通过可切换空气容积悬架控制车辆振荡的制作方法

本发明整体涉及空气悬架系统，其包括具有多个空气容积的空气弹簧组件，其中每个空气弹簧组件的空气容积可以自动调节以减少或消除各种类型的车辆振荡。

背景技术：

制造机动车辆的oem公司通常选择悬架和传动系部件，这些部件在舒适性和性能之间提供最佳折衷。用于机动车辆的悬架系统为车辆乘客提供了更舒适的乘坐。空气悬架系统使用空气弹簧，而不是传统的螺旋弹簧，并且提供不同的悬架质量，这可能优于在一些车辆中的传统的螺旋弹簧悬架。

常规的空气弹簧是一种布置在车身和底盘之间的装置，使得空气弹簧向相应的车轮施加所谓的“正常载荷”。典型的空气弹簧具有至少一个工作空间或空腔，其被填充有由压缩机产生的压缩空气。一些空气弹簧具有多个空腔，这些空腔可以具有不同的尺寸，使得空腔中的一个或多个可以用作空气弹簧组件的工作空间。填充有压缩空气的一个或多个空腔至少部分地填充波纹管和其他周围区域。还存在空气悬架系统，其中空气压力是可调节的，使得车辆的行车高度和每个空气弹簧的弹簧刚度可以被调节。一些空气悬架系统用于具有越野能力的车辆。这些越野车辆通常在悬架颠簸最大化的条件下操作，并且每个空气弹簧中的压力在压缩行程期间增加。车辆中的一些部件可以允许车辆和传动系在极端操纵中发生振荡。这些振荡可以用不同的弹簧刚度来减轻，但是会导致乘坐舒适性降低，这对车辆驾驶员来说是不希望的。

存在可能发生的不同类型的车辆振荡，一种类型的振荡被称为“滚转跳跃”。滚转跳跃是车辆沿其纵向轴线的振荡。这发生在高动态横向操纵(例如紧急变道)期间。如果不加控制，滚转跳跃可能导致车辆翻车，并且不符合联邦翻车缓解要求（federalrollovermitigationrequirement）。

另一种类型的车辆振荡被称为“拖车摇摆”。拖车摇摆是车辆围绕其偏航轴线的振荡。这发生在车辆牵引不平衡的拖车，并且超过系统的临界阻尼速度时。车辆/拖车的临界阻尼速度主要是车辆转弯刚度、拖车载荷、质量和拖车/车辆几何形状的函数。

又一种类型的车辆振荡被称为“动力跳跃”。动力跳跃是车辆传动系在加速事件期间的扭转振荡。当一个或多个轮胎以重复的方式失去和恢复牵引力时，动力跳跃发生。

另一种类型的车辆振荡被称为“俯仰振荡”。俯仰振荡是围绕车辆的横向轴线的振荡。俯仰振荡发生在制动或加速事件期间。

一些空气悬架系统能够调节每个空气弹簧中的空气质量(压力和容积的乘积)，以增加行车高度和弹簧刚度两者。然而，当前的空气悬架系统通常由驾驶员调节，并且不具有调节行车高度或弹簧刚度以减少或消除各种车辆振荡的能力，并且不自动调节。

因此，需要在空气弹簧组件中使用多个空腔来改变车辆动态，并减少不同类型的车辆振荡的能力。

技术实现要素：

在一个实施例中，本发明是一种空气悬架系统，其包括调节一个或多个空气弹簧的工作空气容积、压力和弹簧刚度，以减少或消除各种类型的车辆振荡的能力。可切换或可变容积空气弹簧组件具有改变空气弹簧容积的能力。空气弹簧容积的这些变化导致空气弹簧刚度的变化，从而导致施加到每个车轮的正常载荷的变化。车轮正常载荷的变化会改变车轮牵引力(打滑)和车辆动态(俯仰、滚转、偏航位移、速率和加速度)。

在一个实施例中，当检测到车辆振荡时，空气弹簧组件中的一个或多个的弹簧刚度被自动调节。该车辆振荡可以从原始车辆信号(偏航、滚转、俯仰、车轮速度等)计算，或者另一个车辆模块可以检测振荡并向空气悬架模块发送改变(增加或减少)弹簧刚度的命令。这改变了车辆的固有频率，导致振荡减弱。

在一个实施例中，本发明是一种具有车辆振荡功能的车辆的空气悬架系统，其中空气悬架系统包括具有多个弹簧刚度的至少一个空气弹簧组件、作为空气弹簧组件一部分的多个空腔以及可操作用于将空腔中的一个或多个放置成彼此流体连通的至少一个阀。在车辆行驶期间，空气弹簧组件以第一弹簧刚度操作，并且空气弹簧组件被配置为在检测到车辆振荡时以第二弹簧刚度操作。

在一个实施例中，第二弹簧刚度高于第一弹簧刚度，而在另一个实施例中，第二弹簧刚度低于第一弹簧刚度。

在一个实施例中，第二弹簧刚度的量值基于一个或多个输入。在一个实施例中，输入是一个或多个车辆输入，但是在本发明的范围内也可以使用其他类型的输入。车辆输入可以包括但不限于车辆速度、车辆加速度、横向加速度、车轮速度、俯仰、滚转、偏航位移、偏航速率、车轮加速度、俯仰速率、滚转速率、横向位移、悬架位移和悬架位移速率。

在一个实施例中，空气悬架系统包括压缩机和与多个空腔和压缩机中的至少一个流体连通的至少一个附加阀。压缩机与阀和至少一个附加阀一起使用，以控制多个空腔中的压力，将空气弹簧配置成以第二弹簧刚度操作。

从下文提供的详细描述中，本发明的其他应用领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本发明的优选实施例，但是仅仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本发明将从详细描述和附图中变得更全面地被理解，其中：

图1是根据本发明的实施例的用作具有车辆振荡减少功能的空气悬架系统的一部分的车辆的各种部件的透视图；

图2是根据本发明的实施例的空气弹簧组件的截面图，该空气弹簧组件用作具有车辆振荡减少功能的空气悬架系统的一部分；

图3是根据本发明的实施例的具有车辆振荡减少功能的空气悬架系统的示意图；和

图4是根据本发明的实施例的具有车辆振荡减少功能的空气悬架系统的操作流程图。

具体实施方式

下面对优选实施例的描述本质上仅仅是示例性的，决不旨在限制本发明、其应用或用途。

具有能够减少车辆振荡的空气悬架系统的车辆的底盘在图1中总体以10示出。总体以12示出的空气悬架系统包括空气压缩机14，其与总体以16示出的贮存器流体连通，并且空气压缩机14还与四个空气弹簧组件18a-18d流体连通。空气弹簧组件18a-18d中的每一个用于在车辆行驶期间吸收冲击，并且每个空气弹簧组件18a-18d是具有不同弹簧刚度的多室空气弹簧组件18a-18d。第一空气弹簧组件18a的截面图在图2中示出，然而，剩余的空气弹簧组件18b-18d具有相似的部件也在本发明的范围内。

现在参考图2，空气弹簧组件18a包括内部活塞20和波纹管22，其中波纹管22的第一端部24连接到内部活塞20。波纹管22是柔性的，并能够在车辆行驶期间改变形状。波纹管22包括总体以26示出的空腔，该空腔通常填充有空气，并且选择性地与总体以28示出的另一空腔流体连通，该另一空腔形成为内部活塞20的一部分。

内部活塞20包括上壳体部分30，并且上壳体部分30连接到车辆的另一个部件，例如车辆的框架(未示出)，但是在本发明的范围内上壳体部分30也可以连接到车辆的其他部件。

在该实施例中，空气弹簧组件18a还包括下盖部分32。波纹管22的另一自由端部34连接到下盖部分32。空腔26、28限定了两个分离的空气容积，其中随着下盖部分32相对于内部活塞20移动，第一空腔26中的空气的容积可以在车辆行驶期间改变。

空气弹簧组件18a还包括防尘套36，如图2所示，防尘套36连接到外部护罩38和内部活塞20。外部护罩38也连接到波纹管22。防尘罩36在车辆行驶期间为空气弹簧组件10提供针对尘土和碎屑的保护。

下盖部分32连接到车辆的悬架系统的另一部分，例如车辆轮轴40。随着轮轴40从(车辆的操作)开始移动，下盖部分32沿着箭头42所示的竖直路径移动，这对应于轮轴40相对于车辆其余部分的铰接，并且随着下盖部分32在由竖直路径42指示的方向上移动，空腔26的容积在车辆行驶期间变化。空气弹簧组件18a还在箭头44的方向上施加力，该力被传递到相应的车轮(未示出)。在箭头44所示方向上施加的力是由空气弹簧组件18a施加到车轮的“正常载荷”。

设置在内部活塞20的空腔28内的是副阀46e，副阀46e能够控制内部活塞20的空腔28和波纹管22的空腔26之间的空气流动，使得当副阀46e处于关闭位置时，波纹管22的空腔26充当第一空气容积，内部活塞20的空腔28充当第二空气容积，并且空腔26、28彼此隔离。如上所述，图2所示的空气弹簧组件18a是具有不同弹簧刚度的多室空气弹簧组件18a。通过减少空气容积来获得更硬的弹簧刚度，这发生在副阀46e处于关闭位置时，使得只有波纹管22的空腔26中的空气容积影响空气弹簧组件18a的弹簧刚度。通过增加空气量来实现较低的弹簧刚度，这发生在副阀46e处于打开位置时，使得内部活塞20的空腔28和波纹管22的空腔26两者中的空气容积影响空气弹簧组件18a的弹簧刚度。如图2所示，副阀46e与配件48流体连通。

现在参考图3，示出了空气悬架系统12的示意图，包括几个阀以及空气压缩机14和贮存器16，它们是空气悬架系统12的一部分。配件48与阀中的一个流体连通。更具体地，配件48(图2所示)与第一阀46a(图3所示)流体连通，并且第一阀46a与第一控制阀50a流体连通，第一控制阀50a是空气压缩机14的一部分。第一阀46a允许或阻止空气流入空腔26、28。图3中示出了附加的阀46b、46c、46d，它们控制进入附加的空气弹簧组件18b、18c、18d中的每一个的相应空气容积的空气流动，其中每个空气弹簧组件的下盖部分32和空气容积示意性地示出在图3中。还存在排气阀52，其与阀46a、46b、46c、46d、50a中的每一个流体连通，并与大气流体连通。阀46a、46b、46c、46d中的每一个都与排气阀52和第一控制阀50a两者流体连通。

空气压缩机14还包括第二控制阀50b，第二控制阀50b与贮存器16流体连通，并且控制阀50a、50b都与泵54流体连通。虽然控制阀50a、50b中的每一个都示出为空气压缩机14的一部分，但是在本发明的范围内控制阀50a、50b中的每一个可以位于独立的壳体中，在与空气压缩机14分离的位置中，同时仍然执行相同的功能。空气压缩机14还包括另一个阀56，其与泵54、第二控制阀50b和大气流体连通。

在车辆行驶期间，空气压缩机14和阀46a、46e用于配置空腔26、28中的空气压力，使得空气弹簧组件18a提供期望的行车质量，并且车辆以期望的行车高度行驶。如果副阀46e处于关闭位置，行车质量和行车高度仅由波纹管22的空腔26中的压力决定。如果副阀46e处于打开位置，行车质量和行车高度由波纹管22的空腔26和内部活塞20的空腔28的组合容积中的压力决定。

现在参考图3中的示意图，空气悬架系统12的多种操作模式可以用于改变第一空气弹簧组件18a中的空气的工作容积。在一种操作模式中，副阀46e处于关闭位置，并且第一阀46a和控制阀50a、50b都被通电，使得第一阀46a和控制阀50a、50b被置于打开位置，而其余的阀46b、46c、46d、52、56处于关闭位置。这允许波纹管22的空腔26中的空气穿过第一阀46a、第一控制阀50a、泵54、第二控制阀50b并进入贮存器16，从而降低波纹管22的空腔26中的压力。相反，第二控制阀50b可以被置于关闭位置，而其他阀46a、50a保持在打开位置，并且泵54被致动，使得空气被泵送通过第一控制阀50a、通过第一阀46a并进入空腔26，从而增加空腔26中的压力。当希望增加或减少第一空气弹簧组件18a的波纹管22的空腔26中的压力时，阀46a、50a、50b可以在车辆的操作期间的任何时候打开或关闭，并与泵54结合使用。

空气悬架系统12的不同操作模式的另一个示例是，空气悬架系统12被配置成改变空气的工作容积以降低第一空气弹簧组件18a中的压力。在这种操作模式下，副阀46e再次处于关闭位置，并且第一阀46a和排气阀52都被通电，使得第一阀46a和排气阀52都处于打开位置，而其余的阀46b、46c、46d、50a、50b、56处于关闭位置。这允许空腔26、28中的空气穿过第一阀46a、排气阀52并进入大气。当希望降低第一空气弹簧组件18a的波纹管22的空腔26中的压力时，阀46a、52可以在车辆操作期间的任何时候打开。

在空气悬架系统12的又一种操作模式中，空气悬架系统12再次被配置成降低第一空气弹簧组件18a的压力，使得如果希望降低第一空气弹簧组件18a的波纹管22的空腔26中的压力，在图3所示的示例中，副阀46e被通电，使得副阀46e被置于打开位置，而其余的阀46a、46b、46c、46d、50a、50b、52、56处于关闭位置。这允许波纹管22的空腔26中的空气传递到内部活塞20的空腔28中，使得内部活塞20的空腔28和波纹管的空腔26一起作为单个工作空气容积起作用，降低波纹管22的空腔26中的压力。当希望降低其他空气弹簧组件18b、18c、18d的波纹管22的空腔26中的压力时，阀46f、46g、46h可以在车辆操作期间的任何时间打开，使得每个空气弹簧组件18b、18c、18d的内部活塞20的每个空腔28和波纹管22的空腔26用作单个工作空气容积。另外，副阀46e和第一阀46a以及第一控制阀50a可以被置于打开位置，并且泵54可以被启动，使得空气被泵送通过第一控制阀50a、通过第一阀46a并进入空腔26，并且空气也通过副阀46e并进入空腔28，从而增加空腔26、28中的压力。

此外，泵54和控制阀50a、50b或排气阀52可以与阀46a、46b、46c、46d中的任何一个结合使用，以控制空气弹簧组件18a、18b、18c、18d中的每一个的空腔26、28中的压力。此外，阀46a、46b、46c、46d中的多于一个可以与控制阀50a、50b或排气阀52结合同时打开，以向空气弹簧组件18a、18b、18c、18d中的一个或多个提供压力释放。此外，泵54还可以与阀46a-46h和控制阀50a中的一个或多个结合使用，以增加空气弹簧组件18a、18b、18c、18d中的每一个的空腔26、28中的压力。在其他实施例中，阀和泵54可以有各种配置或布置，它们能够控制空气弹簧组件18a、18b、18c、18d中的每一个的空腔26、28中的压力，使得空气可以被转移到贮存器16或大气中。

如上所述的阀46a-46h、50a、50b、52、56是机电螺线管型阀，当它们不通电时默认为关闭位置，并且当通电时改变为打开位置。然而，阀46a-46h、50a、50b、52、56也可以是机械阀，例如止回阀，其默认为关闭位置，并在达到空腔26、28中的压力的最大量时打开，这也在本发明的范围内。

图4中总体以100示出了流程图，该流程图显示了使用本发明的空气悬架系统12来减少车辆振荡的过程。在车辆行驶期间，空气弹簧组件18a-18d处于具有第一弹簧刚度的第一配置或默认配置。在步骤102中，使用至少一个输入，但是可以有各种输入，例如车辆输入，或者也可以使用其他输入。车辆输入可以包括但不限于车辆速度、车辆加速度、横向加速度、车轮速度、俯仰、滚转、偏航位移、偏航速率、车轮加速度、俯仰速率、滚转速率、横向位移、悬架位移和悬架位移速率。输入也可以来自车辆上的检测装置，例如但不限于lidar(光成像、检测和测距)、ladar(激光成像、检测和测距)、其他类型的雷达、相机、超声波、声纳或全球定位系统(gps)。

在步骤104，来自步骤102的输入用于确定是否已检测到车辆振荡。该输入可以由控制单元接收，该控制单元控制压缩机14和阀46a-46h、50a-50b、52、56的操作。如果没有检测到振荡，则重复步骤104，同时持续检测车辆振荡。如果检测到车辆振荡，在步骤106，空气弹簧组件18a-18d中的一个或多个的工作空气容积可以增加或减少，从而将弹簧刚度从第一弹簧刚度改变到第二弹簧刚度。可以使用阀46a-46h中的一个或多个、或者阀46a-46h中的一个或多个与阀50a、50b、52、56和压缩机14结合来改变工作空气容积。更具体地，如上所述的各种操作模式可以用于使用空气压缩机14和贮存器16来增加或减少每个空气弹簧组件18a-18d中的总空气量，或者允许每个空气弹簧组件18a-18d的空腔26、28中的一个或两个用作具有期望压力的工作空气容积，以改变每个空气弹簧组件18a-18d的弹簧刚度。空气弹簧组件18a-18d的配置取决于所采取的对策和正在减小的车辆振荡的类型。空气弹簧组件18a-18d的第二弹簧刚度可以是实现车辆振荡的期望减小所需的任何弹簧刚度。

在前面提到的示例中，当沿着纵向轴线120存在振荡时，发生滚转跳跃，如图1中的箭头122所示。当检测到滚转跳跃时，空气弹簧18a-18d中的一个或多个中的工作空气容积改变，从而改变弹簧刚度，以消除滚转跳跃。如图1中箭头126所示，当围绕偏航轴线124存在振荡时，发生拖车摇摆。当检测到拖车摇摆时，空气弹簧18a-18d中的一个或多个中的工作空气容积改变，使得弹簧刚度改变以对侧偏刚度（corneringstiffness）产生影响，并消除拖车摇摆。当车辆传动系中存在扭转振荡时，会发生动力跳跃。更具体地，如图1中箭头134所示，当围绕轴线132，例如后轮轴的轴线132存在扭转振荡时，发生动力跳跃。当检测到动力跳跃时，空气弹簧18a-18d中的一个或多个中的工作空气容积改变，以改变弹簧刚度，从而消除动力跳跃。如图1中箭头130所示，当围绕车辆横向轴线128存在振荡时，发生俯仰振荡。当检测到俯仰振荡时，空气弹簧18a-18d中的一个或多个的工作空气容积改变，以改变弹簧刚度，从而消除俯仰振荡。

下一步骤是步骤108，在该步骤中，确定车辆振荡是否仍然存在。如果车辆振荡仍然存在，则重复步骤106，直到振荡降低到可接受的水平，或者完全消除。

如果振荡已经降低到可接受的水平，或者消除，那么在步骤110，空气弹簧组件18a-18d被重新配置为以第一弹簧刚度操作，除非有必要使空气弹簧组件18a-18d保持第二弹簧刚度，使得车辆振荡保持在可接受的水平以下。

虽然上面已经描述了每个空气弹簧18a-18d具有两个空腔26、28，但是在本发明的范围内空气弹簧18a-18d可以具有多于两个的容积，或者包括可变空气容积空腔。此外，在步骤106期间，如有必要可如上所述重复该步骤，空气弹簧组件18a-18d中的一个或多个可以使用各种空气容积以不同方式配置，以实现车辆振荡的期望减少。

对本发明的描述本质上仅仅是示例性的，因此，不偏离本发明的主旨的变型都意图在本发明的范围内。这种变型不应被视为背离本发明的精神和范围。