[发明专利]使用智能致动器的刚度控制

说明书

技术领域

本发明涉及使用智能致动器的刚度控制。

背景技术

稳定性控制系统（例如，车辆底盘和悬架系统）采用刚度控制元件（包括扭杆、减震器、以及其他连杆和阻尼机构）来影响车辆的行驶稳定性、行驶舒适度和侧滚性能。针对行驶舒适度、车辆操纵、车辆稳定性和抓地能力的行驶控制要求可随着行驶路面状况的改变而显著改变，被动系统被限制在该系统能够响应的变化状况的范围内。例如，传统的被动抗侧滚扭杆被设计具有足够的刚度以在拐弯时阻止车辆侧滚，该传统的被动抗侧滚扭杆在车辆不拐弯时可造成悬架噪音（suspension harshness），因此为非优化的刚度控制方案。响应改变的行驶特性和稳定性控制要求的主动或半主动系统也是可用的，但需要额外的费用和复杂度。例如，主动抗侧滚杆可配置有液压致动器或电磁马达，而液压致动器或电磁马达昂贵、复杂并要求额外的控制和车辆中的封装空间。

发明内容

配置有智能致动器的多个刚度元件可用于在包括车辆稳定性控制系统的刚度控制系统中按照需要来部署额外的刚度。如本文所述，刚度元件可配置有智能致动器并被结合到稳定性控制系统中，以在对行驶舒适度最少折衷的情况下改善操纵性，并通过提供对刚度元件的按需的耦接或脱离耦接来提高车辆侧滚性能。与现有的基于液压和马达的系统相比，智能致动器具有减少了成本、复杂度和封装空间的优点。具有智能致动器的多个刚度元件可并联或串联或者串并联组合地放置，以进一步增大稳定性控制可能性的范围，并增加实施方式的选项。 

在本文中提供了用于控制刚度的系统和设备。该系统和设备包括一个或多个刚度元件。每个刚度元件包括一个或多个智能致动器，每个致动器包括智能材料，该智能材料可为形状记忆合金（SMA）、磁流变（MR）流体、电流变（ER）流体、压电堆叠体、磁性形状记忆合金（MSMA）和磁致伸缩材料中的一种。

刚度控制系统包括：能适于传递第一输入负载的第一联接件；能适于传递第二输入负载的第二联接件；以及多个刚度元件。第一刚度元件可操作地连接到第一联接件和第二联接件，并配置为连续响应第一输入负载和第二输入负载中的变化。第二刚度元件与包括智能材料的致动器适配，并配置为使得智能材料的致动激活第二刚度元件。在非限制示例中，智能材料可为形状记忆合金（SMA），其限定为SMA线、SMA弹簧、或诸如楔形之类的其他形状。第二刚度元件配置为与第一刚度元件组合，从而使得第二刚度元件在被激活时响应第一输入负载和第二输入负载中的变化。

智能致动器进一步包括：限定可致动部分的致动器主体、由智能材料限定的致动机构和联接构件。当致动机构未被致动时，可致动部分和连接构件限定可滑动联接。当致动机构被致动时，可致动部分和联接构件被操作接触，从而防止联接构件相对于致动器主体的运动。致动器可进一步包括操作性地连接到可致动部分的摩擦元件。致动机构的致动可导致摩擦元件操作性地接触联接构件，以防止联接构件相对于致动器主体的运动。致动源可与致动器操作地连通，并配置为响应于第一输入负载和第二输入负载中的变化而选择性地致动智能材料。致动源可以是由传感器、控制器、开关和其组合中的一个所提供的电流。 

刚度控制系统可进一步配置有能适于感测车辆操作特性中的变化的传感器，所述车辆操作特性包括通过第一和第二系统联接件传递的输入负载中的变化。传感器可提供对应于操作特性、输入负载及其变化的信号。致动源可响应于信号从而响应于操作特性和所传递的负载中的变化而动态地激活和去激活（de-activate）第二刚度元件，从而使得系统的刚度可响应地动态变化。本文所述的系统可适用于车辆的悬架系统，以便提供对车辆悬架的刚度的动态控制，并提高和增大按需稳定性控制的范围。

在非限制性示例中，系统可配置为使得第一刚度元件可包括主弹簧和阻尼器中的至少一个，并且第二刚度元件可包括次弹簧，该次弹簧在致动器被致动时操作性地连接到第一联接件和第二联接件，并在致动器未被致动时与第一联接件和第二联接件中的一个操作性地断开。在另一非限制性示例中，系统可配置为使得第一刚度元件限定主扭杆，第二刚度元件限定次扭杆，所述次扭杆在致动器被致动时选择性地连接到第一联接件和第二联接件。次扭杆可包括操作性地连接到第一联接件的第一扭杆区段、操作性地连接到第二联接件的第二扭杆区段、和配置为耦接装置和扭矩限制装置中的一个的智能致动器，从而使得第一扭杆区段和第二扭杆区段在致动器被致动时选择性地连接到彼此。