可变自适应液压机械弹簧的制作方法

1.本公开涉及车辆中的弹簧系统，并且特别地涉及用于根据请求调整替代弹簧常数的系统和方法。


背景技术：

2.车辆悬架中的弹簧通过提供相对于位置的位移阻力以限定弹簧刚度来操作。弹簧刚度(与弹簧常数有关)并且指示悬架系统的主刚度，其将限定车辆的乘坐和操纵的性能和特性。传统的弹簧是
·
固定的，或者可以提供随位移变化的速率。弹簧刚度通常针对系统的性能进行优化，而刚性弹簧将提供改善的操纵，并且较软的弹簧将提供更好的乘坐质量。因此，期望提供一种弹簧系统，该弹簧系统具有可以调节的刚度以实现固定的替代车辆模式(例如，运动模式、行驶模式、越野模式)和/或动态刚度调节，以改善车辆中的操纵，而不损害与传统上较软的弹簧刚度相关联的行驶。


技术实现要素：

3.在一个示例性实施例中，公开了一种对联接到车辆的车轮的角部致动器进行操作的方法。通过选择可变弹簧系统的控制室与第一弹簧和第二弹簧中的每一个之间的流体联接量来选择对角部致动器的施加阻力，其中角部致动器与控制室流体连通。使用所施加的阻力在车轮处吸收力。
4.除了本文所述的一个或多个特征之外，所述第一弹簧提供第一阻力，并且所述第二弹簧提供第二阻力，并且选择所述流体联接的量以提供所述施加阻力，所述施加阻力是所述第一阻力、所述第二阻力以及所述第一阻力与所述第二阻力之间的第三阻力中的一个。该方法还包括控制阀的位置以选择流体联接的量。该方法还包括控制阀的位置以补偿车辆的侧倾和车辆的俯仰中的至少一个。阀的位置确定第一弹簧与控制室之间的第一孔的第一尺寸以及第二弹簧与控制室之间的第二孔的第二尺寸。该方法还包括控制可变弹簧系统中的流体体积。第一弹簧和第二弹簧中的至少一个选自弹簧组、液压弹簧、气动装置和螺旋弹簧。
5.在另一示例性实施例中，公开了一种用于车辆的可变弹簧系统。弹簧系统包括联接到车辆的角部致动器的控制室、第一弹簧、第二弹簧和阀，该阀配置为通过控制控制室与第一弹簧和第二弹簧中的每一个之间的流体联接的量来选择角部致动器处的施加阻力。
6.除了本文所述的一个或多个特征之外，所述第一弹簧提供第一阻力，所述第二弹簧提供第二阻力，并且所述阀被配置为控制所述流体联接的量以在所述角部致动器处提供所述施加阻力，所述施加阻力是所述第一阻力、所述第二阻力以及所述第一阻力和所述第二阻力之间的第三阻力中的一个。所述可变弹簧系统还包括螺线管，所述螺线管配置为控制所述阀的配置。可变弹簧系统还包括处理器，以经由螺线管控制阀的配置，以补偿车辆的侧倾和车辆的俯仰中的至少一个。阀的配置确定第一弹簧与控制室之间的第一孔的第一尺寸以及第二弹簧与控制室之间的第二孔的第二尺寸。所述可变弹簧系统还包括泵，所述泵
被配置为控制所述可变弹簧系统中的流体体积。第一弹簧和第二弹簧中的至少一个选自弹簧组、液压弹簧、气动装置和螺旋弹簧。
7.在又一示例性实施例中，公开了一种车辆。车辆包括角部致动器和可变弹簧系统。可变弹簧系统包括联接到角部致动器的控制室、第一弹簧、第二弹簧和阀，该阀配置为通过控制控制室与第一弹簧和第二弹簧中的每一个之间的流体联接的量来选择角部致动器处的施加阻力。
8.除了本文所述的一个或多个特征之外，所述第一弹簧提供第一阻力，所述第二弹簧提供第二阻力，并且所述阀被配置为控制所述流体联接的量以在所述角部致动器处提供所述施加阻力，所述施加阻力是所述第一阻力、所述第二阻力以及所述第一阻力和所述第二阻力之间的第三阻力中的一个。所述车辆还包括螺线管，所述螺线管配置为控制所述阀的配置。所述车辆还包括处理器，所述处理器用于经由所述螺线管控制阀的配置，以补偿所述车辆的侧倾和所述车辆的俯仰中的至少一个。车辆还包括泵，该泵配置为控制可变弹簧系统中的流体体积。第一弹簧和第二弹簧中的至少一个选自弹簧组、液压弹簧、气动装置和螺旋弹簧。
9.当结合附图时，根据以下详细说明书，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。
附图说明
10.其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现在以下详细说明书中，详细说明书参考附图，其中：
11.图1示出了根据示例性实施例的车辆的车轮组件的侧视截面图；
12.图2示出了说明性实施例中的弹簧组；
13.图3示出了在说明性实施例中用于调节在角部致动器处经历的弹簧常数的可变弹簧系统；以及
14.图4示出了图示阀配置对角部致动器处经历的弹簧常数的影响的曲线图。
具体实施方式
15.以下说明书本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
16.根据示例性实施例，图1示出了车辆的车轮组件100的侧视截面图。车轮组件100包括车轮102、轮毂103、联接到轮毂顶端的上控制臂104和联接到轮毂底端的下控制臂106。车轮组件100还包括角部致动器108。角部致动器108包括从第一端112延伸到第二端114的圆柱形套筒110。圆柱形套筒110在第一端112处封闭并且在第二端114处开口。圆柱形套筒110在第一端112处联接到车辆结构130上的固定点。活塞杆116在第二端114处延伸到圆柱形套筒110中，并且可在圆柱形套筒内移动。活塞杆116联接到下控制臂106。液压室118形成在活塞杆116的活塞120和第一端112之间的圆柱形套筒110内。流体122设置在第一端112和活塞120之间的液压室118内。导管124(例如软管)在圆柱形套筒110的第一端112处或附近连接到液压室118。当下控制臂106和车辆结构130朝向彼此移动时，活塞杆116和活塞120朝向第一端112移动，从而减小液压室118的容积并将流体122经由管道124推出室并进入可变弹簧
系统300，这将参考图3详细讨论。当下控制臂106和车辆结构130远离彼此移动时，活塞杆116和活塞120朝向第二端114移动，从而增加液压室118的容积并将流体122从可变弹簧系统300抽吸并经由管道124进入室中。下控制臂106和车辆结构130之间的距离通常是车轮102和路面之间的力的函数。由角部致动器108提供的液压力提供对在车轮102处经受的任何垂直力做出抵抗的垂直阻力。
17.图2示出了说明性实施例中的弹簧组200。弹簧组200是液压机械装置，其包括以类似于贝氏垫圈(belleville washer)的方式布置的多个圆形弹簧或盘202。盘202设置在形成于壳体206内的腔室204中。壳体206具有孔208，流体122可以通过孔208流入和流出腔室204，该流体与图1中所示的流体相同。具有密封o形环212的分离活塞210将进入腔室204的流体位移(fluid displacement)转换成弹簧盘的线性位移。在各种实施例中，孔208位于壳体206的底部或最低点处。弹簧组200由弹簧常数(spring constant)限定。该弹簧常数可以是线性的或渐进的，这取决于弹簧组200中的盘的构造。当流体连接到角部致动器108时，并紧式弹簧200提供阻力，该阻力取决于壳体206内的流体122的体积，并且因此取决于由进入壳体206的流体位移挤压的盘202的偏转。
18.图3示出了在说明性实施例中用于调节在图1的角部致动器108处经受的弹簧常数的可变弹簧系统300。可变弹簧系统300经由管道124联接到角部致动器108的液压室118。可变弹簧系统300包括控制室302、第一弹簧304和第二弹簧306。在一个实施例中，第一弹簧304和第二弹簧306中的每一个设置在它们各自的壳体中，壳体中的每一个包括可以用于将相应的第一弹簧304和第二弹簧306联接到控制室302的流体。第一弹簧304和第二弹簧306中的至少一个可以用作弹簧组200，诸如图2所示。在其他实施例中，第一弹簧304和第二弹簧306中的至少一个可以是任何合适的液压装置，例如液压弹簧、气动装置或螺旋弹簧。控制室302经由导管124流体地联接到液压室118。控制室302包括阀308，阀308控制该控制室302与第一弹簧304和第二弹簧306中的每一个之间的流体联接的量或程度。
19.诸如螺线管的致动装置310可用于将阀308设置在多个阀位置或阀配置中的一个处。处理器312与致动装置310通信并控制致动装置310的操作，从而控制阀308的配置。阀308的每个位置或配置提供用于将控制室302联接到第一弹簧304和第二弹簧306中的每一个的选定比率。阀308能够实现对单独弹簧刚度(或弹簧常数)或两者的组合弹簧刚度(1/k)(或组合弹簧常数)的静态选择。以这种方式，弹簧刚度(spring rate)可以是基于第一弹簧304的致动的第一弹簧刚度、基于第二弹簧306的致动的第二弹簧刚度或基于第一弹簧和第二弹簧一起的致动的第三弹簧刚度。动态地，弹簧刚度可以从一个刚度切换到另一个刚度。
20.角部致动器108处经历的弹簧常数k
ca
可以写为第一弹簧常数k1和第二弹簧常数k2的组合。可以通过将第一弹簧和第二弹簧视为串联来获得弹簧常数k
ca
。因此，弹簧常数k
ca
如等式(1)所示：
[0021][0022]
其中α是比例，其中α是控制室302和第一弹簧304之间的流体联接量(amount of a fluid coupling)与控制室302和两个弹簧之间的流体联接量的比例。因此，1-α是控制室302和第二弹簧306之间的流体联接量与控制室302和两个弹簧之间的流体联接量的比例。联接在控制室和弹簧之间的流体的量与控制室和弹簧之间的孔口或开口的尺寸有关。因
此，比例α基于由阀308的配置控制的第一弹簧304的第一孔的第一尺寸和第二弹簧306的第二孔的第二尺寸。处理器312可以动态地控制阀配置以补偿各种车辆动态，诸如补偿车辆的侧倾或俯仰。
[0023]
在第一阀配置中，例如，第一弹簧304流体地联接至控制室302，并且第二弹簧306与控制室302流体地隔离(即，α＝1)。因此，对于第一阀配置，在角部致动器108处经历的弹簧常数k
ca
是第一弹簧304的第一弹簧常数k1，并且在角部致动器处的施加阻力等于由第一弹簧304提供的第一阻力。
[0024]
在第二配置中，第一弹簧304与控制室302流体隔离，并且第二弹簧306流体联接到控制室302(即，α＝0)。因此，对于第二阀配置，角部致动器108处经历的弹簧常数k
ca
是第二弹簧306的第二弹簧常数k2，并且角部致动器处的施加阻力等于由第一弹簧304提供的第二阻力。
[0025]
在第三配置中，第一弹簧304和第二弹簧306都流体地联接至控制室302(即，0《α《1)。因此，角部致动器108处经历的弹簧常数k
ca
处于第一弹簧常数和第二弹簧常数的组合，并且角部致动器处的施加阻力等于第三阻力，第三阻力是第一阻力和第二阻力的组合。
[0026]
可变弹簧系统300还包括与控制室302流体连通的泵室320。泵室320中的泵322控制泵室320中的流体体积，并且因此控制整个可变弹簧系统300中的流体体积。可以增加或减少流体体积，以便调节控制室302和液压室118内的流体体积。增加或减少流体体积进一步调节车辆的底盘高度。
[0027]
图4示出了曲线图400，其示出了阀配置对角部致动器处经历的弹簧常数k
ca
的影响。沿着横坐标示出了轮位移(d)，并且沿着纵轴示出了力(f)。在一个实施例中，位移可以以毫米(mm)为单位，并且力可以以牛顿(n)为单位。第一曲线402示出了车轮处的位移与由第一弹簧304提供的阻力之间的线性关系。第一曲线402的斜率表示第一弹簧304的第一弹簧常数k1。第二曲线404示出了车轮处的位移与由第二弹簧306提供的阻力之间的线性关系。第二曲线404的斜率表示第二弹簧306的第二弹簧常数k2。如曲线图400中其相应曲线的斜率所示，第一弹簧常数小于第二弹簧常数。因此，第一弹簧304提供“软”阻力，而第二弹簧306提供“硬”阻力。
[0028]
提供曲线406、408和410以示出将阀308动态地切换到第一阀配置和第二阀配置之间的第三配置的效果。将阀从一种模式动态地切换到另一种模式可以在行程中的任何位置处完成，并且曲线406、408和410表示弹簧在由处理器控制时改变以优化车辆动力学的能力。
[0029]
虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，本公开不旨在限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

技术特征：
1.一种对联接到车辆的车轮的角部致动器进行操作的方法，包括：通过选择可变弹簧系统的控制室与第一弹簧和第二弹簧中的每一个之间的流体联接量来选择对所述角部致动器的施加阻力，其中所述角部致动器与所述控制室流体连通；以及使用所施加的阻力来吸收所述车轮处的力。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一弹簧提供第一阻力，并且所述第二弹簧提供第二阻力，所述方法还包括选择所述流体联接量，以提供所述施加阻力，所述施加阻力是以下中的一个：(i)所述第一阻力；(ii)所述第二阻力；以及(iii)在所述第一阻力和所述第二阻力之间的第三阻力。3.根据权利要求1所述的方法，还包括控制阀的位置，以选择所述流体联接量。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述阀的位置确定所述第一弹簧与所述控制室之间的第一孔的第一尺寸以及所述第二弹簧与所述控制室之间的第二孔的第二尺寸。5.根据权利要求1所述的方法，还包括控制所述可变弹簧系统中的流体体积。6.一种用于车辆的可变弹簧系统，包括：控制腔室，所述控制腔室联接到所述车辆的角部致动器；第一弹簧；第二弹簧；以及阀，所述阀被配置为通过控制所述控制室与所述第一弹簧和所述第二弹簧中的每一个之间的流体联接量来选择所述角部致动器处的施加阻力。7.根据权利要求6所述的可变弹簧系统，其中，所述第一弹簧提供第一阻力，并且所述第二弹簧提供第二阻力，并且所述阀配置为控制流体联接量，以在所述角部致动器处提供所述施加阻力，所述施加阻力是以下中的一个：(i)所述第一阻力；(ii)所述第二阻力；以及(iii)在所述第一阻力和所述第二阻力之间的第三阻力。8.根据权利要求6所述的可变弹簧系统，还包括螺线管，所述螺线管配置为控制所述阀的配置。9.根据权利要求8所述的可变弹簧系统，其中，所述阀的配置确定所述第一弹簧与所述控制室之间的第一孔的第一尺寸以及所述第二弹簧与所述控制室之间的第二孔的第二尺寸。10.根据权利要求6所述的可变弹簧系统，还包括泵，所述泵被配置为控制所述可变弹簧系统中的流体体积。

技术总结
本发明涉及可变自适应液压机械弹簧。一种车辆、可变弹簧系统和操作联接到车辆车轮的角部致动器的方法。车辆包括角部致动器和可变弹簧系统。可变弹簧系统包括联接到角部致动器的控制室、第一弹簧、第二弹簧和阀。通过选择控制室与第一弹簧和第二弹簧中的每一个之间的流体联接量来选择角部致动器的施加阻力。使用所施加的阻力在车轮处吸收力。施加的阻力在车轮处吸收力。施加的阻力在车轮处吸收力。


技术研发人员：R.P.马布尔
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2022.10.25
技术公布日：2023/9/20