wprowadzenie rezerwy energii wymuszającej ruch fotela wtym samym kierunku co kierowca. Zamontowane do podłogi pasy, jeśli zostały zastosowane dla kierowcy lub pasażera, częściowo ograniczają ruch fotela, wciskając kierowcę w siedzenie podczas ruchu fotela wgórę i w przód względem pojazdu podczas kolizji. Jednakże oddziaływanie pomiędzy pasem i ruchem fotela może spowodować „nurkowanie” kierowcy, tzn. pociągnięcie kierowcy częściowo poniżej tablicy rozdzielczej.

Ponadto, znany jest wyrób firmy Indiana Mills and Manufacturing, Inc., Westfield, Indiana, zawierający element wykrywający kolizję, który po zadziałaniu uruchamia element krzywkowy napędzany przez elementy pirotechniczne dla bardzo mocnego naprężenia pasów kierowcy bądź pasażera i ściągnięcia w dół fotela przez kierowcę. Choć jest to układ skuteczny, kierowca mógłby być potraktowany mniej gwałtownie, przy ograniczeniu ruchu samego fotela zamiast kierowcy. W patencie US 5,344,204 przedstawiono mechanizm ustawienia fotela, pracujący niezależnie od układu zawieszenia fotela, który przestawia w tył fotel w odpowiedzi na wykrycie stanu wypadkowego. Układ według tego patentu jest złożony i zwiększa koszt instalacji fotela.

Zespół zawieszenia dla fotela zamocowanego do podwozia pojazdu, przy czym ten półaktywny zespół zawieszenia posiada sprężynę naciskową umieszczoną pomiędzy fotelem i podwoziem pojazdu, rozciągliwą ramę umieszczoną pomiędzy fotelem i podwoziem pojazdu, regulowany element tłumiący ruch, umieszczony pomiędzy fotelem i podwoziem pojazdu, sterownik zawieszenia połączony z regulowanym elementem tłumiącym ruch do dostarczania sygnału sterowania tłumienności do regulowanego elementu tłumiącego ruch i czujników stanu pojazdu, elektrycznie połączonych ze sterownikiem zawieszenia, dla dostarczenia sygnałów wejściowych stanu pojazdu, na które reaguje sterownik zawieszenia dla doboru tłumienności regulowanego elementu tłumiącego ruch, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na wejście sterownika zawieszenia podawany jest co najmniej jeden elektryczny sygnał wejściowy stanu pojazdu i sterownik zawieszenia reaguje na co najmniej jeden sygnał wejściowy stanu pojazdu, przekraczający wstępnie ustalony próg dla doboru sygnału tłumienności, aby pozycyjnie zablokować regulowany element tłumiący ruch.

Jednym z czujników stanu pojazdu jest przyspieszeniomierz i ten przyspieszeniomierz wytwarza sygnał wejściowy stanu przyspieszenia pojazdu, który ma minimalny negatywny próg do wyzwalania pozycyjnego blokowania elementu tłumiącego ruch.

Jednym z czujników stanu pojazdu jest czujnik przewrócenia wytwarzający sygnał wejściowy stanu pojazdu przekraczający wstępnie określony próg przy osiągnięciu wstępnie ustalonego obrotu.

Zespół zawiera rezerwowe źródło zasilania do dostarczenia zasilania do sterownika zawieszenia w przypadku zatrzymania zasilania pojazdu.

Sterownik zawieszenia ma sterownik pierwotnego tłumienia i sterownik blokujący pominięcie, przy czym wyjście sterownika pierwotnego tłumienia jest połączone poprzez sterownik blokujący pominięcie z regulowanym elementem tłumiącym ruch, zaś sterownik blokujący pominięcie odpowiada na brak sygnału wyjściowego ze sterownika pierwotnego tłumienia dla zastosowania sygnału sterowania tłumienności na poziomie blokowania do sterownika blokującego pominięcie.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig.1 przedstawia zawieszenie fotela pojazdu takiego typu, w którym można zastosować obecny wynalazek, w rzucie z boku: fig. 2 - układ sterowania z zastosowaniem obecnego wynalazku w sposób schematyczny.

Na fig.1 pokazano zespół zawieszenia 11 fotela ciężarówki. Zespół zawieszenia 11 fotela zawiera półaktywny układ zawieszenia 15. W półaktywnym układzie zawieszenia fotela występuje sterowany amortyzator pneumatyczny 28 (alternatywnie może być zastosowana mechanicznie obciążona sprężyna naciskowa), rozciągliwa rama typu nożycowego 18 oraz sterowany element 30 tłumiący ruch, wszystkie te elementy wystają w górę z podwozia 16 pojazdu. Półaktywny układ zawieszenia 15 przypomina pasywny układ zawieszenia, jednakże sterowany element 30 tłumiący ruch pomimo, że jest urządzeniem tłumiącym typu lepkocieczowego, posiada sterowane natężenie tłumienia uzyskane poprzez kontrolowane ograniczenie połączenia pomiędzy komorą ciśnieniową i komorą odbojową

PL 196 033 B1 urządzenia tłumiącego lub poprzez zastosowanie elektrorheologicznego płynu tłumienia o gwałtownej zmianie lepkości.

Pasażer pojazdu (nie pokazano) siedzi na fotelu 12 i tworzy z fotelem większość nieresorowanej masy zespołu zawieszenia 11 fotela. Fotel 12 spoczywa na rozciągliwej ramie 18, a wysokość jej równowagi ustawiono poprzez regulację normalnego ciśnienia powietrza w pneumatycznym amortyzatorze 28, umieszczonym pomiędzy podwoziem 16 i fotelem 12, dla pionowego podparcia fotela. Ruch fotela 12 jest tłumiony za pomocą elementu 30 tłumiącego ruch, który także umieszczono pomiędzy fotelem 12 i podwoziem 16 (układ nieresorowany). Element 30 tłumiący ruch powstrzymuje pionowy ruch fotela, lecz normalnie mu nie zapobiega.

Przyspieszeniomierz 22, w przykładzie pokazanym na fig.1 zamontowany do spodniej części fotela 12, generuje skalowany sygnał wskazujący opóźnienie lub przyspieszenie, a także wskazanie włączenia/wyłączenia opóźnienia przekraczającego wartość progową. Czujnik 24 przewrócenia dostarcza wskazanie włączenia/wyłączenia stanu przewrócenia. Choć czujniki zilustrowano zamontowane na zespole zawieszenia 11 fotela lub wjego sąsiedztwie, dla działania wynalazku nie jest istotne, aby one się tam znajdowały. Sygnały generowane przez przyspieszeniomierz 22 i czujnik 24 przewrócenia podaje się do sterownika 26 zawieszenia (zilustrowano poniżej), który generuje i podaje zmienny sygnał sterowania do elementu 30 tłumiącego ruch.

W warunkach zagrożenia, wskazujących na udział pojazdu w wypadku, układ zawieszenia 15 blokuje pionowe położenie fotela 12 przez wymuszenie blokady elementu 30 tłumiącego ruch reagującego na sterujący sygnał ze sterownika 26 zawieszenia przekraczający poziom progowy. W czasie kolizji i po kolizji, pomiędzy pojazdem z zamontowanym zespołem zawieszenia 11 i innymi pojazdami lub obiektami, na zespół zawieszenia 11 fotela według obecnego wynalazku oddziaływują siły związane z dużymi i gwałtownymi zmianami szybkości oraz kierunku ruchu. Generalnie, korzystne jest dla pasażera pojazdu utrzymanie stałego położenia względem kabiny i elementów manipulacyjnych pojazdu. Utrzymanie pasażera w stabilnym położeniu powinno być również skuteczne dla zadziałania ewentualnej poduszki powietrznej, itym samym pomoże zapobiec obrażeniom cielesnym pasażera. W przypadku gdy pojazd pozostaje w ruchu po kolizji, utrzymanie położenia kierowcy we względnym bezruchu dopomoże w zachowaniu pewnego rodzaju kontroli nad pojazdem poprzez utrzymanie kierowcy w stałym położeniu względem elementów manipulacyjnych. Idealnie, kierowca będzie pozostawał wswej zwykłej odległości od elementów manipulacyjnych, lecz nawet w odmiennym przypadku odnalezieniu tych elementów będzie sprzyjał fakt, że kierowca nie przemieszcza się względem nich tak szybko lub tak znacznie. Działanie zespołu zawieszenia 11 utrzymuje kierowcę zasadniczo nieruchomo wewnątrz kabiny pasażerskiej poprzez wymuszone samoblokowanie wewnątrz kabiny podczas ipo kolizji. W obecnym wynalazku uzyskano to poprzez blokowanie pionowej wysokości fotela 12 w odpowiedzi na wyraźnie przyśpieszenie ujemne. Blokowanie położenia zespołu zawieszenia 11 fotela odbywa się poprzez blokowanie elementu 30 tłumiącego ruch wjego bieżącym przedłużeniu w momencie kolizji, jakie normalnie będzie zbliżone do wydłużenia związanego z korzystną wysokością fotela.

Na fig.2 pokazano schemat sterownika 26. Sterownik 26 realizuje funkcje dotyczące kontrolowania sterowanego amortyzatora i pneumatycznego amortyzatora 28 podczas normalnej jazdy, a także zapewnia działanie w opisanych powyżej warunkach zagrożenia. Mikrosterownik 36 monitoruje czujniki dostarczające sygnały wskazujące liczne stany, włącznie z przyśpieszeniem i przewróceniem lub też wejściami wprowadzanymi przez operatora, jak na przykład żądanie ustawienia wysokości fotela lub opuszczenie pojazdu przez pasażera. Reagujący na wskazanie stanu wypadkowego mikroprocesor 36 odcina poziom sygnału sterowania do sterownika 38 pierwotnej tłumienności i przestawia sterownik 42 blokujący pominięcie do zera. Tak więc w razie utraty mocy ze źródła 44 zasilania, zwłaszcza w rezultacie wypadku, ten poziom sygnału wskazuje na dalsze występowanie stanu wypadkowego.

Mikrosterownik 36 podaje sygnał sterowania do generatora 38 sygnału pierwotnej tłumienności (którym może być przetwornik cyfrowo-analogowy lub stabilizator napięcia, zależnie od zastosowania) oraz generatora 42 sygnału pominięcia, blokującego urządzenie tłumiące w warunkach zagrożenia. Jeśli sygnał sterowania z mikrosterownika jest różny od zera, sterownik blokujący pominięcie przekazuje wyjście sterownika 38 pierwotnej tłumienności bezpośrednio do sterowanego amortyzatora. Gdy sygnał sterowania zmaleje do zera (lub w przypadku utraty sygnału sterowania) sterownik 42 blokujący pominięcie łączy regulowany element 30 tłumiący ruch bezpośrednio do rezerwowego źródła 40 zasilania, które można wprowadzić stosując kondensator. Zastosowanie rezerwowego źródła zasilania

PL 196 033 B1 zapewnia dostępność zasilania potrzebnego do zadziałania takich urządzeń jak amortyzatory elektrorheologiczne nawet w przypadku braku mocy pojazdu. Rezerwowe źródło 40 zasilania będzie utrzymywane w naładowanym stanie przez zasilanie 44 pojazdu podczas jego normalnego działania.

Mikrosterownik 36 może dostarczać dalsze funkcje dotyczące kontrolowania układu zawieszenia 15, jak na przykład regulacja ciśnienia powietrza w amortyzatorze 28 poprzez selektywne łączenie pneumatycznego amortyzatora ze źródłem sprężonego powietrza lub opróżnianie zawartości pneumatycznego amortyzatora poprzez zawór 46.

W odpowiedzi na wykryty stan wskazujący na wypadek lub przewrócenie następuje zestalenie elektrorheologicznego płynu w regulowanym elemencie 30 tłumiącym ruch poprzez dostarczenie dostatecznie silnego pola elektrycznego awaryjnie z rezerwowego źródła 40 zasilania. Awaryjnie, można zamknąć zawór usytuowany w kanale pomiędzy komorą ciśnieniową i komorą odbojową sterowanego amortyzatora 30, co również blokuje położenie amortyzatora. Ponownie, wskutek ewentualnej utraty mocy pojazdu w rezultacie wypadku, zasilanie dla każdego rodzaju amortyzatora lub urządzenia tłumiącego powinno pochodzić z innego źródła niż układ elektryczny pojazdu.

Obecny wynalazek integruje układ blokowania położenia fotela pojazdu z układem zawieszenia fotela, umożliwiając zmniejszenie przemieszczenia pasażera pojazdu podczas wypadku. Układ zawieszenia fotela pojazdu zmniejsza również obciążenia oddziaływujące na pasażerów pojazdu pochodzące od pasów bezpieczeństwa itp., ponieważ pasy nie mogą być użyte do ograniczenia fotela i pasażera. Układ zawieszenia fotela według obecnego wynalazku jest układem reaktywnym w warunkach wskazujących na możliwość wypadku, dla zwiększenia tłumienia ruchu zawieszenia fotela, ijest w pełni zintegrowany z układem zawieszenia fotela. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazek zapewnia blokowanie zespołu fotela, tym niemniej wynalazek można efektywnie zastosować dla uzyskania mechanizmu blokowania i zawieszenia o zmiennej tłumienności dla kabiny kierowcy pojazdu lub nawet całego zawieszenia kabiny.

Claims (5)

1. Zespół zawieszenia dla fotela zamocowanego do podwozia pojazdu, przy czym ten półaktywny zespół zawieszenia posiada sprężynę naciskową umieszczoną pomiędzy fotelem i podwoziem pojazdu, rozciągliwą ramę umieszczoną pomiędzy fotelem i podwoziem pojazdu, regulowany element tłumiący ruch, umieszczony pomiędzy fotelem i podwoziem pojazdu, sterownik zawieszenia połączony z regulowanym elementem tłumiącym ruch do dostarczania sygnału sterowania tłumienności do regulowanego elementu tłumiącego ruch i czujników stanu pojazdu, elektrycznie połączonych ze sterownikiem zawieszenia, dla dostarczenia sygnałów wejściowych stanu pojazdu, na które reaguje sterownik zawieszenia dla doboru tłumienności regulowanego elementu tłumiącego ruch, znamienny tym, że na wejście sterownika (26) zawieszenia podawany jest co najmniej jeden elektryczny sygnał wejściowy stanu pojazdu i sterownik (26) zawieszenia reaguje na co najmniej jeden sygnał wejściowy stanu pojazdu, przekraczający wstępnie ustalony próg dla doboru sygnału tłumienności, aby pozycyjnie zablokować regulowany element (30) tłumiący ruch.

2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że jednym z czujników stanu pojazdu jest przyspieszeniomierz (22) i ten przyspieszeniomierz (22) wytwarza sygnał wejściowy stanu przyspieszenia pojazdu, który ma minimalny negatywny próg do wyzwalania pozycyjnego blokowania elementu (30) tłumiącego ruch.

3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że jednym z czujników stanu pojazdu jest czujnik (24) przewrócenia wytwarzający sygnał wejściowy stanu pojazdu przekraczający wstępnie określony próg przy osiągnięciu wstępnie ustalonego obrotu.

4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera rezerwowe źródło (40) zasilania do dostarczenia zasilania do sterownika (26) zawieszenia w przypadku zatrzymania zasilania (44) pojazdu.

5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że sterownik (26) zawieszenia ma sterownik (38) pierwotnego tłumienia i sterownik (42) blokujący pominięcie, przy czym wyjście sterownika (38) pierwotnego tłumienia jest połączone poprzez sterownik (42) blokujący pominięcie z regulowanym elementem (30) tłumiącym ruch, zaś sterownik (42) blokujący pominięcie odpowiada na brak sygnału wyjściowego ze sterownika (38) pierwotnego tłumienia dla zastosowania sygnału sterowania tłumienności na poziomie blokowania do sterownika (42) blokującego pominięcie.