阻尼器控制装置 |
|||||||
| 申请号 | CN202280057201.8 | 申请日 | 2022-08-26 | 公开(公告)号 | CN117836201A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 荣轮科技欧洲有限责任公司; 荣轮科技股份有限公司; | 发明人 | P-G·普兰泰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 描述了一种用于两轮车辆(3)的 电子 悬架组件(4)中的阻尼器(2)的阻尼器控制装置(24)，该阻尼器控制装置(24)包括 传感器 装置，该传感器装置包括：多个传感器(240AS、240P、240M)，该多个传感器被布置成测量两轮车辆(3)的运动相关参数；向上提升检测装置，该向上提升检测装置被配置为根据传感器输出(240x、240y、240z、240p、240m)检测簧载物上的向上提升动作(Zlift)；以及决策模 块 ，该决策模块被配置为响应于检测到的向上提升动作(Zlift)来生成控制 信号 (24out)以打开阻尼器(2)。本发明还描述了一种电子悬架组件(4)和一种控制电子悬架组件(4)的方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种阻尼器控制装置(24)，用于两轮车辆(3)的电子悬架组件(4)中的阻尼器(2)，所述阻尼器控制装置(24)包括 |
||||||
| 说明书全文 | 阻尼器控制装置技术领域背景技术[0002] 诸如山地自行车的两轮车辆通常配备有至少一个前减震器，并且最常见的前减震器的类型是布置在自行车头管与前轮轴之间的伸缩管式前叉。伸缩管式前叉通常具有一对支柱，并且每个支柱可以滑入和滑出前叉下部。诸如空气弹簧的弹簧容纳在一个支柱内，并且阻尼器被布置在另一个支柱的内部以辅助弹簧。前叉的阻尼器侧包括活塞、柱塞和减震器。多种可能设计是已知的，最常见的是通过调节压力管(“工作管”)和储备管之间的流体来提供阻尼。 [0003] 在老式自行车悬架中，骑行者可以通过在阻尼器侧的支柱顶部处的阻尼器控制旋钮或借助于车把上的控制杆来手动地打开或关闭前减震器。在电子悬架(“e‑suspension”)中，使用诸如小型电机的致动器打开或关闭阻尼器阀，并使用传感器检测减震器受到的冲击。 [0004] 这种现有技术的悬架通常只对冲击(即，在配备有诸如伸缩式前叉的减震器的自行车的前轮处检测到的冲击)作出反应。当前轮遇到障碍物时，非簧载物(前轮和前叉下部)会向上偏转。向上的偏转可以由诸如加速度计的传感器记录。悬架可以通过打开前叉阻尼器迅速作出反应。 [0005] 现有技术的阻尼器控制器的局限性在于无法检测到可受益于阻尼的其他情况。这是因为电子悬架控制的发展主要集中于在各种下坡情况(例如快速连续冲击、自由落体等)下提供适当的阻尼器响应。因此，现有技术中的悬架控制器无法检测到其他可能的危急情况，结果是即使阻尼器打开会使骑行者受益，悬架阻尼器也可能会保持关闭。不适当的阻尼器响应可能会导致速度损失，从而要求骑行者花费更多的精力。同样，不适当的阻尼器响应可能会危及骑行者的安全。 [0006] 因此，本发明的目的是提供一种能够克服上述问题的阻尼器控制装置。 发明内容[0007] 本发明的目的是通过所要求保护的阻尼器控制装置、所要求保护的电子悬架组件以及所要求保护的控制这种电子悬架组件的方法实现的。 [0008] 本发明的阻尼器控制装置适用于至少配备有用于前轮的前悬架的人力驱动两轮车辆的电子悬架组件中的阻尼器。两轮车辆可以是自行车、山地自行车、摩托车等。在下文中，在不以任何方式限制本发明的前提下，假定两轮车辆为山地自行车。两轮车辆可以是由人力驱动的或至少部分地人力驱动的，例如山地自行车可以配备有电机。 [0009] 本发明的阻尼器控制装置包括：向上提升检测装置，该向上提升检测装置被配置为检测簧载物上的向上提升动作；以及决策模块，该决策模块被配置为响应于检测到的向上提升动作，生成控制信号以打开阻尼器。向上提升检测装置应理解为包括共同评估可用信息以确定向上拉力是否作用在阻尼器上的单元或模块。 [0010] 本发明与现有技术的悬架控制器的不同之处在于，本发明明确地寻求识别在簧载物上执行向上提升动作的情况。术语“非簧载物”和“簧载物”是以其公认的意义使用的：山地自行车前减震器的“非簧载物”基本上包括前轮和前叉下部；“簧载物”基本上包括所有其他部分。 [0011] 本发明基于以下见解：使用合适分传感器的布置，以推导簧载物是否被故意拉离悬架的非簧载物。本发明的方法是在骑行者以突然向上的动作拉动车把时做出响应，因为该动作是克服障碍物的特征。换句话说，本发明的方法允许电子悬架在前轮被提升时立即做出响应。本发明控制装置的优点是，即使在前轮再次着地之前，前叉阻尼器也被设置为“打开”。 [0012] 特别是在遇到大型障碍物和/或陡峭的上坡坡度时，打开的阻尼器允许骑行者采用更有利的较靠前位置，即朝向车把。因此，骑行者不会因为前轮受到无阻尼的冲击而突然失去速度，并可以更有效地上坡。本发明的阻尼器控制装置以这种方式有助于更安全、更轻松地爬坡。 [0013] 本发明的电子悬架组件包括至少一个减震器，其被布置成为两轮车辆的前轮提供悬架，并且部署有电子可控阻尼器。电子悬架组件还包括用于控制阻尼器的本发明阻尼器控制装置的实施例。 [0014] 减震器可以被假定为伸缩式前叉或类似装置，以通常的方式安装在前轮轴与头管之间。伸缩管式前叉包括一对支柱和被布置在一个支柱内部的阻尼器。诸如空气弹簧的合适弹簧被容纳在伸缩式前叉的另一个支柱内。阻尼器可以被假定为包括其结构为技术人员所熟悉的压力管和储备管以及电子可控压缩阀，该电子可控压缩阀被布置成调节压力管与储备管之间的流体流量。在下文中，将假定阻尼器包括基本上竖直线性布置的储备管和压力管并且压缩阀被布置在储备管和压力管的接合处。本发明的悬架组件也可以包括带有电子可控阻尼器的后减震器。 [0015] 本发明的方法包括以下步骤：检测簧载物上的向上提升动作；以及响应于检测到的向上的位移打开电子悬架组件的阻尼器。 [0016] 本发明还描述了一种计算机程序产品，包括被直接地加载到本发明电子悬架的本发明阻尼器控制装置的存储器中的计算机程序，并且包括在计算机程序被阻尼器控制装置的处理器执行时用于执行本发明方法的步骤的程序元素。 [0018] 本发明的阻尼器控制装置可以包括处理器，该处理器被配置为使用适当的算法对传感器信号执行信号处理，并执行存储在存储器中的控制程序的步骤。在本发明的特别优选的实施例中，控制装置的各种硬件部件(例如集成电路、快闪存储器、一个或更多个传感器、一个或更多个芯片级封装的传感器等)被安装在印刷电路板(PCB)上，该印刷电路板适合安装在阻尼器套筒内，例如安装在被旋拧到阻尼器侧支柱的顶盖内。电力连接器可以连接电源(例如，被布置在自行车的下管中的电池)，以适当的电压电平为电子悬架的部件提供电力。 [0020] 原则上，山地自行车电子悬架旨在基于任何检测到的冲击以及也基于运动方向来控制阻尼器阀。例如，通过评估X轴和Y轴加速度计信号，电子悬架可以确定骑行者是否正在下坡行驶。在颠簸的下坡路上，每当前轮撞击到障碍物时，山地自行车电子悬架就会打开前叉阻尼器的压缩阀。较大的冲击力导致处于较长的“打开”阀位置。如果冲击力轻微，阀可能会迅速关闭。以这种方式，即使路面非常粗糙，也可以体验到平稳的下坡骑行。 [0021] 一旦悬架的前叉受到冲击，簧载物就向非簧载物移动。冲击力在很大程度上取决于自行车的倾斜度。当下坡行驶时，骑行者的重量在很大程度上通过车把转移到前减震器上，从而增加了冲击力。当在不平坦的地形上上坡行驶时，可能需要克服诸如大石头或碎石、树根等的障碍物，以避免不得不下车。骑行者可以以一个快速动作向上拉动车把以提升前轮越过障碍物。为了保持速度，当前轮再次接触道路时，响应于随后的冲击控制阻尼器。然而，当上坡行驶时，骑行者的重量主要通过座管转移到后轮。由于上述原因，前轮受到的冲击力较小。因此，现有技术的山地自行车电子悬架可能无法可靠地识别前轮在快速提升越过上述障碍物后落回地面时受到的冲击。传统电子悬架的反应结果可能是自行车失去速度，使得骑行者在遇到障碍物的上坡时会非常吃力。 [0022] 在本发明的优选实施例中，悬架组件包括传感器装置，该传感器装置被配置为响应于簧载物的位移生成输出信号。换言之，传感器装置可以检测到簧载物相对于阻尼器的任何移动。例如，对前轮的突然冲击导致前叉下部和前叉阻尼器侧的柱塞会发生向上的偏转，并且根据阻尼器的设置，导致前叉支柱会发生相对向下的位移。因此，传感器装置优选地位于支柱的上端附近。当然，传感器可以位于任何合适的位置，例如车把上或车把附近、自行车头管、前叉的阻尼器侧等。 [0023] 优选地，传感器装置包括一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器被配置为检测簧载物在三个正交轴线上的运动。在本发明的特别优选的实施例中，传感器装置包括芯片级封装形式的三轴加速度计，该三轴加速度计可以检测沿三个正交轴线的运动，并可以输出对沿X轴的位移进行编码的第一数字信号、对沿Y轴的位移进行编码的第二数字信号以及对沿Z轴的位移进行编码的第三数字信号。在本发明的优选实施例中，向上提升动作至少在一定程度上是基于加速度计的输出推导出的。 [0024] 在本发明的另外的优选实施例中，传感器装置包括被配置为测量阻尼器弹簧中的压力的压力传感器。例如，压力传感器可以被部署在阻尼器的弹簧侧，并且至少在一定程度上可以根据压力的突然下降而推导出车把上的向上提升动作。这种压力传感器还可以用于其他目的，例如，压力传感器的读数可以被用于确定减震器受到的冲击力。 [0025] 在本发明的另外的优选实施例中，传感器装置包括被配置为测量阻尼器支柱在其纵向轴线的方向上的运动的运动传感器。例如，可以使用电位计或类似装置测量支柱的轴向位移速率。至少在一定程度上可以根据运动传感器的输出推导出车把上的向上提升动作。 [0026] 本发明的控制装置包括各种计算模块，这些计算模块将数字信号处理(DSP)技术应用于传感器装置的输出信号。一个这样的计算模块被配置为确定自行车的通常与地形坡度相对应的倾斜度，例如使用加速度计输出信号来确定。 [0027] 另一计算模块可以优选地被配置为计算对前轮的冲击的大小，例如根据压力传感器输出和/或加速度计输出的信号来计算。冲击力可以用重力当量(“g‑力”)表示。例如，当骑行者在下坡行驶时感受到的大约5至6g的冲击可以被归类为“大冲击”或“大冲击力”；但是当骑行者在上坡行驶时的大约17g的冲击可以被归类为“小冲击”或“小冲击力”。本发明的阻尼器控制装置优选地包括评估模块，该评估模块被配置为基于冲击大小和车辆倾斜度来确定冲击的严重性。 [0028] 以这种方式，控制装置可以正确地识别上述情况(骑行者突然拉动车把以提升前轮越过上坡道路上的障碍物)，并且通过打开前叉阻尼器阀来响应，为随后的冲击做好准备。从骑行者的角度来看，在上坡骑行时将前轮提升越过障碍物后，当前轮再次接触道路时会产生平稳的阻尼冲击。当支柱下沉到前叉下部时，骑行者的身体可以向前移动，使得骑行者的重量就能得到更合理的分配，以使自行车的其他部分越过障碍物。本发明的控制方法的优点是，骑行者在遇到障碍物的上坡时骑行不那么费力，而且更有更高的能量效率。 [0029] 本发明的控制装置利用了如下的知识：骑行者在平稳地上坡时通常移动较慢，并且地形的不平坦通常不会对前轮产生很大的冲击力。然而，当骑行者(上坡行驶)突然拉动车把以提升前轮时，这一动作会被感测为高g力，例如约为16g‑18g。由于把手上的向上拉‑1动，支柱被迅速地拉出前叉下部，例如以大约1800mms 的速度拉出。从加速度计X和Y数据推导出自行车的上坡倾斜度后，可以使用这一变量组合(高g力和高支柱速度)推导出车把上发生了向上拉动动作，并发出打开阻尼器阀的指令。 [0030] 优选地，阻尼器打开状态的持续时间与冲击力成正比。在本发明的优选实施例中，计时器模块被配置为基于冲击严重性和车辆倾斜度来确定阻尼器打开状态的持续时间。例如，在受到较大冲击后，阀在“打开”位置保持较长的持续时间；在受到较小撞击后，阀在“打开”位置保持较短的持续时间。 [0031] 本发明的悬架组件还可以对传统电子悬架无法识别的其他情况做出有利的响应。例如，山地自行车可能会在不平滑但也不崎岖的地形(例如脊状地形)上骑行。在没有阻尼的情况下，在这种地形上的运动会表现为前轮和车把的不利摆动或振动，并且这种振动会传递给骑行者，该骑行者可能会发现很难将注意力集中在前方的道路上。在这种地形下，传统的电子悬架可能会不利地响应：前叉阻尼器可能会保持“关闭”，因为冲击的大小可能被认为不足以保证打开前减震器；或者前减震器以明显随机的方式间歇性地打开和关闭。本发明的方法是确定小冲击力到中等冲击力的冲击快速连续地出现的情况，并且在这种地形上移动时，将前叉阻尼器保持在适当的“打开”位置。为此，本发明的阻尼器控制装置被配置为检测簧载物的振动，并且响应于检测到的振动打开阻尼器。 [0032] 在传统电子悬架无法识别的另外的情况下，可以控制本发明的悬架组件以对前轮突然向下的位移做出反应。例如，当下坡行驶时，地面可能会突然下降。由于地形的突然变化，前轮将相对于车把突然下降，而同时与地面保持接触。在这种情况下，当非簧载物(前轮)将起到再次向上推动前叉下部的作用时，本发明悬架组件的阻尼器会在预计到的随后的冲击中做出完全打开的反应。这种反应是基于如下的认识：当地面突然变成陡峭的下坡时，骑行者处于安全的下坡位置，坐得很靠后，双臂伸向车把，即，骑行者既没有拉动车把，也没有对车把施加任何明显的压力。结合起来，根据加速度计数据和前叉的突然向下运动(例如以1800mm/s的速度)推导出的自行车的下坡倾斜度允许控制器推导出地面已陡然下降，并且发出指令打开阻尼器阀，以应对预计随之而来的冲击。 [0033] 压缩阀调节阻尼器的压力管与储备管之间的液压流体的流量，并且通常可以在“打开”位置与“关闭”位置之间进行调节。当前轮在不平坦的地形上滚动时，阻尼器侧的活塞被迫上升或下降，压缩阀的位置确定了压力管与储备管之间的流体的流量和流速。如上所述，带有电子悬架组件的山地自行车的伸缩式前叉中的阻尼器可以被假定为包括电子可控压缩阀。 [0034] 常用的压缩阀是以针阀的形式实现的，其中空心圆柱体被安装在压力管的顶部，并且针可以在阀的“关闭”位置与“打开”位置之间移入圆柱体或移出圆柱体。然而，针阀设计在电子悬架的情况下可能会出现问题。这是因为减震器受到冲击后向上的轴向力会导致较大的力被轴向地传递到阀致动器上，该阀致动器可能是由电池供电的小型DC电机。向上的轴向力意味着电机必须更加努力地运转，以在“关闭”设置中将针保持在较低的位置，并且这会导致电机磨损，显著地缩短其使用寿命。电池电源会消耗得更快。这种现有技术针阀的另一缺点是很难实现真正的“关闭”设置，因为在前轮受到冲击后，来自柱塞轴向向上的压力可能会迫使一些流体进入储备管，从而导致套筒向下移动骑行者可以感知到的量。在下文中，阻尼器阀的“关闭”位置也可以被称为“闭合”或“锁定”。 [0035] 下面将描述一种更为优越的压缩阀：压缩阀包括基本上圆柱形的主体，该主体包括轴向盲孔形式的内部空腔。主体被形成为使其可以固定在阻尼器的压力管与储备管之间的接合处。主体的纵向轴线优选地与阻尼器的纵向轴线重合。压缩阀还包括被布置为在阻尼器的压力管与储备管之间提供流体通路的基本径向的通孔，以提供通过压缩阀的流体通路，即，提供通过压缩阀的流体通路。压缩阀还包括被成形为装配至主体的可旋转体，并且在可旋转体打开或露出流体通路的第一位置与可旋转体关闭或堵塞所有流体通路的第二位置之间能够旋转。可旋转体可以被形成为配合在轴向盲孔内，或者可旋转体可以被形成为围绕主体的一端装配。 [0036] 轴向盲孔在轴向方向上将主体的内部从压力管闭合，即，主体的底部从压力管闭合。这导致来自压力管中的流体无法沿轴向方向进入主体内部的效果。相反，在主体的壁上设置有许多流体端口。 [0037] 这种压缩阀的优点是阻尼器的运动部件—压缩阀筒体和压缩阀与致动器之间的联接部—在受到冲击时不会受到向上的轴向力。 [0038] 本文描述的压缩阀可以对突然的冲击有利地作出高速反应。所需的阻尼水平由例如“全开”或“全关”的阻尼器设置和压缩阀的可旋转体的对应位置确定：可旋转体被转动以在需要阻尼时(阀处于“打开”设置)露出通孔的孔口，或者在不需要阻尼时(阀处于“闭合”设置)堵塞所有通孔。 [0039] 通孔具有通向轴向盲孔的孔口，并且孔口被布置为当旋转体被转动以露出流体通路时通向储备管。以这种方式，通孔在压力管与储备管之间提供流体通路。通孔基本上是径向的，即，通孔至少部分地沿径向方向在压缩阀内部和外部之间延伸。因此，在下文中，术语“油端口”、“通孔”和“径向通孔”可以互换使用。 [0040] 通孔可以通过任何合适的方式形成或加工，例如通过钻孔形成或加工。通孔优选地具有沿其长度方向的均匀横截面。通孔优选地具有沿其长度方向的圆形横截面。 [0041] 如上所述，压缩阀的显著优点是，当前轮受到冲击后流体被迫向上时，压缩阀的可旋转体不会受到轴向向上的力。应当注意的是，包含压缩阀的阻尼器将以通常的方式工作，即冲击导致前轮的向上位移，从而对柱塞产生向上的力，柱塞进而迫使液压流体向上进入阀的内部。根据阀的设置，液压流体将被阻止进入储备管或允许进入储备管。然而，压缩阀的有利设计确保了阀致动器能够以较小的力操作。特别是在电子操作阀致动器的情况下，旋转体与轴向向上力的隔离意味着阀致动器需要较小的功率。在使用电池供电的阻尼器的情况下，这导致更长的电池寿命和/或更小的电池。 [0042] 可旋转体可以被成形为装配在主体内，即，在主体的内部空腔内。在这样的实施例中，可旋转主体可以是圆柱体或杆的形式，并且一个或更多个通孔穿过其他的实心体形成。在这里，通孔可以包括带有通向储备管的孔口的上径向部、带有被布置为与主体的壁上的流体端口齐平的孔口的下径向部、以及连接上径向部和下径向部的轴向部分。 [0043] 替代性地，可旋转体被成形为围绕主体的上端装配，即其具有基本上圆柱形的形状，并且在下文中可以被称为筒体。在这样的实施例中，一个或更多个通孔径向地延伸穿过主体的上端。在这里，通孔具有通向轴向盲孔的内部孔口和通向储备管的外部孔口。筒体具有一个或更多个被布置为与通孔的外部孔口齐平的孔隙。下面的描述可能主要涉及本实施例的特征。 [0044] 可旋转体可相对于主体自由旋转，但其形状优选能紧密贴合以仅有很小的间隙，即主体和可旋转体的加工公差非常精确。 [0045] 优选地，通孔的径向部分基本上垂直于轴向盲孔。在这样的实施例中，被柱塞轴向地向上推动的液压流体在从压力管到储备管的高速压缩期间，被迫基本上改变90°方向，以便从压缩阀主体的上端流出。 [0046] 压缩阀可以包括一个或更多个径向通孔，用于对突然的冲击做出高速响应。例如，可以在压缩阀的主体的上部区域中形成两个完全相反的主要径向通孔或油端口。主要径向2 2 通孔的横截面积可以在大约5mm至15mm之间，具体取决于阻尼器的规格(例如，用于下坡自行车的阻尼器的压缩阀中的油端口可能大于用于全山地自行车的阻尼器的压缩阀中的油端口)。阀的内部的轴向盲孔的横截面积优选地基于主要油端口的总横截面积来选择，这对技术人员是熟知的。 [0047] 阻尼器可以具有多于一个的“打开”设置，例如“全开”设置以及“中等”或“部分打开”设置。为此，压缩阀可以包括用于对较小的冲击力作出高速响应的次要径向通孔。在“中等”设置下的行程量低于“打开”设置下的行程量。这是通过径向通孔的适当尺寸实现的。较2 2 小的次要油端口的横截面积可以在大约0.2mm至5mm之间。在本发明的特别优选的实施例中，次要油端口的横截面积优选地至少是主要油端口的横截面积的1/10，并且甚至可以更小，例如，它的横截面积可以是主要油端口的横截面积的1/30。当然，油端口的横截面积的选择可以考虑各种因素，这对技术人员是熟知的。 [0048] 上述主要径向通孔和次要径向通孔与对前轮冲击的高速响应有关。正如技术人员所知的，本文所讨论的这种类型的阻尼器可以被构造成提供高速压缩和低速压缩，例如抵消“踏板晃动”。可以假定阻尼器包括被布置成实现所需的压缩水平的各种垫片堆叠，这对技术人员是熟知的。 [0049] 压缩阀可以以任何合适的方式联接至阀致动器。为此，压缩阀的可旋转体优选地被成形为与被布置在压缩阀和阀致动器之间的联接装置或传动连杆接合。 [0051] 但应理解的是，附图仅用于说明目的，而不是对本发明的限制的界定。 附图说明[0052] 图1示出了配备有本发明悬架组件的实施例的山地自行车； [0053] 图2示出了图1的悬架组件的阻尼器和前叉； [0054] 图3是示例性电子悬架控制装置的框图； [0055] 图4展示了本发明控制装置的示例性实施例； [0056] 图5至图8示出了图11的控制装置的示例性计算框； [0057] 图9和图10展示了本发明控制装置在示例性情况下的响应； [0058] 图11展示了本发明控制装置在另外的示例性情况下的响应。 [0059] 图12示出了本发明压缩阀的实施例； [0060] 图13示出了本发明阻尼器的实施例的截面图； [0061] 图14至图16示出了图13中实施的本发明压缩阀的另外的实施例的各种位置； [0062] 图17示出了图14至图16的压缩阀的分解图； [0063] 图18示出了现有技术中的压缩阀； [0064] 图19示出了通过控制装置检测到的下坡情况。 [0065] 在附图中，相同的数字始终指代相同的物体。图中的物体不一定按比例绘制。 具体实施方式[0066] 图1示出了可以配备有悬架组件4的示例性山地自行车3，该悬架组件4部署了本发明阻尼器2的实施例。这个示例性山地自行车3配备有全悬架，即，其具有前减震器41和后减震器42。这种山地自行车通常被称为“全”山地自行车。 [0067] 在本文所述的示例性实施例中，前减震器41是电子悬架的一部分，并且后减震器42也可以被包括在电子悬架中。用于为悬架组件4的部件供电的电池组可以被布置在山地自行车3的下管31中。 [0068] 前减震器41被实现为布置在自行车3的前轮轴与头管30之间的伸缩式前叉。在本领域技术人员熟悉的这种配置中，前减震器41具有弹簧侧(通常包含空气弹簧)和包含阻尼器以辅助弹簧的阻尼器侧(此处示出在自行车3的右手侧)。这种类型的“前减震器”41具有上部组件和底部组件，该上部组件包括通过冠部411连接的两个支柱410，用于将前叉41安装到自行车的头管30，该底部组件包括通过拱部413连接的一对前叉下部412，并且带有用于连接至前轮轴的U形槽。根据阻尼器的设置和地形，支柱410可以在压缩和回弹期间滑入和滑出前叉下部412。 [0069] 图2示出了前叉41的阻尼器侧和阻尼器2。阻尼器2具有布置在前叉下部412中的柱塞21、压力管20P以及套筒20C。套筒20C布置在支柱410内部。当前轮33碰撞到障碍物时，随之产生的向上的力将柱塞21推入压力管20P或“工作管”中由阻尼器的设置决定的一段距离(“行程”)。支柱410相应地显现出下降了该行程量。阻尼器的“打开”设置将减弱骑行者感受到的冲击力。阻尼器2的设计和构造通过压力管和阻尼器的储液器之间受控的液压流体(通常为油)交换而确定前减震器压缩和从压缩返回(反弹)的速度。 [0070] 如技术人员所熟知的，这种阻尼器2可以在其打开位置和关闭位置之间致动以控制行程量，即，当前轮遇到障碍物时，柱塞21可以相对于压力管20P移动的距离。 [0071] 在山地自行车3的前叉中的阻尼器2是电子悬架的一部分。如图13所示，阻尼器2的阻尼器控制装置24的部件可以被组织在位于前叉41的阻尼器侧支柱的小型PCB上。图3是前减震器控制装置24的简化框图，并且示出了沿三个正交轴输出位移240x、240y、240z的三轴加速度计240AS。按照通常的惯例，X轴可以对应于自行车的前进方向，Y轴可以在水平面上垂直于X轴，以及Z轴可以对应于竖直方向。在下文中，应当理解的是，加速度计输出被解释为允许传感器的方向，例如，Z轴读数被解释为考虑前叉相对于实际竖直方向的倾斜度。 [0072] 阻尼器控制装置24还可以利用被布置为测量阻尼器弹簧侧的压力240p的压力传感器240PS和/或被布置为测量支柱的运动240m的运动传感器240MS。 [0073] 在下文中，向上提升检测装置应当理解为包括共同评估(一个或多个)传感器输出以确定向上拉动是否作用在阻尼器2上的任何单元或模块。 [0074] 传感器输出240x、240y、240z、240p、240m被转发至信号处理模块241，该信号处理模块241可以应用各种DSP算法，并将结果发送至评估模块242。为了使评估模块242为致动器22生成适当的控制信号24out，还需要一些其他信息，例如，阻尼器阀1的筒体11的当前位置也会受到监控，例如通过增量式编码器243监控，并且筒体位置(“全开”、“中等”或“关闭”)被报告给评估模块242。评估模块242的输入信号被连续地接收并评估，并且评估模块242为DC电机22生成适当的控制信号24out，然后相应地致动传动接合件23。 [0075] 为了响应于下坡情况下对前轮的冲击而控制阻尼器，例如，控制装置24处理传感器信号以确定坡度并得出冲击力。在颠簸的下坡路上，每当前轮撞击到障碍物，山地自行车电子悬架就会打开前叉阻尼器的压缩阀，并且阻尼持续时间与冲击力成正比。在大冲击之后，阀保持在其“打开”位置的持续时间较长；在小冲击之后，阀保持在其“打开”位置的持续时间较短。图4示出了这种决策树的简化图，并且代表了图3的控制装置24的DSP模块241和决策模块242的功能。图中标示了多个计算框B1、...、Bn。每个计算框B1、...、Bn接收一个或更多个传感器信号并发出计算结果B1_out、...、Bn_out。坡度计算框245根据加速度计信号240x、240y、240z推导出地形的坡度。坡度计算框245的输出被计算阻尼器的恢复时间的恢复时间计算框246使用，并且还被告知实际的悬架设置(例如“打开”、“中等”或“锁定”中的任何一种)的冲击阈值计算框247使用。 [0076] 计算框输出B1_out、...、Bn_out和计算出的冲击阈值被转发到比较器模块248，该比较器模块248将其输入数据与各种预定阈值进行比较，以推导出冲击类型(大冲击或小冲击)。消极比较的结果(即，冲击力未超过任何阈值)没有任何影响，因此悬架保持“关闭”。积极比较的结果(即，冲击力超过阈值)是在框249中将计时器复位，然后开始计数。响应于大冲击，将大冲击计时器复位为零；响应于小冲击，将小冲击计时器复位为零。计时器以适当的速率(例如，1kHz)递增。在第一决策框D1中，将大冲击计时器与在框246中确定的恢复时间进行比较。只要大冲击计时器计数低于恢复时间，悬架就会保持“打开”，否则控制进入第二决策框D2。在第二决策框D2中，将小冲击计时器与在框246中确定的恢复时间进行比较。只要小冲击定时器计数低于恢复时间，悬架就会保持在“中等”设置，否则悬架被“关闭”(允许定时器保持递增，直到下一次复位)。 [0077] 可以理解决策框D1、D2的输出与图3中的阀控制信号24out相对应。这些示意图仅仅作为示例，技术人员会意识到有许多方法可以处理加速度计信号，以获得适当的阻尼器设置。 [0078] 当加速度计信号240x、240y、240z指示骑行者正在上坡或在平路上行驶时，前叉阻尼器的压缩阀通常可以保持关闭。如上所述，当骑行者提升前轮以克服障碍物时，本发明的控制方法可以响应车把上的向上拉动。为此，本发明的控制方法从传感器输出信号中提取相关信息，如下所述。 [0079] 图5示出了第一计算框B1。该框B1包括两个阶段：第一阶段对Z轴加速度计输出执行高通滤波；第二阶段计算其输入的绝对值。因此，该框B1的输出B1_out是高通滤波后的Z轴加速度计信号的绝对值，即，冲击的大小。 [0080] 图6示出了另外的计算框B2。该框B2包括三个阶段：第一阶段对每个加速度计输出执行低通滤波；第二阶段计算其输入(低通滤波后的X轴信号和低通滤波后的Y轴信号)的范数。第二阶段的输出和低通滤波后的Z轴信号被传递到第三阶段，该第三阶段对其输入应用反正切函数。该框B2的输出B2_out是地形的坡度。 [0081] 图7示出了另外的计算框B3。该框B3包括三个阶段：第一阶段对其输入(例如，此处所示的Z轴加速度计输出240z)执行高通滤波；第二阶段计算其输入的积分；第三阶段对其输入执行高通滤波。该框B3的输出B3_out标示Z轴方向上的运动，并且其在本发明方法中的用途之一是推导出簧载物的向上提升动作。向上提升动作可以从此处所示的Z轴加速度计输出240z以及/或者从如上所述的压力传感器输出240p和/或运动传感器输出240m中推导出。 [0082] 图8示出了另外的计算框B4。该框B4包括三个阶段：第一阶段对Z轴加速度计输出执行高通滤波；第二阶段计算其输入的均方根值(rms)；第三阶段对其输入执行低通滤波。该框B4的输出B4_out可以被用于推导“振动”，即自行车在有隆起或长时间颠簸的地形上骑行使得减震器快速连续地受到冲击的情况。 [0083] 还可以包括任意数量的另外的计算框，例如确定自行车是否处于自由落体状态的计算框。 [0084] 图9展示了本发明悬架控制装置在骑行者提升前轮以克服障碍物时的示例性响应。该图中示出了四个信号。最上方的曲线是Z轴加速度计输出240z，当骑行者在时刻t0突然向上拉起前轮时可能会出现。下一条曲线是计算框B3的高通滤波积分B3_out，即，在向上的Z轴方向上的速度。当该变量超过预定阈值TH1时，标志F1(指示已检测到向上运动)被设置为“高”，并且前阻尼器控制信号24out被设置为“打开”阀，使得阀位置VP在时刻t1从“关闭”改变为“打开”。 [0085] 标志F1保持“高”，直到向上的Z轴方向上的速度(B3_out)降到阈值T1以下。从时刻t2开始，前阻尼器控制信号24out确保阀位置VP在恢复时间持续时间内保持“打开”，之后前阻尼器控制信号24out在时刻t3发出将阀位置VP改变为“关闭”的指令。例如，这可以导致压缩阀1的筒体11旋转以堵塞压缩阀的所有径向通孔。时刻t0(骑行者拉动车把)与时刻t1(阻尼器“打开”)之间的延迟很低：在大约100μs内，检测到车把上的向上拉动Zlift，并发出指令以打开阀。在大约3ms内，阀致动器22已经使阀的旋转体转动以打开压力管和储备管之间的流体通路，在这里表示为时刻t1。骑行者可以将这一很短的反应时间基本上视为瞬时的。 [0086] 阻尼器可以在适当的持续时间(例如1s)内保持“打开”，之后返回“关闭”位置，如在这里时刻t3所示的。当然，保持阻尼器阀“打开”的时间长度优选为在考虑冲击的大小、以及骑行者是在上坡、下坡还是在平坦地形上行驶的情况下进行选择。本发明的悬架控制装置可以确定这些变量，并可以相应地打开阻尼器阀。例如，当骑行者在上坡或平坦地形上行驶时，相对较小的冲击力之后可以在“打开”阻尼器位置后持续1秒；当在下坡行驶时，类似的较小的冲击力之后可以在“打开”阻尼器位置后持续长达2秒；当骑行者在上坡或平坦地形上行驶时，较大的冲击力之后可以在“打开”阻尼器位置后持续长达1.2秒，而类似的较大冲击力之后可以在“打开”阻尼器位置后持续3.5秒。 [0087] 冲击力可以用重力当量(“g‑力”)表示。例如，骑行者在下坡行驶时感受到的大约5g至6g的冲击可以被归类为“大冲击”或“大冲击力”；但是骑行者在上坡行驶时的大约17g的冲击可以被归类为“小冲击”或“小冲击力”。 [0088] 本发明的控制方法利用了如下的知识：骑行者在平稳地上坡时通常移动较慢，并且地形的不平通常不会对前轮产生很大的冲击力。然而，如图10所示，当骑行者5(上坡行驶)突然拉动车把时，例如将自行车3的前轮提升越过大型障碍物6，这一动作会被感测为高重力，例如约为16g至18g。由于把手上的向上拉力Zlift，支柱被迅速地(例如，以大约‑11800mms 的速度)拉出前叉下部。如上图9所示，从加速度计X和Y数据推导出自行车的上坡斜度后，可以使用这一变量组合(高g‑力和高支柱速度)推导出车把上发生了向上拉动动作Zlift，并发出打开阻尼器阀的指令。 [0089] 图11展示了本发明的悬架控制装置在自行车驶过隆起地形(石子路、一系列坚固的轮胎轨迹或其他平行隆起等)以及减震器连续快速地遭遇低至中等冲击的情况下的响应。最上方的曲线是近似正弦的Z轴加速度计信号240z，当自行车驶过一系列颠簸路面时，骑行者会感觉到振动Zvibe。下一条曲线B4_out是高通滤波Z轴信号的均方根。当这个变量B4_out超过“低振幅”振动阈值TV1达到预定的最小持续时间TV1_wait时，例如骑行者感受到大约2.4g的冲击至少2秒，标志F2被设置为“高”，并且前减震器的阀位置VP从“关闭”改变为“中等”，如最下方图表所示。在这里，“低振幅”振动阈值TV1在时刻t0被超过，并且持续时间超过最小持续时间TV1_wait，使得标志F2在时刻t1被设置为“高”，并且前减震器从“关闭”改变为“中等”。当变量B4_out超过“高振幅”振动阈值TV2达到预定的最小持续时间TV2_wait时，例如骑行者感受到大约6g的冲击至少2秒，标志F3被设置为“高”，并且前减震器的阀位置VP改变为“打开”。在这里，“高振幅”振动阈值TV2在时刻t3被超过，并且持续时间超过最小持续时间TV2_wait，使得标志F3在时刻t4被设置为“高”，并且前减震器从“中等”改变为“打开”。当曲线B4_out下降到阈值TV2、TV1以下时，对应的标志F3、F2复位(这里如图所示，分别在时刻t5、时刻t6)，并且前减震器的阀位置VP再次从“打开”改变为“中等”，或者适当地从“中等”改变为“关闭”。 [0090] 图19展示了本发明悬架组件对前轮33突然向下位移做出响应的情况。在这里，骑行者5正在下坡行驶，坐在下坡位置的靠后位置。地形7在点70骤然变得陡峭，并且前轮33相对于车把突然下降。然而，向下坡度的变化(相对于预计的坡度71)没有大到可以被视为自行车3随之自由落体的“下降”。相反，向下坡度的变化使得前轮33与地面7保持接触。在这种情况下，当非簧载物(前轮33)将再次向上推动前叉下部时，本发明悬架组件的阻尼器通过完全打开来作出反应，以应对随后预计在点72的“冲击”。 [0091] 图12以横截面示出了优选压缩阀1的示例性实施例。在这里，可旋转体11被成形为装配在主体10的内部空腔中。可旋转体11具有杆的形状，带有用于连接储备管20R和压力管20P(此处表示为阻尼器的不同区域)的通孔101。通孔101具有带有通向储备管20R的孔口的上径向部、带有与主体10的壁上的流体端口12齐平的孔口的下径向部以及连接上径向部和下径向部的轴向部分。杆11可以通过传动连杆23转动，以打开流体通路P101(下孔口与流体端口12对齐)或关闭流体通路(下孔口向主体的内表面打开)。 [0092] 图13以横截面示出了优选压缩阀1的另外的示例性实施例，因为它可能被布置在阻尼器2的套筒20C中。阀1的主体10被旋拧入连接器200，该连接器200又可以被旋拧到压力管20P的顶部上。在这里，阀1被布置在弹簧偏置的内部浮动活塞201下方。诸如密封件、螺纹、锁定活塞、间隔件、低速和高速垫片组等的各种部件，对于技术人员来说都是已知的，因此无需在此详细描述。 [0093] 图中示出了由控制装置24、DC电机22、传动接合件23以及压缩阀1组成的印刷电路板(PCB)组件。这些模块位于前叉41的一个支柱410内的套筒20C中，该套筒20C由顶盖415封闭。控制装置24可以包括如下所述的各种模块。阻尼器阀1或压缩阀1包括可旋转筒体11，该可旋转筒体11可以通过传动接合件23转动以露出或闭合径向通孔的孔口，即，调节可以在压力管20P与储备管20R之间通过的液压油的量，如箭头所示。压缩阀1包括六角螺母10H以便于将阀1安装在图2所示类型的阻尼器2内，还包括用于旋拧入连接器200的螺纹下端202。 [0094] 示出了通向压力管20P的流体端口12以及位于该水平处的主体10周围的间隔件。内部空腔100或盲孔100由主体10的圆柱形壁、主体10的封闭上端以及用于封闭主体10的底部的端盖13限定。例如，端盖13可以是常设的铆钉或塞子。 [0095] 图14至图16示出了在各种位置的压缩阀1。在此示例性实施例中，阀1的主体具有完全相反的主要径向通孔101和一个次要径向通孔102，并且筒体具有完全相反的流体孔隙11A，允许总共三个可能的阀位置，下文将对此进行说明。 [0096] 从左到右，每个图分别示出了阀1的平面图、在横向槽11S的水平处穿过筒体11的横截面图、在筒体的流体孔隙11A的水平处穿过筒体11的横截面图(为清晰起见已放大)以及沿阀1的纵向轴线1A的横截面图。槽11S收纳从阀1的主体10的上端径向地延伸的销111。如图15所示，筒体11的旋转的外部界限由槽11S的长度限定，该长度限定了对着角度β的弧线。例如，该角度可以在大约90°至120°之间。 [0097] 在附图中，筒体11看起来是静止的，而阀主体10和销111看起来相对于筒体11移动。然而，应该理解的是，阀主体10是不可移动地固定到压力管20P上，并且当阀致动器22转动时，筒体11通过传动接合件23的旋转作用绕阀主体10旋转。 [0098] 在图14中，阀1处于“关闭”位置：筒体11被转动以堵塞主要径向通孔101和次要径向通孔102的外部孔口。这种“关闭”阀设置可以是沿相对平缓的地形骑行时、沿上坡骑行时优选的选择。 [0099] 在图15中，阀1处于“全开”位置：在这里，筒体11被转动以露出两个主要径向通孔101的外部孔口。下坡骑行时可以选择这个位置。该图展示了本发明压缩阀1的显著优点：响应于对前轮的冲击，柱塞21被向上驱动，并且液压流体被压入阀1的轴向盲孔100中。然而，轴向盲孔100和径向通孔101、102的新颖布置意味着流体只能在“侧向”或径向方向流出阀 1。因此，液压流体的压力不能在轴向方向上向上传递，结果是经由传动接合件对小型DC电机或其他致动器造成的负荷是微不足道的。结果，可以有利地延长DC电机的使用寿命和电池电源的使用寿命。 [0100] 在图16中，压缩阀1的该示例性实施例处于“中等”位置：在这里，筒体11被转动以露出次要的、明显较小的径向通孔102的外部孔口。例如，在中等崎岖地形上骑行时，可以选择这个位置。该图展示了这种压缩阀1的另外的优点：响应于对前轮的中等冲击，柱塞21如上所述被向上驱动，并且液压流体被压入阀1的内部空腔100中。狭窄的次要通孔102的新颖性包含意味着可以允许受控的少量液压流体流出阀1，如上所述，同样是在“侧向”或径向方向上流出阀1。因此，本发明悬架组件可以提供中级阻尼水平，当在既不平滑也不特别崎岖的地形上骑行时，该中级阻尼水平可能是有益的。 [0101] 图17所示的分解图示出了可旋转筒体11、阀主体10以及限位销111。图中还示出了传动接合件23和螺纹连接器200，DC电机通过该传动接合件23联接至筒体11，该螺纹连接器200带有内螺纹部分202以收纳阀1的螺纹端，并且该螺纹连接器200可以螺纹连接至压力管 20P的顶部。图中示出常设的盖13或塞子位于主体10的底部。盖13的作用是封闭钻入或以其他方式加工到主体10中的内部空腔100。 [0102] 销111被保持在阀主体10的上端的对应座112中，并径向地向外延伸穿过筒体槽11S。槽11S和销111共同限定筒体的旋转界限(以及阻尼器行程)。在阀的“全开”设置中，该径向通孔101允许相对大量的液压流体从压力管20P快速流向储备管20R，例如，响应于自行车3的前轮受到向上的巨大冲击。在阀的“中等”或“部分打开”设置中，该通孔102的非常小的孔口仅允许非常少量的液压流体从压力管20P流向储备管20R，例如，响应于自行车3的前轮受到轻微冲击。如上所述，此处示出的次要径向通孔102具有明显较小的直径。在阀的“中等”或“部分打开”设置中，该通孔102的明显较小的孔口仅允许非常少量的液压流体从压力管20P流向储备管20R，例如，响应于自行车3的前轮受到轻微冲击。 [0103] 上文所述的压缩阀1与现有技术阻尼器(具有与图1所示的结构类似的结构)中常用的针阀相比，具有许多优点。图18示出了穿过现有技术阻尼器的针阀9的两个横截面，示出了固定的阀体90(通常被安装在压力管的顶部)和可移动针92，该可移动针92可以在阀9的“打开”位置与“关闭”位置之间沿平移轴线移动。内部空腔91的上端通向储备管。如双头箭头所示，针91可以沿轴向移动，即上下移动。 [0104] 在左图所示的最高位置，对应于阀的“打开”位置处，针91允许液压流体从压力管自由流向储备管。针91被成形为当移动至右图所示的最低位置，对应于阀的“关闭”位置时装配至阀内。在这个位置上，液压流体很大程度上被阻止从压力管流向储备管。 [0105] 如图所示，当流体被柱塞向上推动时会产生向上的轴向力。这些向上的轴向力被轴向地传递到阀致动器。 [0106] 图18中现有技术的压缩阀9的缺点，特别是在电子控制阻尼器的情况下，是针91上的轴向向上的力经由传动连杆向上传递到致动器，通常是DC电机。电机必须更加努力地运转以将阀9保持在关闭位置，而电机的磨损会显著缩短其使用寿命。此外，电源(通常是电池)会消耗得更快。这种现有技术的针阀9在用于电子悬架时的另一缺点是很难实现真正的“关闭”设置，因为在前轮受到冲击后，来自柱塞的轴向向上的压力可能会迫使一些流体进入储备管，从而导致套筒向下移动骑行者可以感知到的量。 [0107] 尽管本发明以优选的实施例及其变型的形式进行了公开，但可以理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本发明进行许多额外的修改和变型。例如，在带有全电子悬架的山地自行车上，后减震器可以被配备有伺服电机和也由上述控制装置控制的驱动器。控制装置的无线接口可以是蓝牙模块或类似模块，以允许通过专用应用程序与智能手机连接。 [0108] 为清楚起见，应该理解的是，本申请中使用“一”或“一个”并不排除多个，并且“包括”也不排除其他步骤或元素。提及“单元”或“模块”并不排除使用一个以上的单元或模块。 [0109] 附图标记列表 [0110] 压缩阀 1 [0111] 纵向轴线 1A [0112] 阀主体 10 [0113] 分隔物 10D [0114] 轴向盲孔 100 [0115] 主要通孔 101 [0116] 次要通孔 102 [0117] 筒体 11 [0118] 孔隙 11A [0119] 槽 11S [0120] 销 111 [0121] 销座 112 [0122] 联接接口 11C [0123] 流体端口 12 [0124] 阀端盖 13 [0125] 阻尼器 2 [0126] 套筒 20C [0127] 压力管 20P [0128] 螺纹连接器 200 [0129] 浮动活塞 201 [0130] 内螺纹部分 202 [0131] 储备管 20R [0132] 柱塞 21 [0133] DC电机 22 [0134] 传动接合件 23 [0135] 控制装置 24 [0136] 阀控制信号 24out [0137] 加速度计 240AS [0138] 加速度计输出 240x、240y、240z [0139] 压力传感器 240PS [0140] 压力传感器输出 240p [0141] 运动传感器 240MS [0142] 运动传感器输出 240m [0143] DSP模块 241 [0144] 决策模块 242 [0145] 编码器 243 [0146] 无线接口 244 [0147] 坡度计算框 245 [0148] 恢复时间计算框 246 [0149] 冲击阈值计算框 247 [0150] 比较器模块 248 [0151] 计时器复位框 249 [0152] 计算框 B1、…、Bn [0153] 决策框 D1、D2 [0154] 计算结果 B1_out、…、Bn_out [0155] 标志 F1、F2、F3 [0156] 阈值 TH1、TV1、TV2 [0157] 时刻 t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6 [0158] 阀位置 VP_open [0159] 阀位置 VP_medium [0160] 阀位置 VP_shut [0161] 山地自行车 3 [0162] 头管 30 [0163] 下管 31 [0164] 座管 32 [0165] 车把 33 [0166] 悬架组件 4 [0167] 伸缩式前叉 41 [0168] 支柱 410 [0169] 冠部 411 [0170] 前叉下部 412 [0171] 拱部 413 [0172] 阻尼器控制单元 414 [0173] 顶盖 415 [0174] 后减震器 42 [0175] 电池组 43 [0176] 山地车骑行者 5 [0177] 上坡障碍物 6 [0178] 下坡地形 7、70、71、72 [0179] 向上拉动 Zlift [0180] 振动 Zvibe [0181] 针阀 9 [0182] 主体 90 [0183] 针 91 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈