СИСТЕМА ПОДВЕСКИ КАБИНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
SUSPENSION SYSTEM OF TRANSPORT VEHICLE CABIN

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе упругой подвески для опоры кабины транспортного средства с демпфированием колебаний в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Подвеска кабин с демпфированием колебаний является способом, который давно используется для повышения комфортности езды для оператора транспортного средства. Пример такой подвески представлен в патентном документе ЕР 0426510 В1. Система упругой подвески кабины поддерживает переднюю и заднюю области кабины с помощью систем пружинной подвески на раме. В данном решении системы пружинной подвески содержат идентичные упругие стойки сжатия, которые обеспечивают пружинную подвеску кабины с примерно одинаковой степенью упругости в каждой точке опоры. Поскольку системы пружинной подвески одинаковы, надежное снижение вибрации может быть достигнуто очень недорогими средствами. Однако недостаток таких систем состоит в том, что характеристики демпфирования индивидуальных систем пружинной подвески практически идентичны. Это означает, что невозможно отрегулировать до какой-либо значительной степени получаемые характеристики демпфирования.
В данном контексте известно также решение, согласно которому кабина транспортного средства связана с шасси системой элементов подвески, при этом индивидуальные элементы подвески связаны между собой электронной системой управления и регулирования, которая позволяет им реагировать на самые слабые колебания и изменения положения кабины. Поскольку индивидуальные элементы подвески конструктивно идентичны, алгоритмы, заложенные в системе управления и регулирования для всех элементов подвески, основаны по существу на одних и тех же математических зависимостях, так что процесс регулирования опирается на четко определенные модели регулирования. Поскольку колебательные состояния в каждой точке опоры иногда значительно изменяются вследствие внешних влияний, системы этого типа часто требуют больших усилий регулирования для создания условий, приемлемых для оператора.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании системы упругой подвески кабины для опоры кабины транспортного средства с демпфированием колебаний, которая позволяет устранить недостатки известных решений и в особенности обеспечивает возможность регулирования с минимальными усилиями и затратами.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет отличительных признаков, изложенных в пункте 1 формулы изобретения. Дальнейшие предпочтительные примеры осуществления и дополнительные варианты изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах.
За счет того что элементы подвески распределены между по меньшей мере первой и второй системами подвески и за счет того, что элементы подвески, принадлежащие одной и той же системе подвески, имеют одинаковую базовую характеристику демпфирования, а элементы подвески, принадлежащие различным системам подвески, имеют различные базовые характеристики демпфирования, обеспечивается лучшая адаптация систем демпфирования к внешним условиям в соответствующих областях использования. Особенное преимущество решения заключается в том, что могут быть значительно снижены усилия на управление и регулирование, требуемые для достижения удовлетворительной подвески кабины, так как теперь базовые вибрационные характеристики каждой системы подвески или демпфирования адаптированы к внешним условиям, которые воздействуют индивидуальным образом на эту систему. Решение позволяет также использовать системы подвески, создающие повышенную комфортность, в той области кабины, где сидит оператор транспортного средства.
Оптимальное гашение вибрации достигается в предпочтительном варианте осуществления изобретения, в котором системы демпфирования (подвески) с различными базовыми характеристиками демпфирования предназначены для передней и задней областей кабины транспортного средства.
В простейшем случае характеристики демпфирования могут определяется техническим выполнением соответствующей демпфирующей системы. Основное преимущество решения состоит в том, что могут быть упрощены алгоритмы для вычисления соответствующих характеристик демпфирования.
Дальнейшее упрощение регулирования характеристики демпфирования достигается в том случае, если характеристики демпфирования соответствующих систем демпфирования определяются кривыми характеристик демпфирования. В данном случае в предпочтительном варианте изобретения кривые характеристик демпфирования хранятся в модифицируемой форме в блоке управления и оценки.
Чрезвычайно эффективные средства регулирования характеристик демпфирования систем демпфирования и элементов подвески достигаются в том случае, когда эти характеристики демпфирования являются изменяемыми в зависимости от рабочего режима транспортного средства и/или от движения кабины транспортного средства.
Поскольку и движения наклона, и движения крена кабины существенно снижают комфортность при движении транспортного средства, в предпочтительном примере изобретения предусмотрено, что движение кабины, которое учитывается при модификации соответствующих характеристик демпфирования, включает в себя движение вертикальной качки, движение крена и движение наклона кабины.
Характеристики демпфирования различных систем подвески могут регулироваться очень простым образом в примерах выполнения, в которых предусмотрены датчики для определения рабочего режима транспортного средства, которые связаны с транспортным средством и/или кабиной, а сигналы рабочего режима передаются от датчиков на блок управления и оценки, где они вызывают изменение характеристик демпфирования элементов подвески с помощью хранящихся кривых характеристик демпфирования.
В предпочтительном примере изобретения кривые характеристик демпфирования определяют интенсивность демпфирования в зависимости от кинематических параметров транспортного средства и/или кабины транспортного средства. При этом в простейшем случае кинематическими параметрами могут являться скорость движения транспортного средства, ускорения транспортного средства и/или кабины, угол поворота осей транспортного средства и/или масса кабины и ее положение. В том случае, если вычисляется массовый параметр кабины, обеспечивается возможность устранить наклон кабины вследствие неравномерного распределения массы, когда в кабине находятся несколько пассажиров или пассажиры садятся и выходят из кабины.
Особенно эффективная система обеспечивается в том случае, если датчики выполнены в виде датчиков ускорения, и/или датчиков скорости, и/или датчиков угла поворота колес, которые сами по себе известны и эффективность которых установлена.
Для того чтобы с самого начала адаптировать базовую характеристику демпфирования в широком диапазоне к соответствующим преобладающим внешним условиям, предпочтительно, если индивидуальный элемент подвески для демпфирования колебаний выполнен в виде комбинации различных демпфирующих элементов. В простом примере различные демпфирующие элементы выполнены в виде комбинации пружины и демпфера, причем демпфер может быть отделен от пружины или объединен с ней. Это обеспечивает, в частности, относительно чувствительное согласование упругих и демпфирующих свойств.
Относительно чувствительное согласование упругих и демпфирующих свойств достигается, например, в том случае, если комбинация демпфирующих элементов в элементе подвески для демпфирования колебаний содержит стандартный пружинно-демпферный механизм, и/или пружинно-демпферную комбинацию с пневматическим демпфирующим элементом, и/или пружинно-демпферную комбинацию с гидропневматическим аккумулятором. В рамках изобретения комбинация пружины и демпфера в элементе подвески может содержать стандартный механизм со спиральной пружиной и демпфером, или пружинно-демпферную комбинацию пневматической пружины с демпфером, или пружинно-демпферную комбинацию гидропневматического аккумулятора с демпфером. Демпферы могут содержать стандартные демпферы для первой системы подвески и управляемые электронным образом демпферы для второй системы подвески или же только демпферы, управляемые электронным образом.
В зависимости от желаемой скорости адаптации характеристик демпфирования к изменениям внешних условий в предпочтительном примере изобретения может быть предусмотрено, что соответствующая кривая характеристики демпфирования может выбираться либо оператором транспортного средства, либо автоматически блоком управления и оценки.
Для обеспечения того, чтобы наклоны транспортного средства оказывали незначительное влияние или не оказывали никакого влияния на сидячее положение оператора, и в то же время для обеспечения оптимальной подвески кабины в предпочтительном примере осуществления могут быть предусмотрены средства, позволяющие элементам подвески смещать кабину вертикально относительно шасси, когда несколько пассажиров сидят в кабине, садятся или выходят из транспортного средства. Таким образом, данные средства могут влиять на высотные характеристики элементов подвески в зависимости от изменения массы кабины посредством управления пневматическими пружинами или гидропневматическими аккумуляторами.
В элементах подвески иногда возможны значительные изменения свойств подвески и демпфирования при работе на пределах рабочих диапазонов. Поэтому в предпочтительном примере изобретения характеристики демпфирования могут также регулироваться на основе деформации элементов подвески. В простейшем случае это может достигаться за счет средств для повышения интенсивности демпфирования при увеличении деформации элементов подвески.
В предпочтительном примере изобретения по меньшей мере один из элементов подвески содержит управляемый электронным образом демпфер, что обеспечивает большую гибкость в регулировании системы подвески.
Другие предпочтительные примеры выполнения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах:
фиг.1 изображает на виде сбоку транспортное средство в виде трактора с системой упругой подвески кабины по изобретению,
фиг.2 изображает на виде сбоку транспортное средство в виде трактора второй конструкции с системой упругой подвески кабины по изобретению.
Осуществление изобретения
На фиг.1 схематично представлена система 3 упругой подвески кабины в соответствии с изобретением для транспортного средства 1 в виде трактора 2. Кабина 4 транспортного средства соединена с опорной рамой 7 шасси 8 трактора 2 посредством элементов 5, 6 подвески, как это будет подробно описано далее. Элементы 5, 6 подвески расположены как в передней области 9 кабины 4, так и в ее задней области 10, при этом на чертеже показано, что в данном примере выполнения только два элемента 5 подвески установлены в передней области 9 и только два элемента 6 подвески установлены в задней области 10. В рамках изобретения может быть предусмотрена установка в каждой области 9, 10 только одного элемента 5, 6 подвески для демпфирования колебаний или вибрации или множества таких элементов.
Согласно изобретению элементы 5 подвески, предназначенные для передней области 9 кабины 4, образуют первую систему 11 подвески, а элементы 6 подвески, предназначенные для задней области 10 кабины 4, образуют вторую систему 12 подвески. Тот факт, что элементы 5, 6 подвески в соответствующих системах 11, 12 подвески имеют одинаковую конструкцию, обеспечивает приблизительно одинаковую базовую характеристику демпфирования для всех элементов 5, 6 подвески систем 11, 12. Каждая система 11, 12 подвески связана системой 13, 14 проводов с блоком 15 управления и оценки, в котором хранятся кривые 16, 17 характеристик демпфирования, определяющие характеристики демпфирования систем 11, 12 подвески, как это будет описано далее. Одинаковая конструкция всех элементов 5, 6 подвески в системах 11, 12 означает, что, подобно заданным базовым характеристикам демпфирования, построенные характеристические кривые 16, 17 для каждой системы 11, 12 подвески также соответствуют друг другу. Для достижения высокой степени комфортности подвески для оператора транспортного средства, а также для легкой адаптации к изменяющимся внешним условиям, таким как очень неровная поверхность или длительные высокие скорости движения, кривые 16, 17 характеристик демпфирования хранятся в блоке управления и оценки в модифицируемой форме, так что они могут быть в любое время изменены, сохранены в другом месте или удалены.
Операции ускорения в направлении FR движения трактора или в противоположном направлении являются существенным фактором для движения кабины 4 транспортного средства, установленной на шасси 8 трактора 2 на пружинных средствах подвески. По существу эти операции заключаются в ускорении и торможении во время переднего и заднего хода. Неровности 18 грунта в направлении FR движения и в поперечном направлении, а также движение трактора 2 на криволинейных участках пути также вызывают значительные смещения кабины 4. В зависимости от интенсивности указанных внешних условий кабина 4 совершает движения вертикальной качки, движения наклона 19 в направлении FR движения трактора или в противоположном направлении и движения крена 20 поперечно направлению движения. Влияние систем подвески на степень комфортности для водителя 22 подвержено значительным колебаниям в зависимости от положения сиденья 21 водителя относительно систем 11, 12 подвески. В отношении неровности земли имеет также большое значение, каким образом элементы 5, 6 подвески прикреплены к соответствующим осям 23, 24 трактора 2. Поскольку транспортные средства 1 обычно имеют симметричную конструкцию, элементы 5, 6 подвески соответствующих систем 11, 12 подвески подвергаются воздействию примерно одних и тех же условий. Поэтому регулирование, которое будет описано далее, может быть выполнено значительно проще посредством выбора подходящей базовой характеристики демпфирования для соответствующих систем 11, 12 подвески.
В зависимости от интенсивности внешних условий кабина 4 имеет тенденцию совершать движения вертикальной качки, движения наклона 19 и движения крена 20, в то время как элементы 5, 6 подвески кабины 4 предназначены для противодействия этим движениям вертикальной качки, движениям наклона 19 и движениям крена 20 для обеспечения водителю 22 высокой комфортности. Для того чтобы различные системы 11, 12 подвески могли быстро и точно реагировать на эти внешние условия и связанные с ними изменения и обеспечивать комфортность вождения на базе системы подвески, рабочий режим трактора контролируется датчиками 25, как показано на фиг.2. Эти датчики 25 могут быть представлены, например, в виде датчиков 26 скорости, датчиков 27 ускорения, датчиков 28 угла поворота колес и датчиков 37 положения или массы, при этом датчики 26, 27 скорости и ускорения могут быть расположены на шасси 8 или также на кабине 4. В рамках изобретения предусмотрена возможность того, что операции ускорения и торможения воспринимаются только посредством датчиков, связанных с педалью 29 акселератора и тормозной педалью 30 в кабине 4. В данном случае эти датчики определяют ускорение или замедление транспортного средства 1 на основе отклонения соответствующей педали 29, 30. Кроме того, в рамках изобретения предусмотрена возможность того, что датчики 25, 37 для определения массы и/или вертикального положения связаны с кабиной 4 и воспринимают вес кабины, при этом масса в конечном счете также является мерой смещения кабины 4. Это в особенности важно в тех случаях, когда один или несколько пассажиров садятся в кабину 4 или выходят из нее или в кабине находятся несколько человек. Для того чтобы обеспечить возможность для различных систем 11, 12 подвески точно реагировать на различное распределение массы, в предпочтительном варианте изобретения для систем 11, 12 подвески предусмотрены независимые датчики 37 массы или положения.
Сигналы, генерируемые соответствующими датчиками 25, передаются в качестве сигналов Y рабочего режима на блок 15 управления и оценки, установленный, например, в кабине 4. Поскольку кривые 16, 17 характеристик демпфирования, хранящиеся в блоке 15 управления и оценки, определяют способность различных систем 11, 12 поглощать кинетическую энергию как функцию внешних условий, которые влияют на различные рабочие режимы транспортного средства 1 и/или кабины 4, сигналы Y рабочего режима могут использоваться непосредственно для выбора подходящей кривой 16, 17 характеристики демпфирования. В предпочтительном примере адекватная кривая 16, 17 характеристики демпфирования может выбираться автоматически самим блоком 15 управления и оценки, так что водитель 22 освобождается от необходимости делать выбор. С другой стороны, возможен вариант осуществления, в котором сигналы Y рабочего режима могут отображаться для водителя 22 на дисплее 31 в кабине, так что водитель может сам выбирать подходящую кривую 16, 17 характеристики демпфирования для соответствующей системы 11, 12 подвески.
После выбора подходящей кривой 16, 17 характеристики демпфирования блок 15 управления и оценки генерирует сигналы Z регулирования, вызывающие изменение характеристик демпфирования элементов 5, 6 подвески соответствующих систем 11, 12 подвески. В зависимости от конструкции соответствующих элементов 5, 6 подвески сигналы Z регулирования ведут к увеличению или уменьшению упругости подвески и/или демпфирующего эффекта соответствующих элементов 5, 6 подвески. В результате элементы 5, 6 подвески противодействуют движениям вертикальной качки, движениям наклона 19 и движениям крена 20 кабины 4 транспортного средства. В свою очередь это заметно улучшает комфортность езды за счет улучшенных свойств подвески.
Такие специфические транспортные средства, как тракторы 2, проектируют специальным образом с расположением сиденья 21 водителя в задней области 10 кабины 4 и в области задней оси 24 трактора. Поэтому комфортность может быть дополнительно повышена с небольшими затратами посредством того, что только элементы 6 подвески в системе 12 демпфирования, связанной с задней областью 10 кабины 4, являются высокочувствительными и могут быть точно настроены. В первом примере это может обеспечиваться за счет того, что элементы 5 подвески, предназначенные для передней области 9 кабины 4, выполнены в виде стандартных пружинных механизмов подвески, которые сами по себе известны и в простейшем случае содержат упругие подпружиненные стойки или спиральные пружины 33 и широко известные стандартные демпферы. Напротив, элементы 6 подвески, как это показано на фиг.2, могут быть выполнены в виде высокочувствительной пружинно-демпферной комбинации с точной настройкой и пневматическим демпфирующим элементом 35. Как подробно показано на фиг.2, элемент 6 подвески для демпфирования колебаний, принадлежащий системе 12 подвески, которая установлена в задней области 10 кабины 4, может быть также выполнен в виде пружинно-демпферной комбинации 34 с гидропневматическим аккумулятором 36.
В рамках изобретения предусмотрена возможность того, что элементы 5, 6 индивидуальных систем 11, 12 подвески могут перемещаться по сигналам Z регулирования таким образом, что кабина 4 ориентирована вертикально относительно шасси 8, так что водитель 22 постоянно сохраняет горизонтальное сидячее положение независимо от наклона поверхности земли. В этом случае для обеспечения оптимальной комфортности подвески даже при компенсации сидячего положения характеристика демпфирования также может изменяться в функции изменения вертикального положения кабины 4. В данном контексте кривые 16, 17 характеристик демпфирования, хранящиеся в блоке 15 управления и оценки, могут учитывать также угол наклона элементов 5, 6 подвески. Это особенно важно с учетом того факта, что несущие и демпфирующие свойства пружинных амортизирующих механизмов существенно изменяются в ответ на деформацию соответствующих элементов 5, 6 подвески. В соответствии с известной закономерностью поведения, согласно которой жесткость увеличивается по мере увеличения деформации, в дальнейшем предпочтительном примере изобретения может быть предусмотрено, что интенсивность амортизации повышается при увеличении деформации элементов 5, 6 подвески. Эти соотношения также отображены в кривых 16, 17, определяющих характеристику демпфирования.
Специалист в данной области вполне способен адаптировать описанную систему 3 упругой подвески кабины транспортного средства любым желательным образом или использовать ее в других примерах осуществления в пределах объема охраны изобретения для получения описанных технических эффектов.