專利名稱：用于雙空氣彈簧配置的持續(xù)性力控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種主動式空氣懸架系統(tǒng)，該主動式空氣懸架系統(tǒng)帶有一個可 變力以及可變系數(shù)的雙空氣彈簧，該雙空氣彈簧利用多個車輛輸入來產(chǎn)生用于改變車輛行 為目的的標準化的力請求。
背景技術(shù)：
空氣懸架利用空氣彈簧來提供所希望的輸出特性，例如像乘坐舒適性以及車輛性 能。一種已知的主動式空氣懸架使用了一個空氣彈簧組件，該空氣彈簧組件包括圍繞一個 活塞氣囊安裝的一個主氣囊，這樣該活塞氣囊為該主氣囊提供一個滾動表面。活塞氣囊體 積的變化改變了主氣囊的有效活塞面積。該有效活塞面積中的一個相對小的變化提供了該 空氣彈簧組件的彈簧系數(shù)中的一個變化。對活塞氣囊中以及主氣囊中的壓力選擇性地進行 控制，從而在彈簧系數(shù)中提供無窮的變化而無需任何附加儲箱以及相關(guān)聯(lián)的致動器。相對 于該主氣囊的較大體積，該活塞氣囊的較小體積允許壓力以及體積的迅速改變以使得能夠 進行主動的懸架控制。傳統(tǒng)地，主動式空氣懸架系統(tǒng)通過可切換的空氣彈簧的體積對懸架彈簧剛度做出 總的不連續(xù)的改變。帶有上述雙空氣彈簧配置的主動式空氣懸架是一種力與彈簧剛度調(diào)整 裝置。對于這樣一個系統(tǒng)的一個問題是，它難于以一種精確的方式主動地進行控制并調(diào)整 彈簧力。

發(fā)明內(nèi)容
帶有一種可變力以及可變系數(shù)的雙空氣彈簧的一種主動式空氣懸架系統(tǒng)被配置 為對多個車輛輸入進行分析并且產(chǎn)生多個輸出控制信號，從而以一種精確的方式來改變和 控制彈簧力。在一個實例中，該主動式空氣懸架系統(tǒng)包括一個空氣彈簧組件，該空氣彈簧組件 具有一個活塞氣囊以及圍繞該活塞氣囊安裝的一個主氣囊，以提供這種可變力以及可變系 數(shù)的雙空氣彈簧配置。該空氣懸架系統(tǒng)被配置為精確地控制活塞氣囊以及主氣囊內(nèi)的壓 力，從而達到一個總體上希望的性能指標。在一個實例中，當車輛處于一種動態(tài)駕駛操作中時，該系統(tǒng)是一個力控制裝置。當 車輛處于準靜態(tài)狀態(tài)中時，該系統(tǒng)的作用是一個改變彈簧系數(shù)的裝置。當車輛處于一種動 態(tài)情況(如執(zhí)行一個拐彎駕駛操作或者一個駛離情況)中時，車輛的重量的轉(zhuǎn)移要求一個 反向力以改變重量轉(zhuǎn)移的變化速率，由此改變該車輛特征。這種反向力是由該裝置的主動 控制來提供的。在一種配置中，至少一個空氣彈簧組件包括多個空氣彈簧組件，每個空氣彈簧組 件均具有一個主氣囊以及一個相關(guān)聯(lián)的活塞氣囊；該閥門組件包括用于每個空氣彈簧組件 的一個分離的閥門組件，并且至少一個壓力傳感器包括多個壓力傳感器，其中一個壓力傳 感器與每個活塞氣囊相關(guān)聯(lián)。該控制器持續(xù)地接收來自每個壓力傳感器的壓力輸入信號，這些信號表明相關(guān)聯(lián)的活塞氣囊內(nèi)具體的壓力變化。然后，該控制器響應(yīng)于這些壓力變化 主動地調(diào)整每個活塞氣囊內(nèi)的壓力，從而以一種閉環(huán)方式來維持所希望的彈簧剛度。在一個實例中，該控制器產(chǎn)生了多個控制信號，以便獨立于所有其他活塞氣囊來 控制進入以及離開每個活塞氣囊的空氣供給。從以下說明書和附圖中可以最好地理解本發(fā)明的這些以及其他特征，以下部分是 一個簡要說明。


圖1是如安裝在車輛上的主動式空氣懸架的一個實例的總側(cè)視圖。圖2是如在圖1的主動式空氣懸架中使用的一個空氣彈簧組件的一個截面圖。圖3是在一個第一位置中的該空氣彈簧的一個截面圖。圖4是在一個第二位置中的該空氣彈簧的一個截面圖。圖5是示出一個整體系統(tǒng)的圖解，該系統(tǒng)結(jié)合了用于車輛的可變力以及可變系數(shù) 的多個雙空氣彈簧。
具體實施例方式圖1展示了用于車輛的一個空氣懸架系統(tǒng)10?？諝鈶壹芟到y(tǒng)10總體上包括一個 托架12、一個縱向構(gòu)件14、一個空氣彈簧組件16、一個阻尼器18、以及一個軸組件20。空 氣懸架系統(tǒng)10被固定到車輛的一個框架或底盤(以22示意性示出)上。縱向構(gòu)件14可 以包括(例如)一個懸架臂，并且軸組件20可以包括任何類型的軸，如一個驅(qū)動軸、非驅(qū)動 軸、掛車軸，等等。軸組件20在橫向間隔的車輪(未示出)之間延伸。應(yīng)該理解，該空氣懸 架系統(tǒng)10在軸的每一橫向末端處包括一個縱向構(gòu)件14、一個空氣彈簧組件16、以及一個阻 尼器18。參見圖2，以截面展示了空氣彈簧組件16?？諝鈴椈山M件16是沿一條中央垂直軸 線A限定的并且包括一個下安裝座24 (示意性地示出)、被附接到下安裝座24上的一個活 塞結(jié)構(gòu)或支撐件26、一個活塞氣囊28、以及一個主氣囊30。一個上安裝座32被附接到主氣 囊30上。上安裝座32以及下安裝座24在縱向構(gòu)件14與底盤22 (見圖1)之間提供了用 于空氣彈簧組件16的附接。活塞支撐件26是圍繞軸線A限定的一個圓柱形構(gòu)件。在下安裝座24處活塞支撐 件26可以被附接到許多不同結(jié)構(gòu)(例如，像一個支柱、減振器、或其他相似的機構(gòu))上。在 一個實例中，活塞支撐件26在多個焊接點W被附接到下安裝座24上；然而也可以使用其他 附接方法?；钊渭?6以及下安裝座24是相對剛性的部件?；钊麣饽?8是一個柔性的、有彈性的構(gòu)件并且通過一個第一帶件36以及一個第 二帶件38被附接到活塞支撐件26上。第一帶件36被緊固在活塞支撐件26的一個下端處 并且第二帶件38被緊固在活塞支撐件26的一個上端或相反端處。雖然示出了帶件，但應(yīng) 該理解，可以使用其他附接結(jié)構(gòu)和/或方法來將活塞氣囊28緊固到活塞支撐件26上?；?塞氣囊28限定了一個第一體積VI，該第一體積被垂直地封閉在這些帶件36、38之間并且在 活塞氣囊28的一個內(nèi)表面與活塞支撐件26的一個外表面之間。主氣囊30通過一個第三帶件42被安裝到活塞氣囊28上，該第三帶件相對于第二
5帶件38被徑向向外間隔，使主氣囊30位于第二帶件28與第三帶件42之間。換言之，主氣 囊30被夾在第三帶件42與第二帶件38之間。主氣囊30限定了一個第二體積V2。應(yīng)該理 解，雖然在所展示的實施方案中披露了兩個體積Vl和V2，按需要在彈簧組件16之內(nèi)也可以 使用額外的多個體積。此外，這些體積中的任何一個都可以被選擇性地分段，以提供進一步 遞增的體積的變化。一個空氣供給系統(tǒng)40 (在圖2中示意性地示出)對應(yīng)地響應(yīng)于一個控制器46 (示 意性地展示)通過第一以及第二供給導(dǎo)管44a、44b而獨立地使空氣輸送到體積VI、V2中。 控制器46是一個懸架控制器，它提供了主動式懸架控制方法。多個端口 48通過活塞支撐 件26將空氣供給到第一體積Vl中。活塞氣囊28作為用于主氣囊30的一個滾邊活塞表面來運行。換言之，主氣囊30 在一個活塞組件之上提供一個滾動囊片L，該滾動囊片具有由活塞氣囊28的可變體積提供 的一個可變直徑。當空氣彈簧組件16經(jīng)受道路負載的輸入時，主氣囊30的囊片L沿活塞 氣囊28的外表面滾動。通過改變活塞氣囊28內(nèi)的體積Vl或壓力Pl，活塞氣囊28的外部 直徑改變。由此，活塞氣囊28的體積Vl的變化改變了主氣囊30的有效活塞面積。還應(yīng)該 理解，主氣囊30將施加一個對抗活塞氣囊28的壓力P2，趨向于減小活塞氣囊28的外部直 徑，直至達到一個平衡的直徑。因此，壓力Pl的一個變化將改變活塞氣囊28的徑向彈簧系 數(shù)并且將改變同樣影響該主氣囊彈簧系數(shù)的平衡直徑。
參見圖3，在體積Vl內(nèi)增加空氣壓力使活塞氣囊28的直徑增加，以獲得一個更大 的彈簧系數(shù)以及行車高度。即，因為體積Vi有效地提供了一個更大的滾邊活塞，所以活塞 氣囊28的直徑的增加導(dǎo)致了氣囊組件16的一種擴展。當隨著體積Vl對應(yīng)地減小而使活塞 氣囊28內(nèi)的壓力被減小時(圖4)獲得了相反的結(jié)果。這減小了行車高度以及彈簧系數(shù)。當該滾邊表面的直徑被選擇性地改變時，體積Vl的一個相對小的變化提供了主 氣囊30的彈簧系數(shù)的變化。當體積V2之內(nèi)的壓力得到維持時，體積Vl內(nèi)的壓力變化使彈 簧系數(shù)的變化與行車高度的變化相關(guān)聯(lián)。通過同時改變Vl與V2 二者的體積可以替代性地 使壓縮以及回彈系數(shù)解除關(guān)聯(lián)。通過選擇性地控制體積Vl與V2內(nèi)的壓力，提供了彈簧系數(shù)的無限改變而無需一 個附加儲箱以及相關(guān)的致動器。體積Vl相對于體積V2的相對更小的體積允許壓力以及體 積的迅速改變，這使得能夠進行主動式懸架控制。在圖5所示的實例中，每個空氣彈簧組件16與一個減振器50相關(guān)聯(lián)。在一個實例 中，減振器50包括一個電控制的振動緩沖器?？刂破?6產(chǎn)生了多個控制信號以便按需要 改變一個減振器特征，例如像減振比，從而實現(xiàn)一個希望的操作/舒適水平。減振器50的 一個外部結(jié)構(gòu)被附接到空氣彈簧組件16的下安裝座24上。存在與圖5所示的車輛52的 每個車輪(即拐角)相關(guān)聯(lián)的一個空氣彈簧與減振器的組合。控制器46被配置為使用與 該減振器相組合的可變力以及可變系數(shù)的雙空氣彈簧配置，以提供調(diào)制彈簧剛度的一種實 時控制，從而改進車輛的操作和/或乘坐舒適性。如圖5所示，存在著到車輛52的多個駕駛者的輸入60，這些輸入被傳送到控制器 46上。這類輸入的實例包括駕駛盤角度輸入、被轉(zhuǎn)向的盤角度輸入、被轉(zhuǎn)向的盤輸入、油 門輸入、制動踏板以及壓力輸入、變速器模式選擇、等等。多個車輛輸入62也被傳送到控制 器46上。這些輸入的實例包括車身側(cè)傾角度、側(cè)傾率、偏擺率、不同方向的加速度、車輪速度、等等?？刂破?6還可以接收與這些空氣彈簧組件16相關(guān)聯(lián)的不同輸入。這些輸入的 實例包括減振器輸入、懸架位置(行車高度)、空氣供給儲存器的壓力、氣囊28、30內(nèi)的壓 力、流量閥門的動態(tài)特性、等等。不同的傳感器Sl-Sn被整合到車輛系統(tǒng)中，這樣這些輸入 中的每一個或者可以直接地被測量或者可以基于相關(guān)的輸入數(shù)據(jù)被估算出?？刂破?6使用這些輸入來控制車輛52的不同的動態(tài)特性。例如，控制器46使用 這些輸入來控制車輛橫向動態(tài)特性(例如像側(cè)傾角以及偏擺率)、縱向動態(tài)特性(例如，前 栽和后蹲)、以及垂直方向的動態(tài)特性(例如，維持行車平順性)?？刂破?6通過產(chǎn)生多個 控制信號64來完成這一點，這些控制信號被傳送倒位于每個車輪處的可變力以及可變系 數(shù)的雙空氣彈簧組件16上?？刂破?6確定了用于這些空氣彈簧組件16中的每一個的所 希望的彈簧力并且然后控制進入以及離開這些空氣彈簧組件16的空氣流動來實現(xiàn)所希望 的彈簧力。當在每個空氣彈簧組件16處實現(xiàn)了這些所希望的彈簧力時，在每個車輪處就提 供了適當?shù)能囕v行為?？刂破?6還能夠利用儲存在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，例如像查詢表、具體的車輛應(yīng)用數(shù) 據(jù)、以及過去的車輛性能數(shù)據(jù)。控制器取出這些輸入(如駕駛盤角度、被轉(zhuǎn)向的盤角度、偏 擺率、橫向加速度、車輪速度、被致動的制動踏板開關(guān)、以及制動壓力)來確定并產(chǎn)生用于 每個空氣彈簧組件16的控制信號64。對于控制器46的這些不同輸入是以一種連續(xù)的方式 來發(fā)送的，這樣就提供了一種閉合的反饋環(huán)路配置?？刂破?6分析這些不同的輸入以確定 適當?shù)膹椈上禂?shù)/力，從而實現(xiàn)所希望的車輛行為(操作/乘坐舒適水平)。控制器46進 一步分析這些不同輸入以確定主氣囊30和/或活塞氣囊28內(nèi)的壓力是否需要調(diào)整以實現(xiàn) 這個所希望的彈簧系數(shù)/力。如果要求充氣或放氣，則控制器46產(chǎn)生一個控制信號86，該控制信號被傳送到與 空氣彈簧組件16相關(guān)聯(lián)的一個閥門組件70上。閥門組件70可以包括用于使這些氣囊充 滿/膨脹以及使這些氣囊放氣/排氣的多個分離的閥門，或者可以使用多個閥門組合。這些 閥門組件70按需要被打開/關(guān)閉，以此實現(xiàn)用提供所希望的彈簧力/系數(shù)所需要的壓力。一旦達到這個壓力，控制器46持續(xù)地匯編并分析不同的數(shù)據(jù)輸入，從而以一種閉 環(huán)方式來持續(xù)地調(diào)整這些空氣彈簧組件16內(nèi)的壓力。控制器46將決定是否需要進一步的 調(diào)整/補償、并且產(chǎn)生被傳送到這些適當?shù)拈y門組件70上多個控制信號。應(yīng)該理解，控制器46可以包括控制所有車輛系統(tǒng)的一個單個的車輛控制器，或者 控制器46可以包括多個控制器以及多個控制模塊，它們被連接在一起以便按需要傳遞并 發(fā)送不同的數(shù)據(jù)輸入和輸出。此外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠確定一種軟件算法來完 成以上給出的這些步驟。該主動式空氣懸架的閉環(huán)控制為車輛的俯仰、偏擺、以及側(cè)傾提供了一種簡單地 可維持的并且精確的控制。因此，該閉環(huán)配置提供了一種實時控制，它顯著增加了系統(tǒng)的準 確性。這進而提供了對于車輛的改進的操作以及行車控制。盡管已經(jīng)披露了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認識到 在本發(fā)明的范圍之內(nèi)可以作出某些改變。為此原因，應(yīng)該研究以下權(quán)利要求來確定本發(fā)明 的真正范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種主動式空氣懸架系統(tǒng)，包括至少一個空氣彈簧組件，該空氣彈簧組件包括一個活塞氣囊以及圍繞所述活塞氣囊安裝的一個主氣囊；多個傳感器，這些傳感器測量多個車輛特征，所述傳感器產(chǎn)生多個傳感器信號；一個閥門組件，該閥門組件控制進入以及離開所述空氣彈簧組件的空氣供給；以及一個控制器，該控制器接收所述傳感器信號作為多個輸入、分析所述輸入以確定用于所述空氣彈簧組件對應(yīng)于一個希望的車輛行為的一種適當?shù)膹椈奢敵鎏卣?、并且產(chǎn)生一個輸出信號以改變所述空氣彈簧組件內(nèi)的壓力從而實現(xiàn)所述彈簧輸出特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣懸架系統(tǒng)，其中所述彈簧輸出特征包括一個希望的彈簧 系數(shù)/力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣懸架系統(tǒng)，其中所述控制器持續(xù)地接收多個傳感器信號 并且作為輸入、分析這些輸入以識別系統(tǒng)變化，并且響應(yīng)于所識別的多種系統(tǒng)變化持續(xù)地 并且主動地調(diào)整所述空氣彈簧組件內(nèi)的壓力，以便通過一種閉環(huán)方式維持所述希望的彈簧 系數(shù)/力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣懸架系統(tǒng)，其中所述控制器產(chǎn)生多個電控制信號，以便 主動地控制所述閥門組件，從而控制進入以及離開所述活塞氣囊以及所述主氣囊的空氣流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣懸架系統(tǒng)，其中所述至少一個空氣彈簧組件包括多個空 氣彈簧組件，每個空氣彈簧組件具有一個主氣囊以及一個相關(guān)聯(lián)的活塞氣囊，所述閥門組 件包括用于每個空氣彈簧組件的一個分離的閥門組件，并且其中所述控制器響應(yīng)于這些被 識別的系統(tǒng)變化而主動地調(diào)整每個所述活塞氣囊以及主氣囊內(nèi)的壓力，以此通過一種閉環(huán) 方式維持所述希望的彈簧系數(shù)/力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣懸架系統(tǒng)，其中所述控制器產(chǎn)生了多個控制信號以便獨 立于所有其他活塞氣囊以及主氣囊來控制進入以及離開每個活塞氣囊以及每個主氣囊的 空氣供給。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣懸架系統(tǒng)，該空氣懸架系統(tǒng)包括被安裝到每個空氣彈簧 組件上的至少一個減振器，所述控制器產(chǎn)生一個減振器控制信號以調(diào)整一個減振特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的空氣懸架系統(tǒng)，其中所述至少一個減振器包括一個電控制的 振動緩沖器，并且所述減振特征包括一個減振比。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣懸架系統(tǒng)，其中所述輸入包括駕駛盤角度、偏擺率、橫向 加速度、車輪速度、制動踏板的致動、或制動壓力中的至少一項。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣懸架系統(tǒng)，其中所述輸入包括駕駛盤角度、偏擺率、橫 向加速度、車輪速度、制動踏板的致動、以及制動壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣懸架系統(tǒng)，其中所述控制器通過個別地控制進入以及 離開每個活塞氣囊以及每個主氣囊的空氣流動對每個所述空氣彈簧組件的彈簧力以及彈 簧系數(shù)持續(xù)地進行調(diào)整。
12.控制一個空氣懸架系統(tǒng)內(nèi)的氣流的一種方法，該方法包括以下步驟(a)提供至少一個空氣彈簧組件，該空氣彈簧組件包括一個活塞氣囊以及圍繞所述活 塞氣囊安裝的一個主氣囊；并且提供了一個閥門組件，該閥門組件控制進入以及離開該活塞氣囊的空氣供給；(b)通過多個傳感器來測量多個車輛特征并且產(chǎn)生來自多個傳感器的多個傳感器信號；(C)接收這些傳感器信號作為輸入，分析這些輸入以確定用于該空氣彈簧組件的對應(yīng) 于一個希望的車輛行為的一個適當?shù)膹椈奢敵鎏卣鳎⑶耶a(chǎn)生一個輸出信號以改變該空氣 彈簧組件內(nèi)的壓力從而實現(xiàn)該彈簧輸出特征。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該彈簧輸出特征包括一個希望的彈簧系數(shù)/力。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，該方法包括持續(xù)地接收來自多個傳感器的多個傳感 器輸入信號，識別多個系統(tǒng)變化，并且響應(yīng)于所識別的多個系統(tǒng)變化主動地調(diào)整該活塞以 及主氣囊的至少一個中的壓力從而以一種閉環(huán)方式維持所希望的彈簧系數(shù)/力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，這些輸入包括駕駛盤角度、偏擺率、橫向加速 度、車輪速度、制動踏板的致動、或制動壓力。
全文摘要
一種主動式空氣懸架系統(tǒng)包括一個空氣彈簧組件，該空氣彈簧組件具有一個活塞氣囊以及圍繞該活塞氣囊安裝的一個主氣囊，以提供一種可變力以及可變系數(shù)的雙空氣彈簧配置。該空氣懸架系統(tǒng)被配置為以一種閉環(huán)方式準確地控制該系統(tǒng)內(nèi)的壓力。
文檔編號B60G17/016GK101844500SQ20101011743
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者約翰·阿什利·彼得森 申請人:阿文美馳技術(shù)有限責任公司