专利名称：具有终点挡板的可调减振控制的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及悬挂装置领域。更具体地，本发明涉及控制系统和方法，该系统和方法使用了一种特别的调谐减振器(tuned damper)、控制器以及传感器来触发终点挡板(end stop)的功能。
背景技术：
在车辆的使用中，由不平坦的路面引起的振动、冲击以及移动通过操作者的座位被传递到车辆的操作者。随着时间的过去，这些情况会导致危险的车辆操作、疲劳、下背疼痛、骨关节炎和腿不舒适。通常，在商业和公共交通运输中，如卡车和公共汽车中使用的座位包括悬架系统(suspension system)，该系统有助于减少车辆操作者的不舒适。这些悬架系统通常包括一个机械装置，如减振器，该装置连接在两个结构元件之间，如一个座位框架和一个车辆底盘。已知的减振器使用流体如工作媒体来产生阻尼力/扭矩并控制振动、移动和冲击。具体说来，已知的可控制的减振器包括电流变流体(ER)、电泳流体(EP)、磁流变流体(MR)、液压流体等。在简单的悬架系统中使用无源减振器。在更复杂的悬架系统中，使用可调减振器和控制器来控制减振器部件的移动并防止终点挡板碰撞。
在一定的条件下，一些或所有这些传统悬架系统很少过渡就进入终点挡板，并且这些终点挡板自身也会是对操作者突然的和不舒适的。这些终点挡板限定为系统行程的最大机械限制。通常，有一些大多是弹性体的震动衰减缓冲器被设计在该系统中，如果当发生终点挡板碰撞系统速度是相当大时，这会导致快速冲击。这向底部和顶部对系统中的机械组件造成的不希望的应力损坏系统的寿命(如联运装置、摆臂、衬套、接头等)，对座位占有者来说会是一种烦恼，而且会影响座位占有者的身体健康。更重要的是，当车辆的操作者经历一次终点挡板碰撞时，他在座位中的移动会导致车辆的失控。
已经使用了各种不同的方法来控制座位悬架系统中的振动。通常，在这种现有技术中，利用至少一个传感器来获得控制方法和操作条件，该传感器将系统操作信息提供给一个处理器，该处理器确定适当的初步控制信号传送到一个控制振动的电机装置，如一个磁流变流体减振器。在下述公开的美国专利中说明了许多用于控制振动的不同现有技术方法，如在Karnopp等的美国专利US3807678中描述的“Skyhook Control”；在Miller的美国专利US4821849中描述的“Relative Control”；在Miller的美国专利US4881172中描述的“ObserverControl”；在Ivers等的美国专利US4887699中描述的“ContinuouslyVariable Control”；在Boone等的美国专利US4936425中描述的“Delayed Switching Control”；在Wolfe的美国专利US5276623中描述的“Displacement Control”；在Catanzarite的美国专利US5652704中描述的“Rate Control”；在Catanzarite的美国专利US5712783中描述的“Modified Rate Control”以及他的美国专利US5964455中描述的“Method for AutoCalibration of a Controllable Damper SuspensionSystem”；以及在Southward等的美国专利US6049746中描述的“End stopControl Method”。
一个传统控制的乘坐(ride)管理系统使用一个无源减振器来减少座位移动。软(soft)无源减振器提供平稳通常乘坐(mid-ride)性能，但却让座位占有者在不期望的大振动输入期间易受不舒服上下上下颠簸的有害影响。在另一方面，硬(firm)无源减振器会最小化达到顶端和到达底部的波动，但是普通乘坐性能受损。另一种无源减振器被使用，此时驾驶员可以在一个软乘座(soft ride)和一个硬乘座(firm)之间手动调整。但是这仍有所述的缺点。
一个用于悬架(suspension)控制的简单可控减振器技术包括使用一个受控泄漏装置来形成低速区的力-速度曲线，而且该技术调整传送到减振器的控制信号以控制所期望的控制水平。如，在汽车的每个角落使用一个减振器。但是，没有终点挡板控制的形式。
一个更先进的座位悬架控制系统是由Lord Corporation(LordCorporation，Cary，NC)提供待售的Motion MasterRide ManagementSystem，该系统通过减少振动、冲击和移动来维持舒服的驾驶条件。所述Motion Master系统由四个部件构成。第一个部件是一个位置传感器，该传感器可操作地监控由改变公路和操作条件所引起的座位移动。第二个部件是一个控制器，该控制器持续地接收来自于位置传感器的信号，确定最佳的减振力并能以每秒180次的速率进行调整。第三个部件是一个冲击吸收器(shock absober)(减振器)，该吸收器可操作地在毫秒之内响应于控制器动作。最后一个部件是一个乘坐模式(mode)转换开关，该开关能使车辆的操作者在不同的乘坐选项中选择，如以操作者的偏好为基础的软(soft)、中(medium)、硬(firm)设置。所述的位置传感器和冲击吸收器是分开的单元，这两个单元安装在两个结构主体之间。所述冲击吸收器包含一个磁响应流体，该流体在遭受一磁场时可以从近固体变成液体并在几毫秒内返回原态。磁场越强，流体就更粘滞且减振力就更大。
所需要的是一个用于如悬挂座位的任何类型悬架系统的简单的固有低成本的减振控制方法。所需要的是一个减振器和控制方法，它们可以用于不能容忍为一个完全有特色的减振器控制器投入费用的地方，以及用于可控制的减振性能效果是有价值的地方。其它非座位应用，如一个汽车悬架，也可以从这样一个低成本高功能减振系统中获益。
发明内容
在一个实施例中，本发明包括一个减振装置，该减振装置包括一个第一模式、一个第二模式、一个传感器系统、以及一个控制系统。其中，所述第一模式具有第一减振水平，所述第二模式具有相应于一预定功能的第二减振水平，所述传感器系统具有相应于一正常位置(normal position)的一个第一输出和相应于接近终点挡板(end stopapproaching)的一个第二输出，所述控制系统可操作地接收第一输出和第二输出并执行第一模式和第二模式。当所述控制系统接收到第一输出时，所述减振装置可以以第一模式操作，而当所述控制系统接收到第二输出时，所述减振装置可以以第二模式操作。所述第一减振水平包括一个第一稳态功能，该功能相应于由驾驶者/操作者选择的一软、中或硬乘坐模式设置。所述预定功能包括一个第二稳态功能、一个上调(ramp-up)功能、一个下调(ramp down)功能、一个量级(magnitude)功能、一个持续时间(duration)功能以及一个持续时间截断(truncating)功能。所述预定功能可以是一具有一预定关掉时间的定时(timed)响应、一缩减(shut-off)所述定时响应的截顶(trucated)响应以及一以测量相对速度为基础的响应。
在另一个实施例中，当所述传感器系统探测到所述减振装置在一个上终点挡板控制限制和一个下终点挡板控制限制之间操作时，所述第一状态可以实行。当所述传感器系统探测到所述减振装置已经通过所述上终点挡板控制限制或所述下终点挡板控制限制时，所述第二状态可以实行。如果所述减振装置再次越过所述上或下终点挡板控制限制进入一行程距离时，所述截顶响应可以实行，在该行程距离中，所述传感器系统传送第一输出。
在又一实施例中，本发明包括一个悬架系统，该系统具有一个上终点挡板、一个下终点挡板、一个上终点挡板控制限制、一个下终点挡板控制限制、以及一个用于调整悬架速度(suspension velocity)的减振装置。该悬架系统受控以限制终点挡板碰撞。在又一实施例中，本发明包括用至少一个传感器来探测悬架系统相对于上和下终点挡板控制限制的位置；如果已经确定所述悬架系统已经分别移动(trip)越过上或下终点挡板控制限制而朝向上或下终点挡板，则计算相应于一预定功能的减振持续时间和减振水平的大小；传送一控制信号给所述减振装置以增加对于所要求水平的减振力；施加所述减振力。如果已经确定所述悬架系统并没有分别移动越过上或下终点挡板控制限制而朝向上或下终点挡板，则该控制方法可操作地实行一预定稳态减振水平。所述预定功能包括一稳态功能、一上调功能、一下调功能、一量级功能、一持续时间功能和一持续时间截断功能。减振持续时间和减振量级的计算来自于悬架相对速度的测量。所述预定功能通过控制方法而被利用，该控制方法包括一具有一预定关掉时间的定时响应、一缩减所述定时响应的截顶响应以及一以测量相对速度为基础的响应。如果所述减振装置再次越过所述上或下终点挡板控制限制进入在上和下终点挡板控制限制之间的行程距离时，所述截顶响应可以实行。
在又一个实施例中，本发明包括一个可控制的悬架系统，该系统包括一减振装置、一磁探针、一传感器系统以及一控制系统。其中，所述减振装置具有一可移动端和一静止端，这两端分别与一个第一结构元件和一个第二结构元件连接，而所述磁探针固定地连接到所述移动端，所述传感器系统包括至少一个位置传感器，该传感器可操作地探测所述磁探针的位置，另外，所述控制系统与传感器系统和减振装置电连接。所述控制系统可操作地接收来自于传感器系统的输出，并执行一控制所述减振装置的预定功能。所述控制系统还可操作地将电信号供给减振装置以提供足够的减振，从而防止所述系统到达上或下终点挡板限制。
在又一个实施例中，所述磁探针包括一个由铁旋转或线性磁场断续器(interrupter)构成的单磁体或一个双磁体线性或旋转探针。所述减振装置包含一场响应流体，如磁流变(MR)流体或电流变(ER)流体。
现在将参考附图对本发明的多个具体的实施例进行图示说明。在这些附图中，相同的元件给予相同的数字来标明；图1是悬架系统行程限制的示意性表示，该图中包括了根据本发明的一个代表性实施例的一个机械连接减振装置；图2a-c是一个座位悬架系统的示意性表示，根据本发明的一个代表性实施例，该悬架系统利用一个终点挡板控制系统来消除终点挡板的碰撞；图3是一个流程图，该示了根据本发明的一个代表性实施例的一个用于确定工作状态的主控制算法(algorithm)流程图；图4是一个原理图，该示了一个用于控制终点挡板碰撞的可调控制系统的一个实施例；图5是一个根据本发明的一个代表性实施例的在一次冲程期间切换两个位置传感器的图示说明；图6是一个根据本发明的一个代表性实施例的在一次冲程期间转换两个位置传感器的图示说明，该次撞击产生了一个两位(2-bit)传感器子系统的所有可能状态；图7是一个根据本发明的一个代表性实施例的增加电流强度以避免终点挡板碰撞的效果的图示说明；图8是一个根据本发明的一个代表性实施例的一个常规定时(timed)终点挡板控制脉冲和一个截顶(truncate)控制脉冲之间的对比的图示说明；图9是一个根据本发明的一个代表性实施例的一个假适应(pseudo-adaptive)终点挡板控制方法的图示说明；
图10是一个根据本发明的一个代表性实施例的包括一个减振装置、旋转位置传感器以及控制系统的图示说明；以及图11是一个根据本发明的一个代表性实施例的包括一个减振装置、线性位置传感器以及控制系统的图示说明。
具体实施例方式
如所要求的那样，本发明的详细实施例将在本文中公开，但是，不言自明，所公开的实施例仅仅是作为本发明的例证，而本发明可以以不同的选择性形式来实施。在本文中所公开的具体结构和功能性细节并不解释为限制，而仅仅解释为权利要求的基础，是作为用于教导本领域普通技术人员以不同的形式使用本发明的代表性基础。在全部附图中，同样的元件被给予同样的数字表示。下面所述的减振控制方法和系统适用于座位应用，然而原则上也适用于任何要求高功能的减振系统的非座位应用。
现在将参考图1，被控制的悬架系统48通常包括一个机电减振装置50，该装置50连接在一个第一结构元件52和一个第二结构元件54之间。所述机电减振装置50可以包括如包含一种场响应材料或流体56的一个磁流变(MR)减振或一个电流变(ER)减振。所述流体是一种组合物，这种组合物在磁/电场存在下经历表观粘度的变化。在所应用的磁/电场存在下，在流体中的微粒极化并组织成团或成链，这就增加了流体的表观粘度或流动阻力。当所应用的磁/电场被除时，所述微粒回到无组织或自由状态，并且磁流变(MR)流体的表观粘度降低。所述的机电减振装置50分别与第一和第二结构元件52和54在它们的各自端部58和60处利用螺栓或其它紧固装置连接。所述第一和第二结构元件52和54可以是任何两个可以相对移动的结构，如一个悬架部件(如框架、支架、联动装置等)、一个机动车辆的框架、一个座位等。选择性地，在这里所图示的且在所述减振装置50内的多个弹性体挡板62(“减振器”)可以起着防止终点挡板碰撞的一个最终手段的作用。
所述减振装置50通常包括安装在一个腔室内的一个活塞64和一个杆状物65，该腔室由一个减振器体66形成，而且所述活塞64和杆65适合于以与减振器体66的内部滑动接触的形式滑动。所述活塞64通常包括一个软活塞带，该软活塞带在活塞64和管状减振器体66之间形成密封。所述减振装置50还包括一个被密封的内部空间，该内部空间基本上由流体填满并由活塞64分成两个腔室。所述活塞64可以包括一个流动通道68，该通道68允许流体在两个腔室之间流动。一个密封和轴承组件69防止流体56漏出且帮助杆状物65和活塞64在壳体内对准。所述减振装置50可以利用预定量的十字活塞64或十字阀的泄漏以减少当方向逆转时减振的生硬性(harshness)。这就允许基本的普通行驶(mid-ride)减振被固定。然后，所述的减振装置50有些象传统的可调无源减振器那样操作，而没有所要求的有源控制。通过调整稳态控制信号来完成控制，它随后调整了所应用磁场的大小，从而调整了表观粘度。
所述减振装置50所安装进入的悬架系统48包括一个行程限制的第一端部或终点挡板70，以及一个行程限位的第二端部或终点挡板72。当所述悬架在它的终点挡板70和72之间移动时，所述活塞64运行一预定的距离。一次大的撞击可能会引起活塞64与终点挡板70和72相遇。所述第一和第二终点挡板70和72限定了悬架以及由此活塞64的行程距离74，而且相应于存在于如一悬浮座位和一车辆框架之间的最大和最小间距。所述活塞64的最大行程距离限定为活塞64可以从第一悬架系统终点挡板70到第二终点挡板72行进的总距离。一个第一(上)控制限制76和一个第二(下)控制限制78限定了沿行程距离74的位置，在所述位置处，设置一个简单的传感器以启动(trip)，从而通过施加通常增加了稳态的电流的一预定功能到所述减振装置50上来改变减振水平。根据操作者的偏好、悬架系统所使用的环境、或座位制造商的偏好以及所述预定功能的特征，所述第一和第二控制限制76和78可以设置在任何预定位置。所述终点挡板控制限制76和78的适当定位也可以基于所用的减振装置50的类型。如一种具有响应于输出力曲线的输入指令的减振装置可以要求较少的距离以适当地防止所述悬架与终点挡板70和72之一碰撞，这与一个具有一较少响应指令响应时间的减振装置50成对比。例如，在某种环境下，令人满意地，获得一软乘坐，其中的座位被允许一个更大的行程距离，如一个卡车在一不平坦的地面上行进时。在另一个例子中，具有很有限的行程距离的座位是令人满意的，如一个用于在一平坦的赛车道表面行进的赛车硬乘坐。在一个例子中，所述第一和第二控制限制76和78可以设置在如从行程限制向内大约20％的一位置80处，从而提供了一种大约为总的行程距离74的60％的第一模式行程距离82。在另一个例子中，所述和第一和第二控制限制76和78可以设置在如从行程限制向内大约30％的一位置80处，从而提供了一种大约为总的行程距离74的40％的座位行程距离。
仍然参考图1，所述悬架系统48包括一个传感器系统84。所述传感器系统84包括一个或多个传感器，如非接触式传感器(proximitysensor)、位移传感器、霍耳效应开关、微动开关、光学开关、速度传感器、一个具有微动开关的旋转凸轮、任何其它可操作地用于确定活塞64的位置的非接触开关或传感器、或与所述终点挡板70和72相对的活塞64关联的元件。所述的传感器系统84还可操作地用于当所述悬架(suspension)接近所述终点挡板70和72之一时向一个控制系统88发送信号。在一个实施例中，一个传感器可以用于探测活塞64相对于第一和第二控制限制76和78的位置。在另一个实施例中，可以使用两个传感器，一个在行程距离74的每一端处用于探测控制限制76和78。在又一个实施例中，一个传感器被用于确定活塞64相对于终点挡板70和72的位置，而另一个传感器被用于获得对速度的估计，如将在下文中更详细描述的那样。当一个终点挡板靠近时，通过传感器系统84探测到一个输入信号86。所述传感器系统从传感器系统84的一输出端发出一个输入信号90到达控制系统88的一个输入端。
所述控制系统88可以利用多种不同的技术来设置控制信号到一预定水平，从而引起减振装置50产生一预定力来帮助避免在悬架行程限制处接触。当一个终点挡板限制的控制限制76和78移动时，所述控制系统88接收到一个来自于传感器系统的信号92，并且确定和产生了一个终点挡板功能。利用被设置来在某些选择位置启动的传感器，可以通过施加一增加的电流到减振器上来改变减振水平，这些选择位置如在从行程限制向内大约20％的距离处。根据本发明，所述控制系统88可以包括一个提供可调减振的简单类似或数字控制器、一个适当的微处理器、和/或一个存储器以完成全部控制。所述终点挡板功能利用减振装置50控制施加到所述系统上的减振力，从而防止所述悬架系统与第一和第二终点挡板70和72相遇。例如，在一个座位悬架应用中，当所述系统遭遇一个路面平坦的变化时，一个太小量的减振力会允许该座位与第一和第二终点挡板70和72碰撞。一个太大量的减振力会产生一个对操作者的生硬乘坐。在系统88中，通过上调(ramp up)或下调(ramp down)所述减振力完成了一个最佳终点挡板过渡转换(transition)。所述控制系统88和传感器系统84可以位于同一壳体中，或它们可以作为分开部件位于不同的壳体中。
在各种不同的实施例中，控制系统88可操作地用于调整供给减振装置50的控制信号处于增加/减少的水平，从而引起减振装置50产生一个可调力以避免在悬架终点挡板限制处接触，并减少在第一和第二元件52和54之间的振动和移动。当所述悬架系统从终点挡板反转方向且向后越过一控制限制时，所述控制系统88还可操作地转而停止或减少减振水平以避免不需要的力。所述控制系统88可以根据情形执行几个预定编程的控制功能之一，如与完全行进越过控制限制76和78几乎接近了悬架终点挡板70和72相比，在悬架行进刚越过终点挡板控制限制76和78的情况下，施加一控制功能。
现在参考图2a、2b和2c，这三个图示意性地说明了适于结合本发明的终点挡板控制系统使用的一个典型的座位悬架系统的不同位置。所述传感器系统84检测到，相对于最大和最小终点挡板限制70和72，减振装置50的一个定位，如活塞64位置。该代表性的悬架系统支撑一个与一座位基部102连接的座位100。当座位100在一个相对于基部102的预定伸出位置时悬架系统接近终点挡板70(图2a)或当在相对于基部102的预定缩回位置时，其接近终点挡板72(图2c)。该居中座位位置(图2b))是指当座位不受振动性干扰或基本上不受振动性干扰时座位所取的位置。该居中的座位位置是可以由座位占有者根据舒适度和个人偏好选择和调整。当第一或第二终点挡板控制限制76和78移动时，供给减振装置50的控制信号被调整以迅速增加减振水平。
座位100可以包括一个机械多杆联动装置，该装置具有一个第一连接杆104和一个第二连接杆106。在图2a-c中的联动装置显示为二维的，这仅仅是为了图示说明的目的，而且应当明白的是，该联动装置可以包括其它的元件，这些元件由用于可移动地连接座位100和悬架系统的任何适合的机构组成。所述机械联接装置可以是本领域普通技术人员已知的一种传统设计，并因而不要求对联接装置进行更多的说明。传感器系统84的一个或多个位置传感器与减振装置50连接，且用于探测活塞64的位置以及座位100的位置。所述传感器系统84、控制系统88以及减振装置50是电连接的。
本发明的控制系统通过控制供给减振装置50的控制信号如电流或电压，从而自动地探测和响应向终点挡板70和72的接近程度。减振装置50可以以两种模式进行操作，每一种模式都有它自己的相应减振特征。第一种减振模式是一具有第一减振水平的稳态模式，该减振水平可以随意地从多个减振水平中选择。第一减振水平相应于在终点挡板控制限制76和78内的正常操作。正常操作减振可以被定义为这样的操作模式，在该操作模式中活塞64在第一和第二终点挡板控制限制76和78之间移动，并且不会越过这两个限制。在稳态模式的情况下施加到减振装置50上的控制信号的量可以被调整，从而提供一软、中、硬或任何其它与减振量级相应的悬挂设置，其中软量级比中量级低，而中量级比硬量级低。该设置可以由座位占有者调整或可以是根据应用类型而定的预定设置。第二减振模式包括一个基本增加的第二减振水平，该减振水平相应于一预定功能。该第二模式也可以被认为是终点挡板模式。在该终点挡板模式中，控制系统88应用以传感器系统84的输出为基础的预定功能。该功能影响施加到减振装置50上的减振水平，而且该功能包括减振量级、减振持续时间、上调、下调或任何其它与控制信号相关的功能。
控制系统包括至少三个由控制系统执行的控制方法一个定时终点挡板控制方法、一个剪短的定时终点挡板控制方法的截顶(truncated)控制方法、以及一个用测量悬架相对速度来关掉(turn off)所述终点挡板控制脉冲的控制方法。在所有三种控制方法中，控制系统88可操作地改变供给减振装置50的电流，因而引起减振装置50产生更多力，以避免在悬架行程限制或终点挡板处接触。
现在参考图3，一种用于调整供给减振装置50的控制信号的控制方法包括用一个计时器(timer)在一预定时间过去后关掉(turn off)终点挡板控制电平。该实施例在悬架行进完全越过终点挡板控制限制76和78并到达终点挡板70和72附近的情形下很有效地操作。
仍然参考图3，传感器系统监控(程序块120)减振装置50以及它的部件相对于终点挡板控制限制76和78的定位。在实时中，传感器系统84传送一输出到达控制系统88，以指示是否已经到达终点挡板控制限制(程序块122)。如果已经确定悬架行程并没有到达终点挡板控制限制，那么该悬架就处于第一模式，并应用了一固定的减振电平(程序块124)。该固定的减振可以定义为这样的操作模式，在该模式中，所述悬架系统在第一和第二终点挡板控制限制76和78之间行进，且并没有越过这些限制。在稳态模式期间施加到减振装置50上的控制信号的量可被调整，从而提供一软、中、硬或任何其它悬浮设置。该设置可以由座位占有者调整(程序块126)或可以是以应用类型为基础的预定的设置。如果确定该悬架行程到达终点挡板控制限制76和78，则使用所述的预定时间减振方式(profile)(程序块128)。横越终点挡板控制限制76和78触发在控制系统88内一个计时器开始具有持续时间t的定时脉冲(程序块130)。
在悬架已经行进越过终点挡板控制限制76和78中任一个而朝向终点挡板70和72的情形时，控制系统计时器将运转一预定时间(t)直到计时器计到时(timed-out)。该时间(t)应当被调整到足够长以使座位100慢下来，但是充足短以允许座位100回到中心。在所述悬架再次越过控制限制回到正常操作模式行程范围内的情形时，控制系统88可在计时器定时器停止前缩短(cut short)终点挡板控制脉冲(程序块132)。然后，施加到减振装置50上的减振控制信号的量被重新调整到应用稳态模式(程序块134)。通过截顶终点挡板脉冲，显著改善乘坐的舒适度，特别是按照平稳过渡(smooth transition)。一个代表性的可调控制的实施例如图4中所示。
在又一实施例中，控制系统88收到一个来自于传感器系统84的一个第二传感器的输出信号，该输出信号作为控制系统88的输入信号触发了一个终点挡板功能。因此，当座位100越过终点挡板控制限制76和78之一并接近相应的终点挡板70和72之一时，一个额外的减振力被计算出并应用，以防止与第一或第二终点挡板70和72的可能碰撞。一个相对速度的减振力会以座位100相对于基部102的速度为基础被计算出。在一个实施例中，该相对速度的减振力直到座位越过预定的终点挡板控制限制76和78时才会被计算出。如上所述，终点挡板控制限制76和78通常是第一和第二终点挡析70和72之间的总行程距离的0-25％。在该实施例中，被传感器系统88传送出的输出是速度的估计。当相对速度用于计算减振力时，行程的终点控制明显改进。该相对速度可以用于确定减振力的大小。而且，悬架相对速度的测量可以用于关掉终点挡板控制脉冲。如，当速度接近零时，控制系统88终止在悬架最初越过控制限制时开始的终点挡板控制脉冲。
现在参考图5，该图显示了一代表性的方案(arrangement)，其中两个位置传感器，传感器1和传感器2，在活塞64行程期间切换。传感器1和2一起确定了活塞64相对于终点挡板70和72的位置，而且传感器1和2也提供在活塞64通过这些传感器时的活塞64的相对速度的计算估计。每个传感器的极性是不相关的。以座位类型和悬架系统被安装的相关设备为基础，传感器的精确相对定位，是留给设计者/调试者(tuner)的任务。相应于图5所选择的控制限制的传感器系统触发位置仅仅是为了图示说明的目的。例如，如果对于一个单传感器的一个触发位置设置在20％刻度处，那么对于一个双传感器的触发位置可设置在15％和20％刻度处、或18％和22％刻度处。该确切的传感器定位可以选择作为调试过程的一部分。另外，传感器触发位置不必对称。例如，如果一个特定的应用在0％行程终点刻度时具有大问题，而在100％行程终点(end of travel)刻度时没有或很小问题，那么该触发位置会被选择为15％、20％、25％和80％。这个方案可用于在更关键(critical)行程终点附近取得改善的位置和速度信息。
在一个例子中，该功能可如下进行。减振装置50的活塞64最初在中间行程(50％)刻度150附近时，假定发生一个大的输入驱动活塞64向0％行程刻度150前进。当活塞64越过30％行程刻度154时，传感器2可以启动(toggle)，而一个定时器(数字或模拟)会在控制系统88中开始运行。当活塞64越过20％刻度156时，以时间(t)去除行程距离(x)就计算出相对速度。然后，可以计算出一个适当的力的大小，如一个常数乘以相对速度的平方。在计算出力的大小之后，控制系统88应用了预定的功能，该功能在本身为相对速度函数的预定时间内将减振力调节(ramp)到计算的大小。可预期在上述例子中的许多变体的。例如，该力可以以在30％刻度154和20％刻度156之间以相对低的速率被调节(ramp up)到一预定名义值，且之后，调节(ramp)到最终的计算大小。
根据所使用的定位传感器类型以及所探测的目标的属性，捕获其它的信息是切实可行且经济的。现在参考图6，该图显示了传感器2的附加探测区(transition)，产生了一个2位传感器子系统(2-bit sensorsub-system)的所有可能状态。传感器1和2一起确定活塞64相对于终点挡板70和72的位置，而且传感器1和2也在活塞64通过这些传感器时提供活塞64的相对速度的计算估计。例如，如果传感器2是非接触式探头(proximity probe)，那么在目标中的相当小的变化就产生额外跃迁转变(transition)。最终的位置和速度信息用于进一步改进终点挡板算法(algorithm)。可预见的是，可以增加其它的数字传感器。
现在参考图7，随着时间的过去，传感器系统84持续地监控悬架系统的位置变化。该传感器系统确定悬架系统是否在预定的正常操作范围内。当悬架定位在终点挡板控制限制76和78之间时，本发明的终点挡板控制系统，除了在控制水平之间调整外，不会影响施加到减振装置50的控制信号。当悬架在终点挡板控制限制76和78之外时，施加到悬架上的减振水平依照控制功能/算法的逻辑增加。图7显示了当终点挡板触发点76和78被移动时，供给减振装置50的控制信号以终点挡板控制脉冲的形式迅速增加(ramped up)172，以防止终点挡板碰撞。减振控制信号的大小可以由座位占有者选择的稳固性(firmness)设置或以一特定应用为基础的预定设置来确定。例如，减振设置可以包括稳定控制软信号(signal-soft)176、稳定控制适中(medium)信号178和稳定控制硬(firm)信号180。所述终点挡板控制脉冲可以上调172(ramp up)直到达到一期望的减振量级，以避免终点挡板碰撞。当终点挡板控制脉冲时间(t)终止时，那么控制信号可以被下调(rampdown)174到稳态操作模式176、178和180的稳态控制信号。
现在参考图8，会发生这样一种情形，在该情形中，车辆遭受一次大的冲击，如在公路上的大撞击。这会导致悬架系统越过190上终点挡板控制限制76而完全进入一个上终点挡板区192。在这种情形中，终点挡板控制计时器会被触发能够运转完成。上正弦相似曲线191表示了悬架系统的移动，而下正弦曲线193表示了减振装置50的控制信号。在另一个例子中，假定对于车辆的冲击恰好足以引起悬架移动194到上终点挡板控制限制76。当所述悬架系统没有越过进入上终点挡板区192时，则悬架的在上终点挡板区中的时间就会比终点挡板控制脉冲的预定时间短。在这种情形下，完成全部的定时(timed)脉冲是不期望的，而且，控制信号脉冲可以截顶196。该控制信号回到了它的稳态。
现在参考图9，当悬架系统遭遇一系列引起悬架系统重复为移动到上终点挡板控制限制76，紧随其后移动到下终点挡板控制限制78模式时，会产生一种假适应(pseudo-adaptive)模式。上正弦相似曲线191表示了悬架系统的移动，而下正弦曲线193表示了减振装置50的控制信号。所述假适应模式可以具有比第一模式的稳态功能更大量的有效平均减振水平。所述终点挡板控制脉冲被启动从而引起减振装置50增加它的减振力。当悬架系统再次越过上终点挡板控制限制76返回进入稳态模式时，控制信号紧随一预定衰减曲线返回到预定稳态大小。在所述假适应模式中，控制信号决没有机会返回到稳态模式大小，因为下终点挡板控制点78被移动，要求控制系统88再次增加施加到减振装置50上的控制信号。在大量系列的事件期间，所述有效平均控制信号导致有效增加的稳定控制信号200。
图10图示说明了悬挂控制系统210具有非线性传感器系统和可调的减振装置50，它们可以利用本发明的终点挡板控制系统来控制。所述减振装置50包括场响应流体，如磁流变流体(MR)或电流变流体，在施加磁/电场时，这些流体的屈服切变强度(yield shear strengh)会发生变化。位置传感器214与控制系统88连接，如电路板216，而且还用于探测磁场的存在，如用铁旋转磁场断续器(interrupter)218建立的一个单磁体220。该场断续器218与减振装置50的一杆状物端部222连接。所述控制系统88通过链路223与减振装置电连接。位置传感器214与控制系统88电连接，该控制系统88you又与减振装置50连接。所述减振装置50用于在操作期间控制座位100的位移。在系统操作期间，电信号通过链路223供给减振装置50以提供充分的减振，从而防止系统到达最大和最小终点挡板限制70和72(图1)。当场断续器218旋转时，传感器214在控制限制76和78处由磁体220启动触发。
图11图示说明了一个悬挂控制系统230，该系统230具有可调减振装置50，该装置50利用了一个外部的线性传感器系统232。该减振装置50包含一个场响应流体，如磁流变流体(MR)或电流变流体，在施加磁/电场时，这些流体的屈服切变强度会发生变化。一个位置传感器236与一个控制系统88连接，而且还用于探测一个双磁性238线性探针234的位置。在一个实施例中，可以使用一个第二传感器，该传感器是最初的传感器的一个复本，当通过终点挡板行程点76和78(图1)时，该传感器可操作地向控制系统88传送信号。所述双磁性线性探针234与减振装置50的一杆状物端部222连接。位置传感器与控制系统88电连接，该控制系统88又通过链路223与减振装置50连接。所述减振装置50用于在操作期间控制座位100的位移。在系统操作期间，电信号供给减振装置50以提供足够的减振，从而防止系统到达最大和最小终点挡板限制70和72。也可以将一个单固定磁体与一个铁断续器合并使用。
明显的是，根据本发明的系统和方法，在此已经提供了高功能的减振控制系统和方法，该系统和方法最初是为悬挂座位使用，但没不限于此。虽然本发明的系统和方法已经参考优选实施例和其中的例子进行说明，但是其它的实施例和例子也可以完成相似的功能和/或达到相同的结果。所有这些等同的实施例和例子都在本发明的精神和范围之内，且它们都打算由所附的权利要求覆盖。
权利要求
1.一种移动控制装置包括具有第一减振水平的第一模式；具有相应于预定功能的第二减振水平的第二模式；传感器系统(84)，该系统具有相应于所述装置的正常位置的第一输出和相应于所述装置的接近终点挡板位置的第二输出；控制系统(88)，用于接收第一输出和第二输出并执行第一模式和第二模式；其中，当所述控制系统接收到第一输出时，所述移动控制装置能以第一模式操作；而且当所述控制系统接收到第二输出时，所述移动控制装置能以第二模式操作。
2.根据权利要求1所述的移动控制装置，其中所述第一减振水平包括第一稳态功能。
3.根据权利要求1所述的移动控制装置，其中所述预定功能包括从以下组中选择的功能，该组由第二稳态功能、上调功能、下调功能、量级功能、持续时间功能以及持续时间截顶功能组成。
4.根据权利要求2所述的移动控制装置，其中所述第一模式包括从以下组中选择的设置，该组由软设置、中设置和硬设置组成；其中，所述硬设置相应于硬减振水平，该硬减振水平比相应于所述中设置的中减振水平高，而该中减振水平比相应于所述软设置的软减振水平高。
5.根据权利要求1所述的移动控制装置，其中所述正常位置相应于所述移动控制装置在一上终点挡板控制限制(76)和一下终点挡板控制限制(78)之间的操作。
6.根据权利要求1所述的移动控制装置，其中所述接近终点挡板位置相应于所述移动控制装置在上终点挡板控制限制(76)处或之上的操作或在下终点挡板控制限制(78)处或之上的操作。
7.根据权利要求3所述的移动控制装置，其中所述控制系统(88)还包括应用所述预定功能的控制方法，其中所述控制方法从以下组中选择，该组由具有预定关掉时间的定时响应、缩减所述定时响应的截顶响应以及以测量相对速度为基础的响应组成。
8.根据权利要求1所述的移动控制装置，其中如果所述移动控制装置在预定时间内从所述接近终点挡板的位置改变成所述正常位置，所述控制系统(88)会截顶所述预定功能。
9.根据权利要求1所述的移动控制装置，其中所述第二模式包括一假适应减振状态。
10.一种用于限制终点挡板碰撞的方法，其应用在悬架系统(48)中，悬架系统(48)具有上终点挡板(70)、下终点挡板(72)、上终点挡板控制限制(76)、下终点挡板控制限制(78)以及用于调整所述悬架速度的减振装置(50)，所述方法包括用至少一个传感器(214)来探测悬架系统(48)相对上和下终点挡板控制限制(76)和(78)的位置；根据预定功能，传送控制信号给所述减振装置(50)以改变减振持续时间和水平的大小；以及在持续时间内施加所述减振水平。
11.根据权利要求10的方法，还包括如果所述悬架系统(48)并没有分别朝向上或下终点挡板(70)和(72)移动越过上或下终点挡板控制限制(76)和(78)，则实行预定稳态减振水平。
12.根据权利要求10的方法，其中所述预定功能包括从以下组中选择的功能，该组由稳态功能、上调功能、下调功能、量级功能、持续时间功能以及持续时间截顶功能组成。
13.根据权利要求10的方法，其中所述减振持续时间和减振量级的计算从对悬架相对速度的测量产生。
14.根据权利要求10的方法，其中所述稳态功能包括从以下组中选择的设置，该组由软设置、中设置和硬设置组成；其中，所述硬设置相应于硬减振水平，该硬减振水平比相应于所述中设置的中减振水平高，而该中减振水平比相应于所述软设置的软减振水平高。
15.根据权利要求10的方法，其中所述预定功能利用控制方法施加，该控制方法是从以下组中选择的方法，该组由具有预定关掉时间的定时响应、缩减所述定时响应的截顶响应以及以测量相对速度为基础的响应组成。
16.根据权利要求15的方法，其中如果所述减振装置在预定时间内从所述接近终点挡板的位置改变成所述正常位置，则所述控制方法包括所述截顶响应。
17.根据权利要求12的方法，其中所述稳态功能包括假适应减振状态。
18.一种可控制的悬架系统(48)，包括减振装置(50)，该减振装置具有可移动端(58)和静止端(60)，这两端分别与第一结构元件(52)和第二结构元件(54)连接，其中该减振装置(50)包括相应于正常操作范围的第一位置范围和相应于接近终点挡板的操作范围的第二位置范围，其中所述减振装置(50)能利用减振器控制信号在多个减振水平之间调整；磁探针，该磁探针相对于可移动端(58)位置可变；传感器系统(84)，该传感器系统包括至少一个位置传感器(214)，该传感器可操作地探测所述磁探针的位置，所述传感器系统(84)具有至少一个第一输出和一个第二输出，所述第一输出相应于所述正常操作范围，而所述第二输出相应于所述接近终点挡板操作范围；和控制系统(88)，该控制系统与传感器系统(84)和减振装置(50)电连接，所述控制系统(88)包括正常减振器控制功能和一个接近终点挡板减振器控制功能，其中，当第一输出被接收时，所述正常减振器控制功能能操作并产生第一减振器控制信号用于调整减振装置(50)到第一预定稳态减振水平，其中，当第二输出被接收时，所述接近终点挡板减振器控制功能能操作并产生一个第二减振器控制信号，从而用于调整减振装置进入可调减振水平，该可调减振水平根据预定功能进行调整，该预定功能具有上调部分、第二稳态部分、下调部分和预定持续时间，在这里，在第二稳态部分中的减振水平比在第一预定减振水平高。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述磁探针包括具有铁的旋转或线性磁场断续器(218)的单磁体(220)或双磁体线性或旋转探针(234)。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述减振装置(50)包含场响应流体，该流体选自由磁流变流体和电流变流体组成的组。
21.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制系统(88)位于与所述传感器系统(84)相同的壳体中。
22.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制系统(88)和传感器系统(84)是不配置在同一壳体中的分开部件。
23.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制系统(88)执行控制方法，该控制方法是从以下组中选择的方法，该组由预定关掉时间的定时响应、缩减所述定时响应的截顶响应以及以测量相对速度为基础的响应组成。
全文摘要
一个减振装置(50)包括一个具有第一减振水平的第一模式、一个具有相应于一预定功能的第二减振水平的第二模式、一个传感器系统(84)和一个控制系统(88)，其中所述传感器系统具有相应于一正常位置的一个第一输出和相应于接近终点挡板的一个第二输出，所述控制系统可操作地接收第一输出和第二输出并执行第一模式和第二模式。当所述控制系统(88)接收到第一输出时，所述减振装置(50)可以以第一模式操作，而当所述控制系统(88)接收到第二输出时，所述减振装置可以以第二模式操作。一个可控制的悬架系统(48)，包括一减振装置(50)、一磁探针、一传感器系统(84)和一控制系统(88)，其中，所述传感器系统包括至少一个位置传感器(214)，该传感器可操作地探测所述磁探针的位置，所述控制系统与传感器系统(84)和减振装置(50)电连接，其中，所述控制系统(88)可操作地用于接收一来自于所述传感器系统(84)的输出，并执行一控制所述减振装置(50)的预定功能。在系统操作期间，电信号从所述控制系统(88)供给减振装置(50)，从而提供有效的减振以防止终点挡板碰撞。
文档编号B60N2/50GK1732098SQ200380107861
公开日2006年2月8日 申请日期2003年12月17日 优先权日2002年12月31日
发明者肯尼斯·A·圣克莱尔, 肯尼斯·R·博纳, 道格拉斯·E·艾弗斯 申请人:洛德公司