CN103723183A - 用于手轮扭转振动减弱的***和方法 - Google Patents

用于手轮扭转振动减弱的***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于手轮扭转振动减弱的***和方法。提供了用于减弱转向***的扭转振动的方法和设备。该设备可包括具有室的壳体。所述壳体能够联接到所述转向***的手轮的边框。该设备可包括设置在所述壳体的所述室中的质量。所述质量可具有固定刚度。该设备还可包括设置在壳体的室中的阻尼流体。该阻尼流体可具有可变刚度。该设备可包括控制模块，所述控制模块确定由所述转向***经历的扭转振动并且输出信号以响应于所述扭转振动大致实时地改变所述阻尼流体的刚度。

Description

用于手轮扭转振动减弱的***和方法
技术领域
本发明总体上涉及减振，且更具体地涉及用于方向盘或手轮扭转振动减弱的***和方法。
背景技术
通常，机动车辆可在宽范围的条件下操作。例如，机动车辆可在平坦路面或不平地面上操作。在平坦路面操作的示例中，例如当机动车辆以高速公路速度在高速公路上运行时，由于道路车轮的不平衡度，车辆的操作者可能经历方向盘或手轮的扭转振动。
因此，期望减弱操作者在手轮处经历的扭转振动。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
提供一种用于减弱转向***的扭转振动的设备。在一个实施例中，该设备可包括具有室的壳体。所述壳体能够联接到所述转向***的手轮的边框。该设备可包括设置在所述壳体的所述室中的质量。所述质量可具有固定刚度。该设备还可包括设置在所述壳体的所述室中的阻尼流体。所述阻尼流体可具有可变刚度。该设备可包括控制模块，所述控制模块确定由所述转向***经历的扭转振动并且输出信号以响应于所述扭转振动大致实时地改变所述阻尼流体的刚度。
提供一种用于减弱转向***的扭转振动的方法。在一个实施例中，所述方法可包括：接收与所述转向***相关的加速度计数据；以及基于所述加速度计数据来确定在所述转向***的手轮附近经历的扭转振动的量。该方法还可包括：基于所述加速度计数据来调节与所述手轮的边框联接的减振***的阻尼和刚度。
本发明还提供了以下技术方案。
方案1. 一种用于减弱转向***的扭转振动的***，所述***包括：
包括室的壳体，所述壳体能够联接到所述转向***的手轮的边框；
设置在所述壳体的所述室中的质量，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的所述室中并且具有可变刚度；以及
控制模块，所述控制模块确定由所述转向***经历的扭转振动并且输出信号以响应于所述扭转振动大致实时地改变所述阻尼流体的刚度。
方案2. 根据方案1所述的***，其中，所述壳体还包括：
具有第一开口的第一室；
具有第二开口和第三开口的第二室；以及
具有第四开口的第三室，
其中，所述阻尼流体被接收在所述壳体中并且经由所述第一开口、第二开口、第三开口和第四开口在所述第一室、第二室和第三室之间流动。
方案3. 根据方案2所述的***，其中，所述第二室定位在所述第一室和所述第三室之间。
方案4. 根据方案3所述的***，其中，所述质量整体地设置在所述第二室内。
方案5. 根据方案1所述的***，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。
方案6. 根据方案1所述的***，其中，所述阻尼流体是磁流变流体。
方案7. 根据方案6所述的***，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控制模块通信，所述控制模块通过改变施加到所述一个或多个板的电流来改变所述阻尼流体的刚度。
方案8. 根据方案1所述的***，还包括：
角加速度计，所述角加速度计被联接到所述转向***的转向轴并且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确定在所述手轮处经历的所述扭转振动。
方案9. 根据方案1所述的***，其中，所述手轮的所述边框从所述手轮的中心线偏离。
方案10. 一种车辆，所述车辆包括：
转向***，所述转向***包括手轮和转向轴，所述手轮具有毂和边框，所述边框绕所述毂设置以便形成所述手轮的***，所述边框经由辐条联接到所述毂；
联接到所述边框的减振***，所述减振***包括：
     磁流变阻尼流体；以及
     能够在所述阻尼流体内运动的质量，
其中，所述阻尼流体的粘度能够基于在所述手轮处经历的扭转振动的量被调节。
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扭转振动的量并且基于所述扭转振动的量调节所述阻尼流体的粘度。
方案12. 根据方案11所述的车辆，还包括：
角加速度计，所述角加速度计被联接到转向轴并且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确定在所述手轮处经历的所述扭转振动。
方案13. 根据方案10所述的车辆，还包括壳体，所述壳体能够联接到所述手轮的边框，其中，减振***设置在所述壳体内。
方案14. 根据方案13所述的车辆，其中，所述壳体包括室，所述阻尼流体和所述质量设置在所述室内。
方案15. 根据方案13所述的车辆，其中，所述壳体还包括：
具有第一开口的第一室；
具有第二开口和第三开口的第二室；以及
具有第四开口的第三室，
其中，所述阻尼流体被接收在所述壳体中并且经由所述第一开口、第二开口、第三开口和第四开口在所述第一室、第二室和第三室之间流动。
方案16. 根据方案15所述的车辆，其中，所述质量整体地设置在所述第二室内。
方案17. 一种用于减弱转向***的扭转振动的方法，所述方法包括：
接收与所述转向***相关的加速度计数据；
基于所述加速度计数据来确定在所述转向***的手轮附近所经历的扭转振动的量；以及
基于所述加速度计数据来调节与所述手轮的边框联接的减振***的阻尼和刚度。
方案18. 根据方案17所述的方法，其中，调节与所述手轮的边框联接的阻尼***的刚度还包括：
调节被容纳在所述手轮的所述边框内的阻尼流体的粘度。
方案19. 根据方案18所述的方法，其中，所述阻尼流体是磁流变流体，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。
方案20. 根据方案17所述的方法，其中，接收所述加速度数据还包括：
从与所述转向***的转向轴联接的角加速度计接收角加速度计数据。
附图说明
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扭转振动减弱***的手轮的车辆的功能框图；
图2是根据实施例的图1的手轮的示意性前视图；
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是根据实施例的沿图2的线4-4截取的图2的手轮的截面图；
图5是示出根据实施例的减振***的控制***的数据流图；
图6是示出根据实施例的减振***的控制方法的流程图；
图7是根据另一实施例的图1的手轮的示意性前视图；以及
图8是根据另一实施例的沿图7的线8-8截取的图7的手轮的截面图。
具体实施方式
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。
参考图1，示出了车辆10。车辆10可包括转向***14、减振***16和控制模块18。如将在本文更详细地讨论的，控制模块18可从转向***14接收输入，以控制减振***16的操作。减振***16可阻尼车辆10的操作者在转向***14处所经受的扭转振动。
通常，转向***14可包括联接到转向轴22的方向盘或手轮20。应当注意的是，手轮的使用仅是示例性的，这是因为转向***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20等。在一个示例性实施例中，转向***14可包括电动助力转向（EPS）***，该EPS***可包括转向辅助单元24。转向辅助单元24可联接到转向***14的转向轴22以及联接到车辆10的拉杆26、28。应当注意的是，本文所描述并示出的转向轴22可包括但不局限于联接到中间轴的转向柱或本领域已知的将手轮20联接到转向辅助单元24的任何合适机构。转向辅助单元24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22联接到转向致动器马达和传动机构。在操作期间，当手轮20由车辆操作者转动时，转向辅助单元24的马达提供助力以使得拉杆26、28运动，所述拉杆继而分别使得转向节30、32运动。转向节30、32可联接到车辆10的相应道路车轮34。虽然EPS***在图1中被示出并且在本文被描述，但是要理解的是，转向***14可包括各种受控转向***，例如具有液压构造的转向***、具有线缆构造的转向装置、无助力的转向***等。
参考图2，手轮20可包括毂38和边框40。毂38可绕手轮20的中心线C定位，并且可将手轮20联接到转向轴22。边框40可关于手轮20的***或圆周延伸，并且可经由一个或多个辐条42联接到毂38。在一个示例中，参考图3，该边框40可具有带有大致U形形状的框架41，所述框架可限定用于接收减振***16的一部分的腔44。包括减振***16的一部分的边框40可被大致包封在盖罩46中。盖罩46可包括但不局限于聚合物、皮革和织物等中的一种或多种，其可使得手轮20对于操作者来说在美观方面令人愉悦。
继续参考图1，转向***14还可包括转向传感器48。转向传感器48可联接到转向轴22、手轮20或转向***14的其他位置。例如，转向传感器48可联接到手轮20的毂38。转向传感器48可包括加速度计，例如平移或角加速度计。在一个示例中，转向传感器48可测量转向轴22的加速度，并且可基于此产生加速度计信号。应当注意的是，虽然转向传感器48在本文被描述并示出为与转向辅助单元24是分离且分开的，但是转向传感器48在需要时可与转向辅助单元24整体形成，以有助于使得车辆10转向。当联接到转向轴22时，转向传感器48可观测转向轴22响应于振动的扭转或角运动。由此，道路车轮34的不平衡度在平坦道路行驶条件期间可能导致扭转振动，这可能由操作者通过转向***14来感知到。转向轴22的角加速度可表明转向轴22（且因此车辆10的操作者）所经历的扭转振动的量。
参考图1和图2，减振***16可联接到转向***14，而从手轮20的中心线C显著地偏离，并且所述减振***可与控制模块18（图1）通信。在该示例中，参考图2，减振***16可联接到手轮20的边框40。然而应当注意的是，减振***16可联接到转向轴22或转向***14的任何其他合适部分，以减弱或阻尼转向***14所经历的扭转振动。与不具有减振***16的手轮20相比，该减振***16可减小在手轮20处的频率响应函数。
减振***16可包括壳体50、阻尼质量***52（图2）和功率源54（图1）。壳体50可定尺寸成联接到手轮20的边框40。应当注意的是，壳体50如图2所示在边框40中的位置仅是示例性的，这是因为壳体50可定位在沿边框40的任何所需位置处，并且可联接到辐条42。在一个示例中，壳体50可具有与手轮20的腔44对应的形状。壳体50可大致容纳阻尼质量***52。应当注意的是，虽然壳体50的用途在本文被示出并描述为容纳阻尼质量***52，但是阻尼质量***52在需要时可被大致容纳在手轮20的边框40内而不使用壳体。壳体50可限定至少一个室56。室56可接收阻尼质量***52。
参考图3和图4，阻尼质量***52可包括阻尼流体58、质量60、以及一个或多个板61。在一个示例中，阻尼流体58可包括但不局限于磁流变流体，所述磁流变流体可与功率源54（图1）通信。通常，磁流变流体的粘度可基于磁通量的施加而改变。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4）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***52的刚度基于磁通量场的施加而变化。
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***52的刚度能够随着磁流变流体的粘度的变化而变化，这可使得能够响应于扭转振动大致实时调节阻尼质量***52。通常，功率源54可从控制模块18接收信号以向阻尼流体58施加电流，该电流可取决于手轮20所经历的扭转振动而改变阻尼流体58的粘度。该大致实时减振可减少车辆10的操作者在手轮20处所经历的扭转振动。
质量60可被接收在壳体50的室56内，并且可大致浸没在阻尼流体58中。在一个示例中，质量60可在阻尼流体58内浮动，但是质量60还可联接到壳体50的室56，以便在阻尼流体58内固定。质量60可包括通孔60a。通孔60a可使得阻尼流体58能够流经质量60。应当注意的是，阻尼流体58还可围绕质量60流动。质量60可提供用于转向***14的固定阻尼量。由此，质量60可被选择成具有这样的重量，该重量提供与预定道路车轮34不平衡度相对应的预定阻尼或减弱量。因此，阻尼流体58可提供可变阻尼量，其可响应于在各个道路车轮不平衡度下所经历的扭转振动而被大致实时地调节，而质量60可提供用于预定道路车轮不平衡度的固定阻尼量。
板61可设置在壳体50的大致相对两端。在一个示例中，板61可包括第一板61a和第二板61b。如在图4中示意性地示出的，板61a、61b可与功率源54通信，并且可用于向阻尼流体58施加磁通量场。施加磁通量场可导致阻尼流体58改变粘度，由此改变阻尼流体58的刚度。应当注意的是，板61a、61b在需要时可与控制器18直接通信。
往回参考图1，功率源54可与板61a、61b通信，并且可由控制模块18来控制。功率源54可以是能够向板61a、61b供应电流的任何合适功率源，以向阻尼流体58施加磁通量场以便大致实时地改变阻尼流体58的粘度。此外，虽然功率源54在本文被示出为单独且分离的部件，但是功率源54可以与车辆10的其他部件（例如，控制模块18）整体形成。
控制模块18可基于接收自转向传感器48的信号来控制减振***16，以改变阻尼质量***52的刚度。在一个示例中，控制模块18可基于接收自转向传感器48的信号来控制阻尼流体58的粘度。
现参考图5，数据流图示出了用于可嵌入到控制模块18中的减振***16（图1）的减振控制***62的各个实施例。根据本公开的减振控制***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5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58（图2）的刚度。***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64和阻尼器控制模块66。
振动控制模块64可接收来自转向传感器48的加速度计数据68作为输入。基于加速度计数据68，振动控制模块64可设定用于阻尼器控制模块66的振动数据70。振动数据70可包括在车辆10的操作期间由转向传感器48观测到的由手轮20经历的扭转振动的量。
阻尼器控制模块66可接收振动数据70作为输入。基于振动数据，阻尼器控制模块66可输出阻尼器数据72。阻尼器数据72可包括待由功率源54输出的电流量，以产生磁通量场以将阻尼流体58的粘度改变至所需刚度。由此，基于阻尼器数据72，产生控制信号以控制功率源54所输出的电流。
现参考图6，并且继续参考图1-5，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6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。
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。
该方法可在100开始。在102，该方法可从转向传感器48接收加速度计数据68。基于加速度计数据68，该方法在104可确定在手轮20处所经历的扭转振动量。在106，该方法可确定将阻尼流体58的粘度调节至所需刚度以减弱手轮20所经历的振动所需的电流量，并且可输出用于功率源54的阻尼器数据72。通常，基于阻尼器数据72，产生控制信号以控制功率源54所输出的电流。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：
Figure 2013104715757100002DEST_PATH_IMAGE001
其中，T是施加到不包括减振***16的手轮的扭矩/由不包括减振***16的手轮施加的扭矩；I是不包括减振***16的手轮的惯量；CT是不包括减振***16的手轮的扭转阻尼系数；KT是不包括减振***16的手轮的扭转刚度；
Figure 84240DEST_PATH_IMAGE002
是不包括减振***16的手轮24的旋转加速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
是不包括减振***16的手轮的旋转速度；
Figure 898612DEST_PATH_IMAGE004
是不包括减振***16的手轮的旋转位移；TTVA是施加到包括减振***16的手轮的扭矩/由包括减振***16的手轮施加的扭矩；ITVA是包括减振***16的手轮24的质量；CTVA是包括减振***16的手轮24的扭转阻尼系数；KTVA是包括减振***16的手轮24的扭转刚度；是包括减振***16的手轮24的旋转加速度；
Figure 783392DEST_PATH_IMAGE006
是包括减振***16的手轮的旋转速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是包括减振***16的手轮的旋转位移。与不包括减振***16的手轮相关的值可从合适源（包括但不局限于，查询表）被获得。
在108，该方法可从转向传感器48接收加速度计数据68。如果手轮20在110仍基于加速度计数据68经历振动，那么该方法可循环回到104。否则，该方法可在112结束。
参考图7和图8，根据另一示例性实施例，其中相同的附图标记被用于指代与关于图1-6所讨论的部件相同或相似的部件，车辆10可包括减振***16b，该减振***可由控制模块18控制并且被联接到手轮20的边框40。减振***16b可包括壳体200、阻尼质量***202和功率源54（图1）。
壳体200可定尺寸成联接到手轮20的边框40。在一个示例中，壳体200可具有与手轮20的腔44对应的形状。参考图8，壳体200可包括至少一个室204。在一个示例中，至少一个室204可包括第一室204a、第二室204b和第三室204c。在该示例中，第二室204b可定位在第一室204a和第三室204c之间。应当注意的是，这些室204a-c的该布置仅是示例性的，因为任何数量的室可用于任何所需构造中。第一室204a、第二室204b和第三室204c中的每个都可包括至少一个开口206，以实现室204a-c之间的流体连通。在一个示例中，第一室204a可包括开口206a，第二室204b可包括开口206b和开口206c，并且第三室204c可包括开口206d。室204a-c之间的流体连通可使得阻尼质量***202的一部分在壳体200内流动。应当注意的是，虽然壳体200的用途在本文被示出并描述为容纳阻尼质量***202，但是阻尼质量***202在需要时可被大致容纳在手轮20的边框40内，而不使用壳体。
阻尼质量***202可被接收在壳体200内。阻尼质量***202可包括阻尼流体58、质量208、以及一个或多个板61。在一个示例中，阻尼流体58可包括但不局限于磁流变流体。磁流变流体的使用可使得阻尼质量***202的刚度能够随着磁流变流体的粘度的变化而变化，这使得能够响应于扭转振动而大致实时地调节阻尼质量***202。阻尼流体58可被接收在第一室204a、第二室204b和第三室204c中，并且在壳体200内可经由开口206a-d在室204a-c之间流动。板61a、61b可定位成邻近于阻尼流体58，并且可与功率源54（图1）通信，以向阻尼流体58施加磁通量场。
质量208可被接收在壳体200的第二室204b内，并且可大致浸没在阻尼流体58中。在一个示例中，质量208可在阻尼流体58内浮动，但是质量208还可联接到壳体200的第二室204b，以便在阻尼流体58内固定。质量208可提供用于转向***14的固定阻尼量。由此，质量208可被选择成具有这样的重量，该重量提供与预定道路车轮34不平衡度相对应的预定阻尼或减弱量。因此，阻尼流体58可提供可变阻尼量，其可响应于在各个道路车轮34不平衡度下所经历的扭转振动而被大致实时地调节，而质量208可提供用于预定道路车轮34不平衡度的固定阻尼量。
由于控制模块18可按照与关于图1-6中的减振***16描述的方法大致相同的方法来控制减振***16b，因此由控制模块18针对减振***16b执行的控制方法在本文将不被详细地讨论。但是简要地，控制模块18可基于从转向传感器48接收的信号来控制减振***16b，以改变阻尼质量***202的刚度。在一个示例中，控制模块18可基于从转向传感器48接收的信号来控制阻尼流体58的粘度。
虽然在前述详细说明中已经示出了至少一个示例性实施例，但是应当理解存在大量的变型。还应当理解的是，示例性实施例仅是示例且决不旨在限制本公开的范围、应用或配置。更确切地说，前述详细说明将向本领域技术人员提供用于实施示例性实施例的便捷路线图。应当理解的是，在不偏离由所附权利要求书及其法律等同物阐述的本公开范围的前提下可作出元件的功能和配置上的各种变化。

Claims (10)

1.一种用于减弱转向***的扭转振动的***，所述***包括：
包括室的壳体，所述壳体能够联接到所述转向***的手轮的边框；
设置在所述壳体的所述室中的质量，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的所述室中并且具有可变刚度；以及
控制模块，所述控制模块确定由所述转向***经历的扭转振动并且输出信号以响应于所述扭转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***，其中，所述壳体还包括：
具有第一开口的第一室；
具有第二开口和第三开口的第二室；以及
具有第四开口的第三室，
其中，所述阻尼流体被接收在所述壳体中并且经由所述第一开口、第二开口、第三开口和第四开口在所述第一室、第二室和第三室之间流动。
3.根据权利要求2所述的***，其中，所述第二室定位在所述第一室和所述第三室之间。
4.根据权利要求3所述的***，其中，所述质量整体地设置在所述第二室内。
5.根据权利要求1所述的***，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。
6.根据权利要求1所述的***，其中，所述阻尼流体是磁流变流体。
7.根据权利要求6所述的***，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控制模块通信，所述控制模块通过改变施加到所述一个或多个板的电流来改变所述阻尼流体的刚度。
8.根据权利要求1所述的***，还包括：
角加速度计，所述角加速度计被联接到所述转向***的转向轴并且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确定在所述手轮处经历的所述扭转振动。
9.一种车辆，所述车辆包括：
转向***，所述转向***包括手轮和转向轴，所述手轮具有毂和边框，所述边框绕所述毂设置以便形成所述手轮的***，所述边框经由辐条联接到所述毂；
联接到所述边框的减振***，所述减振***包括：
     磁流变阻尼流体；以及
     能够在所述阻尼流体内运动的质量，
其中，所述阻尼流体的粘度能够基于在所述手轮处经历的扭转振动的量被调节。
10.一种用于减弱转向***的扭转振动的方法，所述方法包括：
接收与所述转向***相关的加速度计数据；
基于所述加速度计数据来确定在所述转向***的手轮附近所经历的扭转振动的量；以及
基于所述加速度计数据来调节与所述手轮的边框联接的减振***的阻尼和刚度。
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