用于车辆的悬架系统的制作方法
【专利说明】用于车辆的悬架系统
[0001]本申请是申请号为200980117523.1、申请日为2009年5月8日，发明名称为“用于车辆的悬架系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明一般地涉及安装在车辆上的悬架系统，并更具体而言，涉及包括用于在车辆的车体上安装诸如构成悬架设备的悬架缸之类的阻尼力产生装置的结构。
【背景技术】
[0003]作为包括发挥减震器作用的电磁致动器的悬架系统，即所谓电磁悬架系统，在例如专利文献I中描述了公知的一种。该电磁悬架系统具有能够基于天沟阻尼理论(skyhookdamper theory)来使簧上部分的振动有效地衰减的优点，并在车辆领域得到了积极的研发。目前，已经提出了针对致动器控制的各种提案。在以下专利文献2中描述的电磁悬架系统中，已经研发出用于补偿致动器的内部惯性力的控制。
[0004]专利文献I WO 02/08001 Al
[0005]专利文献2 JP-A-2004-237825
【发明内容】
[0006](A)本发明的概要
[0007]例如，存在一种在电磁悬架系统中使用的电磁致动器。该电磁致动器包括:㈧簧上侧单元，其连接至簧上部分；(B)簧下侧单元，其连接至簧下部分，并随着所述簧上部分和所述簧下部分彼此接近和远离的运动而相对于所述簧上侧单元运动；(C)丝杠机构，其包括彼此螺纹配合的螺纹杆和螺母，所述螺纹杆和所述螺母中的一者设置在所述簧上侧单元上，而所述螺纹杆和所述螺母中的另一者设置在所述簧下侧单元上，使得所述螺纹杆和所述螺母随着所述所述簧上部分和所述簧下部分的相对运动而相对于彼此旋转；以及(D)电磁电动机，其被配置为向所述螺纹杆和所述螺母中的一者施加对于所述螺纹杆和所述螺母的相对旋转的力。该致动器被配置为基于所述电磁电动机的力而产生致动器力，所述致动器力是对于所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动的力。
[0008]在一些情况下，该电磁悬架系统还包括例如具有特定结构的连接机构，以减轻从簧下部分施加至致动器的震动或冲击。该连接机构包括支撑弹簧，所述支撑弹簧用于允许所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的一者由所述簧上部分和所述簧下部分中与所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者连接的一者进行弹性支撑。所述连接机构被配置为由于所述支撑弹簧的弹性力而将所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者连接，并且允许所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者和所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动。即，所述连接机构被配置为用于通过弹簧来浮动支撑所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者。
[0009]但是，在具有上述连接机构的电磁悬架系统中，由于簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者的惯性力，并还由于其中簧上侧单元和簧下侧单元中的一者被弹性地支撑的结构，簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者发生振动。该振动会例如劣化车辆的驾乘舒适性，并干扰车辆的转向稳定性。因此，通过抑制或限制该振动，可以提高电磁选择系统的实用性。考虑到上述状况研发出了本发明。因此，本发明的目的是提高具有上述连接机构的电磁悬架系统的实用性。
[0010]为了实现上述目的，本发明提供了一种用于车辆的悬架系统，其中电磁电动机的簧上侧单元和簧下侧单元中的一者由簧上部分和簧下部分中的一者弹性地支撑，并且其被配置为在致动器的控制中执行用于使由于由簧上部分和簧下部分中的所述一者弹性地支撑簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者的结构所引起的簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者的振动衰减的控制。
[0011]在根据本发明的悬架系统中，可以有效地抑制簧上侧单元和簧下侧单元中的一者的振动，从而可以提高车辆的驾乘舒适性和车辆的转向稳定性等。因此，本发明确保在其中致动器由簧上部分和簧下部分中的一者通过弹簧支撑的悬架系统中提高实用性。
[0012](B)本发明的模式
[0013]将说明被视为可通过权利要求进行保护的本发明(以下在合适处称为“可要求权利的本发明”)的各种模式。本发明的每一种模式类似于所附权利要求进行标号，并在合适情况下可从属于其他一种或多种模式。这是为了更方便地理解可要求权利的本发明，并且应当理解，构成本发明的构成元件的组合并不限于以下描述的模式。换言之，应当理解，可要求权利的本发明应当着眼于以下对各种模式以及优选实施例的说明来解释。还应当理解，其中将一个或更多元件增加至以下任何一种模式或从以下任何一种模式删除而得到的任意模式可以被视为可要求权利的本发明的一种模式。
[0014]模式⑵的特征添加到模式(I)而获得的模式与权利要求1对应。与模式(3)及
(6)-(18)的特征相关的权利要求分别对应于权利要求2及3-15。
[0015](I) 一种悬架系统，其用于车辆，并包括:
[0016]电磁致动器，其包括:(A)簧上侧单元，其连接至簧上部分；(B)簧下侧单元，其连接至簧下部分，并随着所述簧上部分和所述簧下部分彼此接近和远离的相对运动而相对于所述簧上侧单元运动；(C)丝杠机构，其包括彼此螺纹配合的螺纹杆和螺母，所述螺纹杆和所述螺母中的一者被设置在所述簧上侧单元上，而所述螺纹杆和所述螺母中的另一者被设置在所述簧下侧单元上，使得所述螺纹杆和所述螺母根据所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动而相对于彼此旋转；(D)电磁电动机，其用于向所述螺纹杆和所述螺母中的一者施加对于所述螺纹杆和所述螺母的相对旋转的力，所述致动器用于基于所述电磁电动机的所述力而产生致动器力，所述致动器力是对于所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动的力；
[0017]连接机构，其包括支撑弹簧，所述支撑弹簧用于允许所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的一者由所述簧上部分和所述簧下部分中与所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者连接的一者进行弹性支撑，所述连接机构用于通过所述支撑弹簧的弹性力而将所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者彼此连接，并允许所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动；以及
[0018]控制器，其用于通过控制所述电磁电动机的工作来控制所述致动器的所述致动器力，
[0019]其中，所述控制器包括:
[0020]簧上振动衰减控制部分，其用于执行簧上振动衰减控制，所述簧上振动衰减控制用于产生具有取决于所述簧上部分的运动速度的大小的力作为所述致动器力的一个分量，以使所述簧上部分的振动衰减；以及
[0021]相对振动衰减控制部分，其用于执行相对振动衰减控制，所述相对振动衰减控制用于产生具有取决于以下量之一的大小的力作为所述致动器力的一个分量，以使由所述支撑弹簧引起的所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者的振动衰减:(a)所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动速度；以及(b)所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动速度。
[0022]根据以上模式(I)的悬架系统具有上述结构，其中电磁致动器的簧上侧单元和簧下侧单元中的一者由簧上部分和簧下部分中的一者弹性地支撑，并且悬架系统用于在致动器的控制中执行用于使由于上述弹性支撑机构引起的簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者的振动衰减。根据模式(I)，可以有效地抑制簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者的振动，由此可以提高车辆的驾乘舒适性、车辆的转向稳定性等。即，在其中致动器由簧上部分和簧下部分中的一者通过弹簧支撑的悬架系统中，提高了实用性。
[0023]模式(I)中的“电磁致动器”在其结构方面并不受具体限制，而可以采用能够发挥所谓电磁减震器作用的任意电磁致动器。可以采用具有公知结构的使用丝杠机构的电磁致动器。“丝杠机构”可以用于使得螺纹杆和螺母中的任一者可旋转，切致动器可以用于使得电磁电动机向螺纹杆和螺母中可旋转的一者施加旋转力。簧上侧单元和簧下侧单元中的每一者均可以被构造为包括螺纹杆和螺母中的被设置于其上的一个作为其构成元件。
[0024]在以上模式(I)中，致动器的“所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的一者”是由“所述簧上部分和所述簧下部分”中的一者借助于具有上述支撑弹簧的连接构件来浮动地支撑的。简言之，此后将簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者称为“浮动单元”，而此后将簧上侧单元和簧下侧单元中的另一者称为“固定单元”。此外，此后将簧上部分和簧下部分中与浮动单元连接的一者称为“单元浮动支撑部分”，而此后将簧上部分和簧下部分中与固定单元连接的另一者称为“单元固定部分”。
[0025]控制器的“簧上振动阻尼控制部分”是其执行上述基于所谓天钩阻尼理论的“簧上振动阻尼控制”的功能部分。具体而言，簧上振动衰减控制部分可以用于控制电磁电动机，使得致动器力变为等于作为与要实现的胡克阻尼器(hook damper)的阻尼系数相对应的控制增益和簧上部分的移动速度(即，簧上部分的绝对速度(簧上绝对速度))的乘积而获得的力。在执行簧上振动衰减控制以作为主要目标用于使处于簧上部分的共振频率(簧上共振频率)及其附近频率的振动衰减，具体而言，车辆的驾乘舒适性变得特别良好。
[0026]浮动单元具有惯性质量并以浮动方式由单元浮动支撑部分借助于连接机构的支撑弹簧进行弹性支撑。因此，浮动单元相对于单元浮动支撑部分进行振动。换言之，发生浮动单元和单元浮动支撑部分的相对振动。宽泛而言，该振动可以被视为浮动单元相对于单元固定部分的振动，即浮动单元和固定单元的相对振动。如果浮动单元的这种振动传递至簧上部分，则车辆驾驶员将感觉到该振动，并且车辆的驾乘舒适性劣化。此外，作为簧下部分的振动而作用的振动引起车轮施加至地面的负荷的变化，并且车辆的转向稳定性劣化。根据模式(I)的配置目的在于使由支撑弹簧引起的浮动单元的振动衰减从而抑制这种现象。
[0027]在该致动器中，根据簧上侧单元和簧下侧单元的相对运动而旋转的旋转体由螺纹杆和螺母中可旋转的一个、电磁电动机的转子、电动机的转轴等构成。因此，浮动单元的上述惯性质量被解释为不仅包括针对浮动单元和单元浮动支撑部分的相对运动的惯性质量(即狭义惯性质量)，而且还包括该旋转体的惯性矩，严格而言，通过将该惯性矩转换为针对相对运动的惯性质量获得的转换质量。取决于致动器的结构，惯性矩的转换质量大于狭义惯性质量。
[0028]控制器的用于使浮动单元的上述振动衰减的功能部分对应于“相对振动衰减控制部分”。由相对振动衰减控制部分执行的“相对振动衰减部分”是用于通过使浮动单元和单元浮动支撑部分的上述相对振动或者浮动单元和固定单元的相对振动衰减来使由支撑弹簧引起的浮动单元的振动衰减的控制。换言之，执行基于如下理论模型的控制:其中具有合适阻尼系数的阻尼器被布置于浮动单元与单元浮动支撑部分之间或浮动单元与固定单元之间。更具体而言，致动器可以被控制，以产生与要由阻尼器产生的里相对应的力。即，相对振动衰减控制部分可以用于控制电磁电动机以产生致动器力，所述致动器力是作为与阻尼器的阻尼系数相对应的控制增益与浮动单元和单元浮动支撑部分的相对运动速度或浮动单元和固定单元的相对运动速度的乘积而获得的。
[0029](2)根据模式⑴所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分用于执行用于产生具有取决于所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动速度的大小的力的控制，作为所述相对振动衰减控制。
[0030]在以上模式(2)中，通过使浮动单元和单元浮动支撑部分的相对振动衰减，来使浮动单元的振动衰减。因为支撑弹簧被布置于浮动单元和单元浮动支撑部分之间，所以根据模式(2)可以有效地使由支撑弹簧引起的浮动单元的振动衰减。
[0031](3)根据模式(2)所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分用于基于所述电磁电动机的转速以及所述簧上部分和所述簧下部分的相对运动速度，来产生具有取决于所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动速度的大小的力。
[0032]以上模式(3)是用于使浮动单元和单元浮动支撑部分的相对振动衰减的更具体模式。在以上模式(3)中，执行如下所述的控制:该控制在不直接使用浮动单元和单元浮动支撑部分的相对运动速度的情况下，通过利用浮动单元和固定单元的相对移动速度以及单元浮动支撑部分和单元固定部分的相对运动速度，而间接地基于浮动单元和单元浮动支撑部分的相对运动速度。
[0033]电磁电动机的旋转量对应于簧上侧单元和簧下侧单元的相对运动量。在电磁电动机的控制中，通常检测其旋转量。同时，大部分电磁悬架系统包括用于测量簧上部分与簧下部分之间的距离(此后在合适处称为“簧上-簧下距离”)的传感器，即行程传感器。根据模式(3)，可以在不设置任何额外的传感器的情况下容易地执行相对振动衰减控制。
[0034](4)根据模式⑴所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分用于执行用于产生具有取决于所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动速度的大小的力的控制，作为所述相对振动衰减控制。
[0035]在以上模式(4)中，通过使浮动单元和固定单元的相对振动衰减来使浮动单元的振动衰减。虽然支撑弹簧被布置于浮动单元与单元浮动支撑部分之间，但是由支撑弹簧引起的浮动单元的振动可以被视为浮动单元和固定单元的相对振动。因此，可以根据模式(4)容易地使浮动单元的振动衰减。
[0036](5)根据模式⑷所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分用于基于所述电磁电动机的转速，来产生具有取决于所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动速度的大小的力。
[0037]以上模式(5)是用于使浮动单元和固定单元的相对振动衰减的更具体形式。如以上所解释的，电磁电动机的旋转量通常在其控制中受到检测。根据模式(5)，可以在不设置任何额外传感器的情况下通过简单地获得电磁电动机的转速来更容易地执行相对振动衰减控制。
[0038](6)根据模式(I)至(5)中任一项所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分用于执行用于抑制由所述连接机构的所述支撑弹簧引起的所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者的共振现象的控制，作为所述相对振动衰减控制。
[0039]在惯性质量体由弹簧支撑的情况下，在具有基于惯性质量体的惯性质量和弹簧的弹簧常数的自然频率的振动中发生共振现象。在发生共振现象的频率及其附近频率的振动使车辆的上述驾乘舒适性和转向稳定性特别大程度地劣化。因此，期望抑制至少共振现象。相反，通过抑制共振现象可以有效地提高车辆的驾乘舒适性和转向稳定性。考虑到以上情况，在模式(6)中，相对振动衰减控制的目的针对抑制浮动单元的共振现象。在模式(6)中，在以上解释的理论模型中的阻尼器的阻尼系数可以被设定为用于抑制共振现象的合适值。换言之，相对振动衰减控制部分可以用于控制电磁电动机，以产生致动器力，所述致动器力是作为与合适阻尼系数相对应的控制增益和浮动单元和单元浮动支撑部分的相对运动速度或浮动单元和固定单元的相对运动