[发明专利]车辆悬架的电磁减振器

说明书

本发明涉及车辆悬架系统，特别是计算机控制的悬架系统。

用在机动车辆上的传统悬架系统有很多而且是各式各样的，但目前它们都是被动式的。它们的结构可能看上去差别很大，但都采用了两种基本元件，即弹簧和减振器，二者对悬架系统的动力学性能有重要影响。大多数汽车悬架系统中使用了卷簧、扭杆或片簧系列等形式的钢制弹簧，尽管将空气、橡胶和塑料复合材料用作弹簧介质的情况在逐渐增多。减振器是一成不变的液压装置。这些元件需要在广泛的运行状态下满足驾驶舒适性和车辆操纵性能这两项相互冲突的性能要求，上述运行状态包括有效载荷的大范围变化、道路类型和轮廓。在减振器的情况下，无法提供单一的最佳设置，以满足所有这些要求。为了提供良好的驾驶舒适性，需要采用低级别设置，除非车体质量受到激励或位于其谐振频率附近，而此时就需要采用高级别设置。为了在驾驶操作中同时控制车体和车轮，还需要采用高级别设置。因此，传统的减振器设置是一种折衷方案，并且通常被设置得在大多数状态下高于需要，以便充分应付相对不常出现的异常情况。这种折衷方案的一个后果是，减振器有时会在错误的时间产生强大和不希望有的力。

因此，为了提供更好的整体性能，一种具有至少两种设置的可变减振器被提出，它能够在任何一种设置下操作。利用多级减振器可以获得的益处是高度地取决于可以导致设置改变的车速，而且不同设置之间是彼此分离的。

作为一种替代性结构，空气悬架系统被以纯粹气动的形式或以液压—气动系统的形式采用。这些空气悬架系统的优点是车辆可以维持在任何预定的高度，附加优点是总能获得大的弹簧偏移。此外，驱动器可以随意改变驾驶高度，这一点对于用于将平台高度带到例如装载码头处或者帮助进入车辆而言特别有益。

最近，液压式“主动悬架”被研制出来。它们被设计得能够通过快速改变每个车轴与车体之间的刚性支柱的长度而消除弹簧悬架的不可避免的俯仰和侧倾动作。(一种此类主动悬架被设想得能够根据需要而在凸起处抬升每个车轮并且可将车轮向下推入凹坑中。)问题在于需要连续地实施精确控制的物理运动。显然，每个运动都需要一定的时间来完成，这就限制了在高速下应付小扰动的能力。一定数量的弹簧必须被约束住，以解决这一问题。峰值电能消耗问题和液压系统的复杂性也导致了装置昂贵并且不适合于大体积的应用场合。

本发明提出了一种悬架系统，其中气动悬架装置的动作可被一个电磁致动器改动，而这种改动被一个基于软件的控制器控制，以确定改动后的特性。

电磁致动器产生的力叠加在空气弹簧的力上，并且被快速和精确地控制，以产生理想的效果。电磁致动器可以与一个空气弹簧元件组合，从而形成两个分开的部件或一个整体组件。空气弹簧元件中的压力可以根据施加给悬架的命令而连续调节。

系统是一个非常高速的力调节器，它与其他任何类型的致动器都不相似。为了控制车轮传递到车辆上的力，不需要使任何部件从它离开。它可以在几分之一毫秒内作出反应，从而在车辆运动的每一英寸中使车轮的力能够瞬时选择性地与车辆隔离或与车辆耦合到任何所需程度，即使是在车辆满速行驶的状态下。事实上，这样可以使客车、卡车、越野车或军用车辆能够在实时电控下移动，从而变成一个高精度稳定化的平台。电控系统的机械结构很简单，并且具有内在的可靠性。系统被设计得还能够兼用作空气弹簧，从而根据道路状况、温度变化、车辆负载分布等等而实施自动调节。此外，在被反向驱动时，它可以将运动能量转换成电能。

系统可以在完全主动模式下使用，此时它从车辆直接吸取动力，以便在每个车轮支点处控制竖直力，从而可以实现最安全和最平稳的驾驶。它还可以在半被动模式下操作，此时它从车轮的竖直运动中吸取动力，并且利用这种动力控制车辆的姿势和位置，同时将任何多余的能量以电能的形式传输回中央动力源。

利用电磁致动器的一个优点是，它具有一个衔铁，衔铁相对于定子的位置或位置变化可以用于提供控制信号，该信号被供应到控制器中，以用于一种或多种目的，例如控制衔铁避免行程极限，或者控制空气弹簧的压力。

虽然参照的是空气弹簧和系统，但可以理解，任何气体或气体混合物均可以采用，而非仅限于空气。

悬架系统能够以多个不同的模式操作。它还被安置得能够退化而经过多个性能级别。

为了更容易理解本发明，下面参照附图而以示例的方式描述一个实施例，在附图中：

图1是适于用在本发明中的空气弹簧和电磁减振器的组合结构的示意性侧向剖视图；

图2是车辆的一个车轮上的悬架系统的示意性框图；

图3是车辆的一个车轮上的主动悬架系统的示意性框图。