用于手轮平移振动减弱的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用于手轮平移振动减弱的系统和方法。提供用于减弱转向系统中的平移振动的方法和设备。该设备可包括壳体，所述壳体具有流体室、凹槽和安装托架，所述安装托架将所述壳体联接到所述转向系统的手轮。所述流体室可与所述凹槽连通。该设备可包括设置在所述壳体的所述凹槽中的质量，所述质量可具有固定刚度。该设备可包括阻尼流体，所述阻尼流体设置在所述壳体中以便在所述流体室与所述凹槽之间流动。所述质量能够在所述阻尼流体中运动，并且所述阻尼流体可具有可变刚度。该设备还可包括控制模块，所述控制模块确定在所述手轮处经历的平移振动，并且输出信号以响应于所述平移振动大致实时地改变所述阻尼流体的刚度。
【专利说明】用于手轮平移振动减弱的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及减振，且更具体地涉及用于方向盘或手轮平移振动减弱的系统和方法。
【背景技术】
[0002]通常，机动车辆的发动机可在各种速度下操作。例如，发动机能够以变速器处于怠速位置的速度操作，并且能以变速器处于停驻位置的不同速度操作。发动机的每个速度可总体上与振动频率相关联，所述振动频率可能由操作者通过转向系统的方向盘或手轮来感受到。此外，由发动机或动力系(包括变速器)引起的振动可被认为是“强制激励(forcedexcitation)”，其可由操作者通过转向系统的手轮来感受到。道路引起的振动也可由操作者通过转向系统的手轮感受到，并且在例如不规则地隔开的道路移位(displacement)上行驶的情况下由道路引起的振动可被认为是“谐振”。在路面具有规则地隔开的变形的情况下，由道路引起的振动也可能是“强制激励”。目前，转向系统的手轮可被机械地调整，以减弱仅单个频率。
[0003]因此，期望在各种操作条件下减弱操作者在手轮处经历的振动频率。此外，本发明的其他期望特征和特性从下述详细说明和所附权利要求书结合附图和前述【技术领域】和【背景技术】将显而易见。
【发明内容】
[0004]提供用于减弱转向系统中的平移振动的设备。在一个实施例中，该设备可包括壳体，所述壳体具有流体室、凹槽和安装托架，所述安装托架将所述壳体联接到所述转向系统的手轮。所述流体室可与所述凹槽连通。该设备还可包括设置在所述壳体的所述凹槽中的质量。所述质量可具有固定刚度。该设备可包括阻尼流体，所述阻尼流体设置在所述壳体中以便在所述流体室与所述凹槽之间流动。所述质量能够在所述阻尼流体中运动，并且所述阻尼流体可具有可变刚度。该设备还可包括控制模块，所述控制模块确定在所述手轮处经历的平移振动，并且输出信号以响应于所述平移振动大致实时地改变所述阻尼流体的刚度。
[0005]提供用于减弱转向系统中的平移振动的方法。在一个实施例中，所述方法可包括:接收输入；以及基于所述输入确定在所述转向系统的手轮附近所经历的平移振动的量。该方法还可包括输出信号以调节阻尼流体的粘度，以便改变与所述手轮的一部分联接的阻尼系统的刚度。
[0006]本发明还提供了以下技术方案。
[0007]方案1.一种用于减弱转向系统中的平移振动的系统，所述系统包括:
壳体，所述壳体包括流体室、凹槽和安装托架，所述安装托架将所述壳体联接到所述转向系统的手轮，所述流体室与所述凹槽连通；
设置在所述壳体的所述凹槽中的质量，所述质量具有固定刚度； 阻尼流体，所述阻尼流体设置在所述壳体中以便在所述流体室与所述凹槽之间流动，所述质量能够在所述阻尼流体中运动，并且所述阻尼流体具有可变刚度；以及
控制模块，所述控制模块确定在所述手轮处经历的平移振动，并且输出信号以响应于所述平移振动大致实时地改变所述阻尼流体的刚度。
[0008]方案2.根据方案I所述的系统，其中，所述壳体还包括:
具有开口的第一流体室；以及
具有开口的第二流体室，所述第二流体室与所述第一流体室间隔开以便在它们之间限定所述凹槽，
其中，所述阻尼流体与所述第一流体室、所述第二流体室和所述凹槽流体连通。
[0009]方案3.根据方案2所述的系统，其中，所述质量还包括被限定成穿过所述质量的通道，以使得所述阻尼流体能够流经所述质量。
[0010]方案4.根据方案I所述的系统，其中，所述阻尼流体是磁流变流体，并且所述系统还包括:
功率源，所述功率源与邻近于所述阻尼流体定位的一个或多个板以及所述控制模块通信，所述功率源从所述控制模块接收信号，以通过改变施加给所述一个或多个板的电流来改变所述阻尼流体的刚度。
[0011]方案5.根据方案I所述的系统，还包括:
被联接到所述质量的加速度计，所述加速度计向所述控制模块提供加速度计数据，并且所述控制模块基于所述加速度计数据来确定在所述手轮处经历的平移振动。
[0012]方案6.根据方案I所述的系统，其中，所述手轮被联接到具有发动机的机动车辆的转向系统。
[0013]方案7.根据方案6所述的系统，还包括:
与所述发动机相关的速度传感器，所述速度传感器向所述控制模块提供发动机速度数据，并且所述控制模块基于所述发动机速度数据来确定在所述手轮处经历的平移振动。
[0014]方案8.根据方案7所述的系统，还包括数据存储装置，所述数据存储装置存储查询表，所述查询表包括用于给定发动机速度的预定平移振动，并且控制模块基于来自所述查询表的所述发动机速度数据来确定在所述手轮处经历的平移振动。
[0015]方案9.根据方案I所述的系统，其中，所述壳体围绕所述手轮的中心线被联接。
[0016]方案10.—种车辆，所述车辆包括:
包括手轮的转向系统；
减振系统，所述减振系统围绕所述手轮的中心线联接到所述手轮，所述减振系统包
括:
具有安装托架的壳体，所述安装托架将所述减振系统联接到所述手轮；
设置在所述壳体内的磁流变阻尼流体；和
质量，所述质量设置在所述壳体内并且能够在所述阻尼流体内运动，
其中，所述阻尼流体的粘度能够基于在所述手轮处经历的平移振动的量被调节。
[0017]方案11.根据方案10所述的车辆，还包括:
控制模块，所述控制模块确定在所述手轮处经历的平移振动的量，并且基于所述平移振动的量来调节所述阻尼流体的粘度。[0018]方案12.根据方案11所述的车辆，还包括:
被联接到所述质量的加速度计，所述加速度计向所述控制模块提供加速度计数据，并且所述控制模块基于所述加速度计数据来确定在所述手轮处经历的平移振动。
[0019]方案13.根据方案12所述的车辆，其中，所述加速度计沿与所述手轮的中心线大致垂直的方向观测所述手轮的加速度。
[0020]方案14.根据方案11所述的车辆，还包括:
发动机；以及
与所述发动机相关联的速度传感器，所述速度传感器向所述控制模块提供发动机速度数据，并且所述控制模块基于所述发动机速度数据来确定在所述手轮处经历的平移振动。
[0021]方案15.根据方案14所述的车辆，还包括数据存储装置，所述数据存储装置存储查询表，所述查询表包括用于给定发动机速度的预定平移振动，并且控制模块基于来自所述查询表的所述发动机速度数据来确定在所述手轮处经历的平移振动。
[0022]方案16.—种用于减弱转向系统中的平移振动的方法，所述方法包括:
接收输入；
基于所述输入确定在所述转向系统的手轮附近所经历的平移振动的量；以及 输出信号以调节阻尼流体的粘度，以便改变与所述手轮的一部分联接的阻尼系统的刚度。
[0023]方案17.根据方案16所述的方法，其中，接收输入还包括:
从联接到所述阻尼系统的加速度计接收输入。
[0024]方案18.根据方案16所述的方法，其中，接收输入还包括:
从与车辆的发动机相关联的速度传感器接收输入。
[0025]方案19.根据方案18所述的方法，其中，确定所经历的平移振动的量还包括: 访问查询表以确定针对给定发动机速度呈现的预定振动量。
[0026]方案20.根据方案16所述的方法，其中，所述阻尼流体是磁流变流体，并且输出信号以调节所述阻尼流体的粘度还包括:
改变从功率源施加到邻近于所述阻尼流体定位的一个或多个板的电流量。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]示例性实施例将在下文结合下述附图被描述，在附图中相同的附图标记指代相同的元件，并且其中:
图1是示出包括根据实施例的具有平移振动减弱系统的手轮的车辆的功能框图；
图2是根据实施例的沿图1的线2-2截取的图1的手轮的截面图；
图3是根据实施例的沿图2的线3-3截取的图2的手轮的截面图；
图4是示出根据实施例的减振系统的控制系统的数据流图；
图5是示出根据实施例的减振系统的控制方法的流程图；
图6是示出根据另一实施例的减振系统的控制系统的数据流图；以及 图7是示出根据另一实施例的减振系统的控制方法的流程图。
【具体实施方式】[0028]下述详细说明本质上仅是示例性的，并且不旨在限制应用和使用。此外，并不旨在受在前述【技术领域】、【背景技术】、
【发明内容】
或下述具体说明中呈现的任何明示或暗示的理论约束。如本文使用的，术语“模块”指代任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑、和/或处理器装置，以单独地或以任何组合的方式非限制性地包括:专用集成电路(ASIC);电子电路；执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或成组)和存储器；组合逻辑电路；和/或提供所述功能的其他合适部件。
[0029]参考图1，示出了车辆10。车辆10可包括发动机12、转向系统14、减振系统16和控制模块18。如将在本文更详细地讨论的，控制模块18可从发动机12和转向系统14接收输入，以控制减振系统16的操作。减振系统16可阻尼车辆10的操作者所感知的转向系统14在各种频率和发动机速度下的振幅。由此，在转向系统14处的振动可能例如由“强制激励”或“谐振”引起。由发动机12或动力系(包括变速器)引起的振动可被认为是“强制激励”，并且在例如不规则地隔开的道路移位上行驶的情况下由道路引起的振动可被认为是“谐振”。在路面具有规则地隔开的变形的情况下，道路引起的振动也可能是“强制激励”。如本文将讨论的，减振系统16可响应于强制激励和/或谐振来阻尼由车辆10的操作者感知的振幅。
[0030]通常，发动机12可包括任何合适的推进装置，其包括但不局限于内燃发动机、电气发动机、或内燃发动机和电气发动机的混合。发动机12可向与车辆10的一个或多个道路车轮20联接的合适传动系提供功率，以使得车辆10能够运动。发动机12可包括速度传感器22，该速度传感器可确定发动机12的速度。例如，速度传感器22可测量发动机的旋转速度，并且可基于该旋转速度来产生发动机速度信号。在一个示例中，速度传感器22可测量发动机12的曲轴的单位为转每分(rpm)的发动机速度。发动机速度可与转向系统14的预定振动量相关联，如将在下文更详细地讨论的。
[0031]通常，转向系统14可包括联接到转向轴26的手轮24。应当注意的是，手轮的使用仅是示例性的，因为转向系统14可包括用于使得车辆10转向的任何合适使用者输入装置，包括但不局限于操纵杆和手轮24等。在一个示例性实施例中，转向系统14可包括电动助力转向(EPS)系统，该EPS系统可包括转向辅助单元28。转向辅助单元28可联接到转向系统14的转向轴26以及联接到车辆10的拉杆30、32。转向辅助单元28可包括例如齿条和小齿轮转向机构(未示出)，其可通过转向轴26联接到转向致动器马达和传动机构。在操作期间，当手轮24由车辆操作者转动时，转向辅助单元28的马达提供助力以使得拉杆30、32运动，所述拉杆继而分别使得转向节34、36运动。转向节34、36可联接到车辆10的相应道路车轮20。虽然EPS系统在图1中被示出并且在本文被描述，但是要理解的是，转向系统14可包括各种受控转向系统，例如具有液压构造的转向系统、具有线缆构造的转向装置、无助力的转向系统等。
[0032]继续参考图1，转向系统14还可包括转向传感器38。在一个示例中，转向传感器38可联接到减振系统16，但是转向传感器38可联接到手轮24、转向轴26、或转向系统14的其他合适位置。在一个示例中，转向传感器38可包括加速度计，其可测量转向系统14的加速度并且可基于此产生加速度计信号。在一个示例中，转向传感器38可联接到手轮24，以观测手轮24响应于振动(例如振幅和频率)的运动。手轮24的加速度可表明手轮24 (且因此车辆10的操作者)所经历的振动的量。由此，当手轮24振动时，手轮24可运动。在一个示例中，手轮24可沿大致平移或直线方向运动或加速。例如，手轮24可沿与手轮24的中心线C大致垂直的轴线在大致直线方向上运动或加速。手轮24的该运动可由转向传感器38测量为加速度。
[0033]减振系统16可联接到转向系统14以便围绕手轮24的中心线C布置，并且可与控制模块18通信。在一个示例中，减振系统16可联接到手轮24。然而应当注意的是，减振系统16可联接到转向轴26或转向系统14的任何其他合适部分，以减弱或阻尼转向系统14所经历的平移振动。在一个示例中，与不具有减振系统16的手轮24相比，该减振系统16可减小在手轮24处的频率响应函数幅值。参考图1和2，减振系统16可包括壳体40、安装托架42、阻尼质量系统44和功率源45 (图1)。
[0034]壳体40可定尺寸成联接到转向系统14。在一个示例中，壳体40可定尺寸成联接到手轮24，并且可具有任何所需形状。例如，壳体40可以是大致矩形的。壳体40可包括至少一个流体室46。在一个示例中，所述至少一个流体室46可包括第一流体室46a和第二流体室46b。在该示例中，第一流体室46a可与第二流体室46b间隔开。第一流体室46a和第二流体室46b每个均可包括相应开口 47a、47b。开口 47a、47b可使得第一流体室46a和第二流体室46b能够与凹槽48连通，所述凹槽48被限定在所述第一流体室46a和第二流体室46b之间的空间中。这可使得阻尼质量系统44的一部分能够围绕壳体40流动。
[0035]此外，取决于所米用的阻尼质量系统44,壳体40可包括第一板49a和第二板49b。如图3所示，板49a、49b可与功率源45通信，并且可用于向阻尼质量系统44施加磁通量场。施加磁通量场可导致阻尼质量系统44的一部分改变粘度，由此改变阻尼质量系统44的刚度，如将在本文讨论的。应当注意的是，板49a、49b在需要时可与控制器18直接通信。
[0036]参考图2，安装托架42可用于将壳体40联接到手轮24。在一个示例中，参考图3，安装托架42可能是大致U形的，并且可联接到壳体40从而在至少三个侧面围绕壳体40。应当注意的是，安装托架42可以是任何合适形状的，并且在需要时可联接到壳体40的仅一部分。此外，虽然板49a、49b在本文被描述并不出为与安装托架42分尚，但是板49a、49b在需要时可与安装托架42整体形成。安装托架42可与壳体40整体地形成，或者可与壳体40分离地形成并且利用合适后处理技术联接到壳体40，所述后处理技术例如是焊接、粘合剂、机械紧固件、铆接等。
[0037]参考图2，安装托架42可包括至少一个孔52，并且在一个示例中可包括第一孔52a和第二孔52b。第一孔52a和第二孔52b各自可接收机械紧固件，以将安装托架42联接到手轮24。应当注意的是，安装托架42可通过任何合适技术联接到手轮24，所述技术例如是焊接、粘合剂和铆接等。此外，壳体40在需要时可与手轮24整体地形成。
[0038]阻尼质量系统44可被接收在壳体40内。阻尼质量系统44可包括阻尼流体56和质量58。阻尼流体56可被接收在第一流体室46a和第二流体室46b内，并且可经由开口47a、47b在第一流体室46a、第二流体室46b和凹槽48之间流动。在一个示例中，阻尼流体56可与功率源45 (图1)通信。阻尼流体56可包括但不局限于磁流变流体。通常，磁流变流体的粘度可基于磁通量场的施加而改变。
[0039]由此，磁流变流体可包括磁性响应颗粒，包括但不局限于可悬浮在载流体中的铁颗粒。在不存在磁通量的情况下，磁性响应颗粒可在载流体中随机地取向。在施加磁通量之后,磁性响应颗粒的取向可沿磁通量场的方向(图3)是直线的。磁性响应颗粒的直线取向可改变或增加载流体的粘度，这可使得载流体更倾向于用作固体。这可允许阻尼质量系统44的刚度基于磁通量场的施加而变化。
[0040]施加到磁流变流体的磁通量的量可由控制模块18控制，如将在本文讨论的。磁流变流体的使用可使得阻尼质量系统44的阻尼和刚度能够随着磁流变流体的粘度的变化而变化，这可使得能够大致实时调节阻尼质量系统44。通常，参考图3，功率源45可从控制模块18接收信号以向板49a、49b施加磁通量场，该磁通量场可取决于在手轮24处经历的振动而改变阻尼流体56的粘度。该大致实时减振可减少车辆10的操作者所经历的平移振动。
[0041]质量58可被接收在壳体40的凹槽48内，并且可大致浸没在阻尼流体56中。在一个示例中，质量58可在阻尼流体56内浮动,但是质量58还可固定到壳体40。质量58可包括通孔58a。通孔58a可使得阻尼流体56能够流经质量58。质量58可提供用于转向系统14的固定阻尼量。由此，质量58可被选择成具有这样的重量，该重量提供与具体发动机速度相对应的预定阻尼或减弱量。例如，质量58可被选择成阻尼在发动机怠速下的平移振动。因此，阻尼流体56可提供可变阻尼量，其可响应于在各个发动机速度下所经历的平移振动而被大致实时地调节，而质量58可提供用于预定发动机速度的固定阻尼量。
[0042]往回参考图1，功率源45可与阻尼流体56通信，并且可由控制模块18控制。功率源45可以是能够向阻尼质量系统44供应电流的任何合适功率源，以向阻尼流体56施加磁通量场以便大致实时地改变阻尼流体56的粘度。此外，虽然功率源45在本文被示出为单独且分离的部件，但是功率源45可以与车辆10的其他部件(例如，控制模块18)整体形成。
[0043]控制模块18可基于接收自转向传感器38和/或速度传感器22的信号来控制减振系统16，以改变阻尼质量系统44的阻尼和刚度。在一个示例中，控制模块18可基于接收自转向传感器38的信号来控制阻尼流体56的粘度。
[0044]现参考图4，数据流图示出了用于可嵌入到控制模块18中的减振系统16(图1)的减振控制系统60的各个实施例。根据本公开的减振控制系统的各个实施例可包括嵌入在控制模块18内的任何数量的子模块。如可理解的，如图4所示的子模块可被结合和/或进一步划分，以类似地调节阻尼流体56 (图2)的刚度。系统的输入可从车辆10 (图1)被感测、从其他控制模块(未示出)被接收、和/或由控制模块18内的其他子模块(未示出)来确定/建模。在各个实施例中，控制模块18包括振动控制模块62和阻尼器控制模块64。
[0045]振动控制模块62可接收来自转向传感器38的加速度计数据66作为输入。基于加速度计数据66，振动控制模块62可设定用于阻尼器控制模块64的振动数据68。振动数据68可包括在车辆10的操作期间由转向传感器38观测到的手轮24所经历的平移振动的量。
[0046]阻尼器控制模块64可接收振动数据68作为输入。基于振动数据，阻尼器控制模块64可输出阻尼器数据70。阻尼器数据70可包括待由功率源45输出的电流量，以产生磁通量场以将阻尼流体56的粘度改变至所需刚度。换言之，基于阻尼器数据72，产生控制信号以控制功率源45所输出的电流。
[0047]现参考图5，并且继续参考图1-4，流程图示出了根据本公开的可由图1的控制模块18执行的控制方法。如鉴于本公开可理解的，方法内的操作顺序并不局限于在图5中所示的执行顺序，而是在适用并且根据本公开的前提下可能以一个或多个改变的顺序来执行。[0048]在各个实施例中，该方法可被排定以基于预定事件来运行，和/或可在车辆10的操作期间持续地运行。
[0049]该方法可在100开始。在102，该方法可从转向传感器38接收加速度计数据66。基于加速度计数据66，该方法在104可确定由手轮24经历的平移振动量。在106，该方法可确定将阻尼流体56的粘度调节至所需刚度以减少手轮24所经历的振动所需的磁通量场，并且可输出用于功率源45的阻尼器数据70。在一个示例中，可针对阻尼系数Ctva求解下述方程以确定减弱测量振动所必要的阻尼量:
【权利要求】
1.一种用于减弱转向系统中的平移振动的系统，所述系统包括: 壳体，所述壳体包括流体室、凹槽和安装托架，所述安装托架将所述壳体联接到所述转向系统的手轮，所述流体室与所述凹槽连通； 设置在所述壳体的所述凹槽中的质量，所述质量具有固定刚度； 阻尼流体，所述阻尼流体设置在所述壳体中以便在所述流体室与所述凹槽之间流动，所述质量能够在所述阻尼流体中运动，并且所述阻尼流体具有可变刚度；以及 控制模块，所述控制模块确定在所述手轮处经历的平移振动，并且输出信号以响应于所述平移振动大致实时地改变所述阻尼流体的刚度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体还包括: 具有开口的第一流体室；以及 具有开口的第二流体室，所述第二流体室与所述第一流体室间隔开以便在它们之间限定所述凹槽， 其中，所述阻尼流体与所述第一流体室、所述第二流体室和所述凹槽流体连通。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述质量还包括被限定成穿过所述质量的通道，以使得所述阻尼流体能够流经所述质量。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阻尼流体是磁流变流体，并且所述系统还包括: 功率源，所述功率源与邻近于所述阻尼流体定位的一个或多个板以及所述控制模块通信，所述功率源从所述控制模块接收信号，以通过改变施加给所述一个或多个板的电流来改变所述阻尼流体的刚度。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括: 被联接到所述质量的加速度计，所述加速度计向所述控制模块提供加速度计数据，并且所述控制模炔基于所述加速度计数据来确定在所述手轮处经历的平移振动。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述手轮被联接到具有发动机的机动车辆的转向系统。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括: 与所述发动机相关的速度传感器，所述速度传感器向所述控制模块提供发动机速度数据，并且所述控制模炔基于所述发动机速度数据来确定在所述手轮处经历的平移振动。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括数据存储装置，所述数据存储装置存储查询表，所述查询表包括用于给定发动机速度的预定平移振动，并且控制模炔基于来自所述查询表的所述发动机速度数据来确定在所述手轮处经历的平移振动。
9.一种车辆，所述车辆包括: 包括手轮的转向系统； 减振系统，所述减振系统围绕所述手轮的中心线联接到所述手轮，所述减振系统包括: 具有安装托架的壳体，所述安装托架将所述减振系统联接到所述手轮； 设置在所述壳体内的磁流变阻尼流体；和 质量，所述质量设置在所述壳体内并且能够在所述阻尼流体内运动， 其中，所述阻尼流体的粘度能够基于在所述手轮处经历的平移振动的量被调节。
10.一种用于减弱转向系统中的平移振动的方法，所述方法包括: 接收输入； 基于所述输入确定在所述转向系统的手轮附近所经历的平移振动的量；以及 输出信号以调节阻尼流体的粘度，以便改变与所述手轮的一部分联接的阻尼系统的刚度。
【文档编号】B62D1/11GK103723184SQ201310471796
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】S.G.奎恩, D.P.哈米尔顿, M.A.斯特宾斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司