用于车辆的备用轮胎阻尼器组件、质量阻尼器组件

摘要

本发明提供用于车辆的备用轮胎阻尼器组件，包括：支撑架，设置成固定有备用轮胎；第一隔离器，相对支撑架设置，第一隔离器被设置为可以沿至少一个方向调节；以及第二隔离器，与第一隔离器串联以便第一隔离器的调节能够调节第二隔离器的静态预负载。还提供用于车辆的质量阻尼器组件，包括：质块；连接件，设置为将质块固定至车辆；第一隔离器，第一隔离器相对质块设置并根据气动控制进行调节。本发明可调节车辆以用于不同情形。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及利用例如备用轮胎的不同质量阻尼器以减小车辆振 动的组件和方法。

背景技术

利用质量阻尼器改进车辆的行驶是比较常见的做法。质量阻尼器与车 架连接并且被调谐成以预定的频率谐振，以便阻遏车辆的振动。由于客货 两用卡车的车架和后桥模式的谐振频率较低，客货两用卡车往往对垂直振 动比较敏感。很多客货两用卡车都显现出由道路原因引起的不舒适的垂直 行驶振动。由于车辆的第一弯曲模式和后桥跳动模式之间的相互作用引起 了这些高级别的振动。通常，卡车和运动型多用途车(SUV)中的备用轮 胎组件与车辆的底架刚性连接。不过，很多阻尼器的设计包括利用一种装 置，该装置将备用轮胎作为质量阻尼器的方式安装至车辆。

例如，名称为“Spare Tire Mass Damper”，的PCT申请WO2006/044943” 教导了使用具有扭转隔离器的阻尼器组件。备用轮胎相对车架枢转地安装， 并且备用轮胎关于阻尼器组件的一端共振。不过，由于弹簧提供的恒定硬 度会产生不变的阻尼器调谐频率，因此使用弹簧的阻尼器组件受到限制。 当需要时，不能调节弹簧以增加或减少阻尼器频率。相应地，不能调节或 调谐阻尼器组件以满足不同车辆要求，例如有效载荷的变化、不同轴距长 度、或较为崎岖不平的地形。

因此，需要一种具有隔离器的振动阻尼器组件，该隔离器具有可调节 频率和/或硬度，以便可以调节车辆用于不同情形。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于车辆的 备用轮胎阻尼器组件及质量阻尼器组件，以可调节车辆用于不同情形。

本发明可以解决一个或多个上述问题。通过以下说明，其他的特征和/ 或优点也变得显而易见。

本发明的一个示例实施例涉及一种用于车辆的备用轮胎阻尼器组件， 包括：支撑架，其设置为将备用轮胎固定于其上；第一隔离器，其相对于 支撑架设置。第一隔离器设置为能沿至少一个方向调节；以及第二隔离器， 其与第一隔离器串联，以便第一隔离器的调节能够调节第二隔离器的静态 预加载。

优选地，第一隔离器是气动隔离器。

优选地，第二隔离器包括泡沫件。

优选地，阻尼器组件设置为，当满足预定条件时自动地调节第一隔离 器。

优选地，该备用轮胎阻尼器组件进一步包括：设置为当满足预定条件 时自动地调节第一隔离器的控制模块。

优选地，第一隔离器设置在支撑架和车架之间。

优选地，支撑架包括包住备用轮胎的上部和下部；以及其中支撑架设 置为与车架刚性连接。

优选地，第一隔离器设置在支撑架和备用轮胎之间。

优选地，第二隔离器设置在备用轮胎和车架之间。

优选地，支撑架可拆分地与车架连接。

本发明的另一示例实施例涉及一种用于车辆的质量阻尼器组件，包括： 质块；设置为将质块固定至车辆的连接件；以及相对该质块设置的第一隔 离器，且该隔离器设置为根据气动控制进行调节。

优选地，质块是备用轮胎。

优选地，隔离器是气囊。

优选地，该用于车辆的质量阻尼器组件进一步包括：第二隔离器，其 设置为通过调节第一隔离器被预加载。

优选地，第二隔离器由泡沫形成。

本发明的另一示例实施例涉及一种利用备用轮胎组件抑制车辆振动的 方法，包括：将支撑架固定至车架；相对支撑架设置第一可调节隔离器； 设置第二隔离器，使其与第一可调节隔离器串联；通过调节第一隔离器的 高度预加载第二隔离器；以及设置备用轮胎以使其相对车架振动。

优选地，该方法还包括调节第一隔离器的高度。

优选地，调节第一隔离器包括气动地控制该第一隔离器。

优选地，所述的设置备用轮胎以使其振动，包括将轮胎设置在第一可 调节隔离器上方。

优选地，该方法进一步包括：提供控制模块，并且该控制模块被设置 为，当满足预定状态时该控制模块自动地调节第一隔离器。

本教导的一个优势是该阻尼器组件能够通过气囊膨胀压力，快速且容 易地调节阻尼器的频率。这使得同样的阻尼器能够适用于不同轴距的卡车 或不同的第一弯曲模式频率。

本教导的另一优势是四点式阻尼器组件能够利用现有的框架横梁作为 连接位置，因此能够最小化组件的成本和复杂性(例如，不需要另外的安 装托架或U形夹)。可以根据有效负载状态调节阻尼器组件。

本教导的另一优势是提供了一种具有隔离器的弹性振动阻尼器组件， 该隔离器具有可调节高度，以便能够调节备用轮胎的振动频率。可以改变 该阻尼器组件以适应负载变化、不同车辆或较为崎岖不平的地形。在以下 描述中，某些方面和实施例变得显而易见。应该理解的是，在本发明最广 义的意义中，在不需要这些方面和实施例的一个或多个特征的情形下可以 实施该发明。应该理解的是，这些方面和实施例只是示例和说明，而且并 非用于限制本发明。

下面参考附图，以示例的方式详细解释本发明，附图中相同的或实质 相同的部件使用同样的标号。结合有关附图以及通过以下描述的用于实施 本发明的最优模式，本发明的以上以及其他特征和优势变得更显而易见。

附图说明

在附图中：

图1是根据示例实施例的具有备用轮胎阻尼器组件的车辆的立体图；

图2是图1的备用轮胎阻尼器组件的立体图；

图3是图2的备用轮胎阻尼器组件的分解图；

图4是根据另一示例实施例的备用轮胎阻尼器组件的立体图；

图5是图4的备用轮胎阻尼器组件的侧视图；

图6是具有根据另一示例实施例的备用轮胎阻尼器组件的车辆的立体 图；

图7是根据另一示例实施例的备用轮胎阻尼器组件的立体图；

图8是图6的备用轮胎阻尼器组件的分解图；以及

图9描绘了具有控制模块的示例阻尼器组件。

虽然参照说明性实施例进行了以下详细说明，但是这些实施例的多种 替换、修改、以及变型对本领域普通技术人员来说显而易见。相应地，应 该从广义上理解所要求保护的主题。

具体实施方式

以下描述和附图涉及用于抑制车辆振动的示例调谐质量阻尼器组件和 方法。该组件和方法将现有的车辆质块(例如，备用轮胎)作为组件的调 谐质量。本公开教导了可以连接在车辆底架上的备用轮胎阻尼器组件。阻 尼器组件用于吸收车辆悬架的偶发振动并且减少在乘员位置的振幅。备用 轮胎以及连接于备用轮胎的副车架的质量在被调节成与车辆的第一垂直弯 曲一致时，通过吸收振动大大地减小了第一弯曲响应的幅度。阻尼器组件 包括可调节的阻尼机构，以便在组装之后能够调节该阻尼器组件。可以改 变阻尼机构或振动隔离器的高度和相关质量而不需要去除或更换，从这个 意义上说，阻尼机构或振动隔离器是可调的。将附加振动隔离器与该可调 隔离器串联设置，且通过该可调隔离器使该附加的隔离器预负载。以这种 方式，不仅仅能够通过备用轮胎的质量、轮胎支撑架的位置和支撑架的结 构调节阻尼器组件，而且可以通过串联设置的隔离器的可调硬度调节阻尼 器组件。

本公开的备用轮胎阻尼器组件能够大大地减少车辆振动。车辆的主要 和次要振动(或震动以及余震(after shake))主要由后桥跳动和整车弯曲 的模式匹配驱动。示例的后桥频率是10.0Hz，示例的整车弯曲频率是 9.5Hz。一个备用轮胎组件能够使车辆/车架弯曲幅度减少65％(这种情况 下该减少是9dB至11dB)。余震衰荡倍数(after shake ring down times) 被减少16％。剧烈震动被减少33％以及高速跳动幅度被减少高达90％。

现在参见图1，其中示出了具有备用轮胎阻尼器组件20的车辆10。车 辆10是客货两用卡车。卡车10包括车辆主车架组件30(部分地示出)。 底架或主车架30包括两个纵向延伸的车辆结构件40、50。结构件40、50 是钢轨。虽然示出的车架30是非承载式车架结构，不过备用轮胎阻尼器组 件20也适用于承载式车架或其他车架。

如图1所示，备用轮胎阻尼器组件20与车辆主车架30连接。阻尼器 组件20是调谐质量阻尼器组件，其具有设置为相对车辆主车架30振动的 调谐质量。阻尼器组件20利用车辆备用轮胎60作为阻尼器质量。轮胎60 是用于客货两用卡车10的全尺寸轮胎，重量接近100磅。轮胎60通过安 装在托架80上的绞盘(如图2中示出的115)固定在支撑架70上。支撑 架70跨装在主车架轨道40和50(或结构件)上。在车架轨道40、50和 支撑架70之间是隔离器90。隔离器90是可调的，其中每个隔离器90的 高度和体积是可变的。在本实施例中，每个隔离器90是气动或液压控制的 隔离器。液压导管100可以与隔离器90连接以增加或减少其中的液体，从 而改变该隔离器的体积和高度。沿相对于车辆的垂直方向可以调节隔离器 90。可以使隔离器中充满示例压力，以使其具有50磅/平方英寸的内部压 力。隔离器的目标硬度是10lbf/in(磅力/英寸)。流体压力和硬度可以分 别比50磅/平方英寸和10lbf/in更低或更高。例如，在另一实施例中，隔 离器中的压力接近72磅/平方英寸。阻尼器组件20的目标频率是10Hz。利 用囊状物膨胀，可以改变阻尼器组件频率。下面更详细地讨论备用轮胎组 件。

如图1所示，阻尼器组件20安置在卡车的最后部。因为可达性和车辆 组装的原因，备用轮胎安置在客货两用卡车后桥的尾部。由于通常呈现出 较高弯曲幅度的后桥尾部的备用轮胎的重量和位置，因此使用备用轮胎作 为质量阻尼器是最优的。通过适当的调节，这两个因素会抑制振动。

现在参见图2，其中示出了图1的备用轮胎阻尼器组件20的立体图。 如图2所述，备用轮胎60是可以结合入阻尼器组件20中以减少车辆振动 的现有车辆结构的恰当示例。备用轮胎60是优选质量阻尼器。在描述的实 施例中，备用轮胎接近100磅。在其他实施例中，备用轮胎可以大于或小 于100磅。优选重量接近参与的模态质量的5％，这种情况下该质量大致为 2000磅。那么阻尼器应为100磅，其大致为备用轮胎和副车架的重量。使 用备用轮胎很少要求不向车辆添加任何另外的质量。在所描述的实施例中， 添加了备用轮胎副车架(例如70)以及套管。因为底架靠近车辆的弯曲反 节点之一，因此底架是用于调谐质量阻尼器的有利位置。阻尼器组件车架 的使用减小了车架弯曲。

图2-3示出了支撑架70，其中备用轮胎60与其连接。轮胎60通过绞 盘115与U形托架80连接。绞盘115是构造成用于将质块固定至车辆的连 接件。托架80固定在支撑架70的两个轨道110、120上。支撑架70是四 点式、开口的框架。支撑架70在其底部开口。支撑架70构造成其端部130 跨装在车辆主车架30上。支撑架70包括在轨道110、120中的多个孔140。 通过支撑架70束紧液压导管100，且该导管与每个隔离器90连接。

如图3所示，隔离器90是气囊。通过泵(未示出)将空气泵入每个隔 离器90中。隔离器90中的流体越多，气囊变得越硬，气囊延展的就越高 并且阻尼器组件的振动频率就越高。隔离器90可以具有与其他隔离器相同 或不同的高度。在其他实施例中，隔离器90是液压支柱。图2-图3中示出， 阻尼器组件20是架空结构。隔离器90安置在备用轮胎60顶上(或上方)， 且在支撑架70和车架30之间。与隔离器90安置在备用轮胎60下方的设 置相比(例如，如关于图6的讨论)，这种设置产生的振动频率不同。

如图2-3所示，副车架70可以由多种不同材料形成。例如，副车架70 可以由铝、铝合金、钛、钢或聚合物形成。所描述的副车架70由挤压的铝 构件形成。该构件被焊接在一起。在其他实施例中，可以通过例如模制、 冲压、机加工或使用分离的紧固件组装而得到副车架。

如图2-图3所示，轮胎60和副车架70被悬挂着并且通过囊状物90 和泡沫件或块105与主车架(如通过轨道40、50部分示出的)隔开。泡沫 块105作为补充隔离器。泡沫块105安置在车架底部且始终与备用轮胎60 接触。当提升备用轮胎60时，泡沫块的预负载增加，悬挂硬度增加并且阻 尼器组件20的垂直反弹频率增加。当可调隔离器9空瘪时，反之亦然。这 种可调节性使得能够随着车辆弯曲模式变化(例如当装载量增加时)调节 阻尼器，因此这种可调节性实用。在车架轨道40、50和备用轮胎60之间， 在备用轮胎阻尼器组件20中插入四个泡沫块。该泡沫块的示例硬度为2 lbf/in。

现在参见图4，其中示出了与根据第二示例的另一种备用轮胎阻尼器 组件一起使用的副车架200。副车架200设计为跨装在车辆的主车架轨道 上。在本实施例中，副车架200包括许多弹性套管190，其作为该组件中 的隔离器。套管190设置为与孔210配合。在示出的实施例中，安装了四 个套管。套管190是剪切式套管。图4中示出的设置是架空设计。套管设 置在备用轮胎顶上。通过孔215利用绞盘将轮胎固定在副车架200上。

副车架200可以与车辆主车架(例如图1中示出的30)连接。副车架 200利用现有的箱型截面车架横梁以安装在主车架上。阻尼器组件是具有 调谐质量(例如车辆的备用轮胎)的调谐质量阻尼器组件，该调谐质量设 置为相对车架振动。

轮胎固定至绞盘，该绞盘通过图4的支撑架200中的孔215与备用轮 胎连接。支撑架200与主车架轨道连接。车架轨道和支撑架之间是弹性套 管190。弹性套管190的目标硬度是10lbf/in。

如图4所示，副车架200可以由多种不同材料形成。例如，副车架200 可以由铝、铝合金、钢、钛或聚合物形成。所述副车架200是铸造的。副 车架200还可以通过使用粉末冶金技术的压模铸造形成。

图5描绘了具有副车架200的阻尼器组件220的侧视图。组件220包 括通过绞盘(未示出)与副车架200连接的备用轮胎230。副车架200跨 装在两个车架轨道240、250上。套管190固定在每根轨道240、250的顶 上。正如所示，轮胎230相对车架轨道240、250振动。在本实施例中，套 管190在副车架200的各个端部260、270。

现在参见图6-图8。其中示出了下悬吊式备用轮胎阻尼器组件300。下 悬吊式阻尼器组件300允许快速安装且不需要改装车辆。隔离器310安置 在备用轮胎阻尼器组件300和备用轮胎320之间，且在备用轮胎320的下 部或底部。与隔离器设置在备用轮胎(例如关于图2-3中讨论的)上面的 设置相比，这种设置产生的振动频率不同。

如图6所示，备用轮胎阻尼器组件300(图6中)可以可拆分地与车 辆主车架连接。可以使阻尼器组件与车辆主车架分开而不需要拆解组件 300。阻尼器组件300设置在车辆主车架30的下方且与主车架连接。阻尼 器组件300是具有调谐质量的调谐阻尼器组件，该调谐质量设置为相对车 辆主车架30振动。阻尼器组件利用车辆备用轮胎320作为阻尼器质量。隔 离器310可垂直地调节。每个隔离器310均是气动或液压控制的隔离器。 液压导管340可与隔离器310连接。隔离器310中的示例压力可以是70磅 /平方英寸。隔离器310的目标硬度是15lbf/in。

阻尼器组件300包括与车辆车架连接的副车架350(或连接件)。副 车架350包括上部305和下部315。在备用轮胎阻尼器组件300的底座上 是板360。隔离器310结合在板360和副车架350的下部315之间。图6 示出了备用轮胎阻尼器组件300以及与其连接的备用轮胎320。副车架350 是四点式车架。通过该车架束紧液压导管340且使其与每个隔离器310连 接。

如图8所示，隔离器310是气囊。通过泵(未示出)将气体供入每个 隔离器310。所述副车架350由焊接在一起的冲压钢形成，以形成副车架 350。在其他实施例中，副车架是模制的、冲压的、机加工的或使用分离的 紧固件组装的。

如图6所示，轮胎320和副车架350被悬挂，而气囊(即隔离器310) 位于备用轮胎320上方。泡沫块325设置成与隔离器310串联且结合在副 车架350的上部305和备用轮胎之间。泡沫块的示例硬度是2lbf/in。通过 调节隔离器310使泡沫块325预加载。副车架350可以例如通过冲压、模 制、铸造或焊接形成。在本方法的一个变型中，将备用轮胎设置为相对可 调节隔离器振动，该设置包括将该备用轮胎设置在该可调节隔离器的顶上。

图9描绘了另一示例的备用轮胎阻尼器组件600。阻尼器组件600设 置为，当满足预定条件时，自动地调节任一隔离器(I1、I2、I3或I4)的 硬度。以这种方式，可以在不同行车条件下优化对振动的吸收。阻尼器组 件600包括相对备用轮胎610设置的四个液压隔离器(I1、I2、I3或I4)。 通过使用泵620调节每个隔离器的硬度。控制阀630与泵620和歧管635 流体地连接。歧管635向每个隔离器(I1、I2、I3或I4)分配压力。控制 阀630由与其连接的控制模块控制。控制阀630可以是例如任意一种机电 阀。泵620设置为选择性地向每个隔离器(I1、I2、I3或I4)提供液体， 以及从每个隔离器(I1、I2、I3或I4)中去除液体。

如图9所示，控制模块640设置为根据至少一个预定条件，自动地控 制每个隔离器(I1、I2、I3或I4)中的流体分配。控制模块640包括电子 处理器。该处理器设置为控制阀630中的控制电磁线圈，其能够在预定条 件下增加或减少每个隔离器中的压力。例如，当车辆有效载荷超过一定重 量时，每个隔离器中的硬度能够被减小。当车辆的运货车厢中包括至少500 磅时，每个隔离器中的硬度减少10％(从15lbf/in减少到至13.5lbf/in)。 控制模块640进一步设置为根据气候条件调节分配给每个隔离器的流体。 控制模块640与环境温度传感器连接。其中当环境温度高于70华氏温度时， 每个隔离器(I1、I2、I3或I4)中含有的流体会更多，并且当环境温度低 于35华氏温度时，每个隔离器中含有的流体会更少。控制模块640与650 连接并设置成接收关于车辆的其他状态的数据并且相应地调节隔离器硬 度。例如，车辆速度传感器通过车辆控制模块650与控制模块640连接。 其中车辆以超过预定速度的速度运行，控制模块640设置成通过从隔离器 中移除流体以减小其硬度。

如图9所示，控制模块640进一步与用户界面660连接。用户界面660 是一种交互显示器，其使车辆驾驶者能够控制阻尼器组件600的硬度。控 制模块640设置为具有不同的运作模式。每个模式具有不同的设置用于组 件600中的隔离器(I1、I2、I3、I4)。一种运作模式的名称为“越野”，并 且可以选择该模式用于预期的在较为崎岖不平的地形上移动。在越野模式 中，在运行期间，可以增加每个隔离器中的硬度以改变阻尼器组件的特性。 其他模式包括，例如“开/关”模式，该模式能够选择性地启用和禁用阻尼器 组件600。当控制模块640显示出与控制阀630连接时，控制模块可以与 控制阀合并。无线和硬线连接能够使控制阀630、控制模块640和其他车 辆控制器(例如车辆控制模块650或用户界面660)中的任意模块之间通 信。

此处公开了使用备用轮胎组件抑制车辆振动的方法。该方法包括：将 支撑架固定至车架；相对该支撑架设置第一可调节隔离器；以与该第一可 调节隔离器串联的方式设置第二隔离器；通过调节第一隔离器的高度对第 二隔离器预加载；以及设置备用轮胎以使其相对车架振动。图2-3讨论了 示例的备用轮胎阻尼器组件20。通过紧固件、夹具或焊接可将支撑架固定 在车架上。组件中包括可调节隔离器(例如图2-3中讨论的气囊90)。该 方法可包括液压地调节隔离器的高度。向隔离器添加或从隔离器中移除流 体以控制垂直位置。

本方法的一个实施例包括气动地控制第一隔离器。图2中示出了示例 结构。在该方法的另一变型中，设置备用轮胎以相对可调节隔离器振动包 括将该轮胎设置在可调节隔离器上方。图6-8示出了示例结构。在该方法 的另一变型中，将备用轮胎设置为相对于可调节隔离器振动，该设置包括 将该轮胎设置在可调节隔离器下方。图1-3示出了示例结构。如图9教导 的，还可以设置控制模块。控制模块设置成，当满足预定条件时，该模块 自动地调节第一隔离器。

应该理解的是，可以不同顺序执行该方法的步骤。而且，该方法中部 分或所有步骤可以是自动的。例如，可以手动或自动地调节隔离器频率和 硬度。

本教导不限于使用备用轮胎作为质量阻尼器。根据本教导，也可以使 用其他现有的或非现有的车辆质块，例如燃油盘或排放系统部件。

对本领域普通技术人员来说，显而易见的是，可以对本公开的方法做 出不同修改和变型而不会背离其教导的范围。通过此处公开的教导的说明 和实施，本发明的其他实施例对本领域普通技术人员也是显而易见的。本 说明书和示例是示例性的。

虽然详细地描述了实施本发明的最佳模式，熟悉本发明涉及领域的人 员能够认识到在权利要求的范围之内的实现本发明的各种可选设计和实施 例。