CN102049987A - 对于大范围事件具有优化阻尼响应的悬架系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对于大范围事件具有优化阻尼响应的悬架系统。一种用于描述悬架系统阻尼器的渐进式优化压缩阻尼以应对多个严重事件的分析方法，提供了日常事件中非常易于接受的驾乘质量及操控性能。基于对根据现有技术方法的给定车辆或车辆模型的驾乘和操控因素，阻尼器的阻尼响应被优化，其基于渐进式优化约束事件阻尼函数，该函数源于与作用于低于预定车轮中心速度(u1)的车轮中心的预定阻尼力相结合的低包络曲线，其中利用一自由度的非线性机械系统模型或四分之一车辆非线性机械系统模型来构造低包络曲线。

Description

对于大范围事件具有优化阻尼响应的悬架系统

相关申请的交叉引用

本发明申请是2007年11月14日申请的专利申请号为11/939,638的部分继续申请，该申请尚在审理中的，并且该申请和本申请要求2007年8月31日提交的临时专利申请号为60/967,209的申请的优先权，该临时专利申请现已超过其一年的待决期限。

技术领域

本发明涉及机动车辆悬架系统，其中机动车辆车身相对于其车轮中的每个车轮通过相应的弹簧-阻尼器组合由弹簧支撑。更具体地，本发明涉及一种方法，该方法提供具有优化阻尼响应的悬架系统，所述优化阻尼响应取决于阻尼器依照渐进式优化约束事件阻尼函数而被调整，所述阻尼函数适应于多个震跳(jounce)事件，所述事件包括那些涉及最大车轮位移的事件。

背景技术

机动车辆悬架系统被构造成当车辆沿路面行驶时车轮能够随着路面的海拔变化而动。当遇到路面升起时，悬架作出“震跳”响应以使车轮能够相对车架向上运动。另一方面，当遇到路面下降时，悬架作出“回弹”响应以使车轮能够相对车架向下运动。不论是震跳还是回弹，弹簧(即，螺旋弹簧，板簧，扭簧等)被结合在车轮处以便相对于车架的相应竖直运动提供弹性响应。然而，为了防止车轮跳动以及过度的车身运动，阻尼器(即，减震器，支柱等)设置于车轮来阻尼车轮的跳动。此外，当遇到震跳的极限时，通常提供缓冲垫形式的最大震跳冲击吸收装置。

现在参照附图1到1B，示出了传统悬架系统10的部件，所述部件允许在主题机动车辆12的车轮处的震跳和回弹。

首先参照附图1，控制臂14相对于车架16枢转地安装，其中，在被描述的例子中，扭簧18被用于提供控制臂相对于车架震跳和回弹的弹性响应。为了提供对震跳和回弹率的控制，减震器20形式的阻尼器在一端枢接到车架16，并且在另一端枢接到控制臂14。替代地，支柱形式的阻尼器可以用于悬架系统，如美国专利5,467,971中公开的例子所述。为了在发生最大震跳时提供缓冲，震跳缓冲垫22被安装于车架16，当震跳接近最大时通过控制臂的运动使所述缓冲垫被弹性地压缩。

接下来参照附图1A，可以理解传统减震器20’的内部部件和运行情况(遥控储存器高压气体型减振器仅通过例子被示出)。阀式活塞30可在震动缸32内做往复运动。震动杆34附接于该阀式活塞30并在震动缸32的一端被震动杆引导件36引导。在所述阀式活塞30下方以及震动杆引导件36的上方是相互作用的回弹限位装置38。震动缸32内的阀式活塞30的瞬时位置将震动缸的内部限定出第一内部部分32F和第二内部部分32S。在附图1A描绘的例子中，在第一和第二内部部分32F，32S中的增压由液压流体O提供，所述流体O由压缩气体G加压，优选是氮，其作用于液压流体储存器缸42的分配器活塞40，其中管44，包括基阀44V在内，用于连接液压流体储存器缸和所述第一内部部分之间的液压流体。在操作中，当控制臂经历震跳时，液压流体由第一内部部分转移到液压流体储存器缸中，导致氮气的压力随着其体积的减小而增加，从而导致阀式活塞30的液压力在朝着震动杆引导件的方向升高。液压流体能够通过阀式活塞30的阀口46被定向地计量，通过这种方式提供阻尼。

接下来参照附图1B，传统的震跳缓冲垫22的内部结构可以被理解。顺应性材料的任选外层50(即，具有能量吸收或阻尼特性)，可以或可以不覆盖弹性橡胶材料的内部52，其可以例如是橡胶，类似橡胶的材料，或微单元的氨基甲酸乙酯。运转中当控制臂接近最大震跳时，震跳缓冲垫22被压缩，传递控制臂上的随着压缩的增加而增加的反作用力，以最小化在震跳的极限时控制臂相对于车架的冲击严重性。紧接下来在震跳之后，回弹涉及到：通过传统缓冲垫的压缩所吸收的能量被弹性地传递回悬架。

在机动车辆悬架系统领域中，可以知道的是传统的震跳缓冲垫和相关的阻尼器会被磨损。还可以知道当从特定的碰撞或斜坡吸收的能量超过传统的震跳缓冲垫的能力时，出现严重的机械故障。这种震跳力和能量到车架的突然转移使其在乘客室内体现为急剧的颠簸，这能产生除颠簸驾驶的不舒适之外的载荷管理问题。此外，为了车架接受这样的冲击载荷，车架结构必须被工程设计到合适的强度，从这种结构必须固有承受的车辆重量增加的观点来看，所述结构的设计是不理想的。

车辆悬架工程设计传动地集中在驾乘和操控性上，因为这涉及到车身和车轮相对于车身低于大约1.3m/s(米每秒)的相对运动。然而，车辆中的悬架行驶需求主要受控于严重事件，所述严重事件产生车轮相对于车身的最大位移。这些严重事件，例如当车辆遇到具有深且陡峭的壁的凹坑时，能够产生高达9m/s的车轮速度(相对于车身)。

德国慕尼黑的宝马公司(BMW)采用的方法在2005年9月7日公开的欧洲专利申请EP1569810B1中被描述，该申请是2006年11月2日公开的美国专利申请2006/0243548A1的母案。

宝马公司的专利申请EP1569810B1的目标是提供一种借助于液压振动阻尼器的机动车辆车轮悬架系统的振动阻尼方法，其防止由于车轮的极大竖直速度(例如当行驶中遇到凹坑时)而作用于车身和底盘上巨大载荷。根据宝马公司公开的内容，在机动车辆的液压振动阻尼器中，车轮悬架的振动阻尼方法被宝马公司使用，其特征在于振动阻尼器的阻尼力随着活塞速度而增加，尤其是在基本上0到2m/s的活塞速度范围内，最初增加缓慢，基本上是线性地增加，然后，尤其在高于基本上2m/s的活塞速度，按照高级数函数增加。进一步根据宝马公司公开的内容，通过对振动阻尼器阀的合适的选择、设计和构造或通过影响振动阻尼器中的流体阻力的其它因素，可以实现由阻尼力产生的特性，从现有技术中活塞速度范围直到与舒适性相关的范围端值得知所述阻尼力，并且超过该活塞速度范围时，阻尼器特性的极端级数使得加速的质量更大程度地减速。

虽然宝马公司公开的发明试图提供一种对于长期存在的阻尼过度大的车轮相对于车身速度的问题的解决方法，同时试图维持可接受的低速驾乘性及操控性，但是公开的内容要求特别依靠预先设定的基本阻尼曲线，这缺少支持任何曲线方面的任何基础物理学，这样，现有技术中仍需要的是预测阻尼曲线的分析方法学，其真正实现了当试图维持可接受的低速驾乘性及操控性时阻尼过度大的车轮相对于车身的速度的目标。

另外已知的是由Miyazaki，Kiyoaki，Yasai，Hirofumi于1993年10月19-21日在日本名古屋举行的JSAE秋季会议上发表的日本汽车工程师协会JSAE技术论文9306714“A study of ride improvement of the bus”(客车驾乘性改进的研究)，其中作者确认渐进式阻尼特性对于减少俯仰和冲击振动是有效的。

进一步已知的是由Benoit Lacroix，Patrice Seers和Zhaoheng Liu发表的汽车工程师协会SAE技术论文2006-01-1984“A Passive Nonlinear Damping Design fora Road Race Car Application”(被动非线性阻尼设计在公路赛汽车中的应用)，其中被动非线性阻尼设计被提出以优化SAE方程式汽车在摇摆和俯仰响应方面的操控性。

渐进式阻尼被认为能够通过维持震跳中的预定载荷并且减少产生震跳悬架故障的方法来在遇到严重事件时减少跳动(崎岖不平)冲击的驾乘输入感受。还需要改进减少总震跳行驶的可能性从而使给定车辆能被修整地更低以实现竞赛样式的启示。使车辆修整地更低通常会增加诸如深坑和其他严重事件的事件的跳动程度。

因此，现有技术仍需要一种描述能够使机动车辆悬架系统应对多个严重事件的渐进式优化约束事件阻尼函数的分析方法，所述严重事件例如是多个凹坑，该方法使得跳动减少，还提供在日常事件过程中非常可接受的驾乘品质和操控性，所述日常事件例如普通的道路表面，该方法限制车架结构的峰值载荷，减少了车轮行程，并能够降低平衡高度(trim height)。

发明内容

本发明涉及一种描述渐进式优化约束事件阻尼函数的分析方法，其能够使机动车辆悬架系统应对多个严重事件，例如多个凹坑，具有减少的跳动，然而却能在日常事件过程中提供非常可接受的驾乘品质和操控性，所述日常事件例如普通的道路表面，该方法限制了车架结构上的峰值载荷，减少了车轮行程，并且能够降低平衡高度。

一种方法提供了车轮组件相对于车身的渐进式优化无约束事件阻尼函数，采用了一自由度(1DOF)非线性机械系统模型，由车轮组件的车轮中心的无初始外力、无初始位移并且在车轮中心从初始速度U₀到0速度的减速时作用在车轮中心的合力基本恒定(此后简称为“恒定合力”)的运动方程产生。恒定合力涉及到确定的行程长度，使得当车轮中心在确定的行程长度时，它的速度为0，阻尼力为0，并且悬架弹簧被压缩确定的行程长度，从而使悬架弹力等于恒定合力；以及当车轮中心处于0位移时它的速度为U₀，悬架弹簧相对于平衡状态没有被压缩，从而使悬架弹力为0，并且阻尼力等于恒定合力。在上述条件下，由阻尼器消耗的能量总量被最大化，车身的总载荷被最小化，由此获得了渐进式优化无约束事件阻尼函数，对于车轮中心从0到预定行程长度的所有位移以及从U₀到0的速度都是有效的。

悬架弹簧可以包括螺旋弹簧、震跳缓冲器、安装座，以及其他的悬架顺应件。随车轮中心行程而变的悬架弹力能在实验室里通过标准技术被确定，其中轮胎衬垫以震跳和回弹的方式被竖直地致动，同时通过力工作台和车轮变换器系统来测量力。

实际上，作用于低于车轮中心速度u₁(约2.0m/s)的车轮中心的预定阻尼力基于根据现有技术方法学的对于给定车辆或车辆模型的驾驶和操控因素，并且不应该由此被改变。

一种提供车轮组件相对于车身的渐进式优化约束事件阻尼函数的方法，如附图2中所描述的，其采用一自由度(1DOF)非线性机械系统模型，其中作用在低于或等于车轮中心速度u₁(约2.0m/s)的车轮中心的预定阻尼力不被改变，该函数如下所述来产生。

1.从无初始外力、当初始速度为U₀时初始位移为x₀、并且作用在车轮中心的合力在车轮中心从速度U₀到由经验确定的速度u₂的减速过程中是常量的车轮中心运动方程获得渐进式优化约束阻尼力。作用于车轮中心的恒定合力涉及到车轮中心运动方程以及预定的车辆参数。

2.获得平滑、连续的阻尼力变换函数，优选地近似阶梯函数，产生从车轮中心速度u₁到由经验确定的车轮中心速度u₂的阻尼力，速度u₂大于u₁，但是接近u₁。

3.在低于或等于车轮组件速度u₁时使用作用于车轮组件上的预定阻尼力。

恒定合力涉及确定的车轮中心的行程长度，使得当车轮中心处于确定的行程长度时，它的速度为0，阻尼力为0，悬架弹簧被压缩所确定的行程长度，由此悬架弹力等于恒定合力，当车轮中心在位移x₀处时它的速度为U₀，悬架弹簧被压缩x₀。

在上述条件下，阻尼器消耗的能量总量被最大化，车身上的总载荷被最小化，由此获得渐进式优化约束事件阻尼函数，其对于车轮中心从0到所确定的行程长度的所有位移以及从U₀到0的速度都是有效的。

然而，对于从0到确定行程长度的车轮中心的所有位移以及从第一初始速度U₀₁(与诸如第一凹坑的第一事件相关)到0的速度都有效的第一渐进式优化约束事件阻尼函数将不会是对于从0到确定行程长度的所有车轮中心位移以及从第二初始速度U₀₂(与诸如第二凹坑的第二事件相关)到0的速度都有效的优化约束事件阻尼函数。每个车轮中心速度事件都有取决于车轮中心初始峰值速度的渐进式优化约束事件阻尼函数，但是一个车轮中心速度事件的优化约束事件阻尼函数不是另一具有不同的车轮中心初始峰值速度的车轮中心速度事件的优化约束事件阻尼函数。对于给定的预定车轮中心初始速度U₀针对从0到确定行程长度的所有车轮中心位移以及从U₀到0的速度获得的渐进式优化约束事件阻尼函数，对于多个车轮中心初始峰值速度而言不是优化约束事件阻尼函数。

本发明的优选方面是一种允许机动车辆悬架系统应对多个严重事件的渐进式优化约束事件阻尼函数，所述严重事件是例如多个凹坑，该函数使得跳动减少，然而却能在日常事件过程中提供非常易于接受的驾乘品质以及操控性，所述日常事件例如普通的道路表面，该函数限制了车架结构上的峰值载荷，减少了车轮行程，并且能够降低平衡高度。该渐进式优化约束事件阻尼函数是低包络曲线，该低包络曲线与作用于低于车轮中心速度u₁(约2.0m/s)的车轮中心的预定阻尼力相结合，如前所述，所述预定阻尼力基于根据现有技术方法学的给定车辆或车辆模型的驾乘和操控因素，因而1DOF非线性机械系统模型的渐进式优化约束事件阻尼函数被用来建立低包络曲线。

根据本发明优选方面的低包络曲线由使用1DOF非线性机械系统模型的多个渐进式优化约束事件阻尼函数构成的曲线通过下述方式产生：构造穿过初始阻尼器峰值速度的曲线，该曲线从初始阻尼器最高峰值速度到初始阻尼器最低峰值速度，接着到预定车轮中心速度u₁，约2.0m/s，之后，在此处如前所述，作用于车轮中心的预定阻尼力基于根据现有技术方法学的给定车辆或车辆模型的驾乘和操控因素。该低包络曲线与作用于低于车轮中心速度u₁(约2.0m/s)的车轮中心的预定阻尼力相结合，如前所述，该预定阻尼力基于根据现有技术方法学的给定车辆或车辆模型的驾乘和操控因素，从而形成了根据本发明优选方面的渐进式优化约束事件阻尼函数。

根据本发明优选方面的渐进式优化约束事件阻尼函数对于具体给定的车轮中心初始峰值速度U₀来说可能不是最优的，但是对于多个车轮中心初始峰值速度来说没有不会增加簧载质量的载荷的其他事件阻尼函数。即，该渐进式优化约束事件阻尼函数不会增加多个车轮中心初始峰值速度中的任意给定车轮中心初始峰值速度U₀的载荷。

实际上，如附图10所示的四分之一车辆非线性机械系统模型(quarter carnonlinear mechanical system model)在本领域中用于悬架设计。本发明的最优选方面采用如图10所示的四分之一车辆非线性机械系统模型，以获得对于从0到确定行程长度的所有车轮中心位移都有效的渐进式优化约束事件阻尼函数，对于多个车辆中心初始峰值速度到0采用四分之一车辆模型渐进式优化约束事件阻尼函数。然而，采用四分之一车辆非线性机械系统模型以获得对于从0到确定行程长度的所有车轮中心位移、及对于从U₀到0的给定车辆中心初始峰值速度都有效的渐进式优化约束事件阻尼函数的分析方案是不能获得的，且数值技术被使用。1DOF非线性机械系统模型的用于给定车轮中心初始峰值速度的解析渐进式优化约束事件阻尼函数，如前所述，被用作四分之一车辆非线性机械系统模型的初始函数以获得对于从0到确定行程长度的所有车轮中心位移、及对于从U₀到0的给定车辆中心初始峰值速度都有效的渐进式优化约束事件阻尼函数。

根据本发明的最优选的方面是能使机动车辆悬架系统应对多个严重事件(例如多个凹坑)的渐进式优化约束事件阻尼函数，使得跳动减少，然而却能在日常事件(例如普通的道路表面)过程中提供非常易于接受的驾乘品质和操控性，限制了车架结构上的峰值载荷，减少了车轮行程，并且能够降低平衡高度。该渐进式优化约束事件阻尼函数是低包络曲线，其与作用于低于车轮中心速度u₁(约2.0m/s)的车轮中心上的预定阻尼力相结合，如前所述，该预定阻尼力基于根据现有技术方法学的给定车辆或车辆模型的驾乘和操控因素，因而四分之一车辆非线性机械系统模型的渐进式优化约束事件阻尼函数被用来建立低包络曲线。

根据本发明最优选方面的低包络曲线由使用四分之一车辆非线性机械系统模型的多个渐进式优化约束事件阻尼函数构成的曲线通过下述方式产生：构造穿过初始阻尼器峰值速度的曲线，该曲线从初始阻尼器最高峰值速度到初始阻尼器最低峰值速度，接着到预定车轮中心速度u₁，约2.0m/s，之后，在此处如前所述，作用于车轮中心的预定阻尼力基于根据现有技术方法学的给定车辆或车辆模型的驾乘和操控因素。该低包络曲线与作用于低于车轮中心速度u₁(约2.0m/s)的车轮中心的预定阻尼力相结合，如前所述，该预定阻尼力基于根据现有技术方法学的给定车辆或车辆模型的驾乘和操控因素，从而形成了根据本发明最优选方面的渐进式优化约束事件阻尼函数。

根据本发明最优选方面的渐进式优化约束事件阻尼函数对于具体给定的车轮中心初始峰值速度U₀来说可能不是最优的，但是对于多个车轮中心初始峰值速度来说没有不会增加簧载质量的载荷的其他事件阻尼函数。即，该渐进式优化约束事件阻尼函数不会增加多个车轮中心初始峰值速度中的任意给定车轮中心初始峰值速度U₀的载荷。

因此，本发明的目标是提供一种描述能够使机动车辆悬架系统应对多个严重事件(例如多个凹坑)的渐进式优化约束事件阻尼函数的分析方法，其减少了跳动，然而却能在日常事件中(例如普通的道路表面)提供非常易于接受的驾乘品质和操控性，限制了车架结构上的峰值载荷，减少了车轮行程，并且能够降低平衡高度。

本发明进一步提供了如下所述的技术方案。

方案1.一种基于渐进式优化约束事件阻尼函数提供车轮组件相对于簧载车身的阻尼器渐进式优化约束阻尼响应的方法，其适用于多个震跳事件，包括以下步骤：

确定作用于车轮组件的车轮中心的第一阻尼力的第一曲线，其适用于低于实质上预定车轮中心速度u₁的车轮中心速度；

对于所述多个震跳事件中的每个震跳事件，获得由车轮中心的至少一个预定运动方程产生的渐进式优化约束事件阻尼函数的第二曲线，其中应用于至少一个预定方程的条件包括：没有初始外力作用于车轮组件、当车轮组件的初始速度为U₀时车轮中心的初始位移为x₀、在车轮中心从速度U₀到预定车轮中心速度u₂的减速过程中作用于车轮中心的合力实质上恒定；其中实质上恒定的合力与车轮中心的确定的行程长度相关，使得当车轮中心在确定的行程长度时，车轮组件速度为零、第一阻尼力为零、并且悬架弹簧被压缩所述确定的行程长度，悬架弹力由此等于实质上恒定的合力，并且当车轮中心在位移x₀处时，车轮组件速度为U₀，并且悬架弹簧被压缩x₀；

对于每个震跳事件，获得穿过第二曲线的初始车轮中心速度的低包络曲线；

将低包络曲线与所述第一曲线结合以获得适用于多个震跳事件的渐进式优化约束事件阻尼函数；并且

调整阻尼器响应于所述渐进式优化约束事件阻尼函数的阻尼响应。

方案2.根据方案1的方法，其中u₁实质上等于2.0m/s。

方案3.根据方案1的方法，其中所述运动方程由一自由度非线性机械系统模型得出。

方案4.根据方案3的方法，其中第一车轮组件速度被定义为u₁，第二车轮组件速度被定义为u₂，其中u₂＞u₁，第二阻尼力被定义为Φ₁(y)，悬架弹力被定义为F(x)，所述方法还包括以下步骤：

确定包括下列各项的参数：车轮组件的质量m；车轮组件的初始速度U₀；当速度为U₀时车轮组件相对于预定基准的位置x₀；

其中，

其中对于相对于预定基准的任一车轮组件速度y，其中y≥u₂，所述参数与相关。

方案5.根据方案4的方法，其中在第一车轮组件速度u₁处的第一阻尼力与第二车轮组件速度u₂处的第二阻尼力之间提供平滑连续的阻尼力变换。

方案6.根据方案5的方法，其中阻尼器的渐进式优化约束事件阻尼函数被定义为Ω(y)并具有以下的形式：

其中step是具有从速度u₁处的

到速度u₂处的Φ₁(y)的平滑连续变换的阻尼力变换函数；并且

其中对于预定的比率r，使得所述y＝v/r，v是阻尼器相对于预定基准的速度，作为阻尼器速度v的函数的渐进式优化约束事件阻尼函数Ψ(v)由关系

给出。

方案7.根据方案6的方法，其中x是车轮组件相对于预定基准的位置，并且

其中预定的实质上恒定的合力C₁针对任意的y≥u₂被确定，包括步骤：

结合用于确定的u₂的Ω(y)来数值求解车轮组件相对于预定范围的簧载质量载荷的簧载质量的运动方程，其中运动方程包括并且

在对应于C₁的

时确定簧载质量载荷的最小值。

方案8.根据方案7的方法，其中u₁实质上等于2.0m/s。

方案9.根据方案1的方法，其中所述运动方程由四分之一车辆非线性机械系统模型得出。

方案10.根据方案9的方法，其中所述运动方程具有如下的形式：

$m\stackrel{\·\·}{x}=-F(x-x_2)-{\mathrm{\Ω}}_1(\stackrel{\·}{x}-{\stackrel{\·}{x}}_2)-\mathrm{mg}-F_T(x-x_g),x\left(0\right)=x_0,\stackrel{\·}{x}\left(0\right)=U_0;$

$M{\stackrel{\·\·}{x}}_2=F(x-x_2)+{\mathrm{\Ω}}_1(\stackrel{\·}{x}-{\stackrel{\·}{x}}_2)-\mathrm{Mg},x\left(0\right)=x_0,\stackrel{\·}{x}\left(0\right)=U_0;$ 以及

$\mathrm{Load}=F(x-x_2)-{\mathrm{\Ω}}_1(\stackrel{\·}{x}-{\stackrel{\·}{x}}_2);$

其中M代表簧载质量，Load代表簧载质量上的载荷，Ω₁代表对于导致预定车辆中心初始峰值速度U₀的预定凹坑的渐进式优化约束事件阻尼函数；

其中通过对要求Load为最小值的方程的求解来确定Ω₁；并且

其中数值优化技术被用来确定对于导致预定车轮中心初始峰值速度U0的预定凹坑的Ω₁。

方案11.根据方案10的方法，其中u₁实质上等于2.0m/s。

方案12.根据方案11的方法，其中所述数值优化包括：

首先使用渐进式优化约束事件阻尼函数Ω，该Ω由与运动方程中的Ω₁具有相同预定车轮中心初始峰值速度U₀的一自由度非线性机械系统模型得出。

方案13.一种基于渐进式优化约束事件阻尼函数提供车轮组件相对于簧载车身的阻尼器渐进式优化约束阻尼响应的方法，其适用于多个震跳事件，包括下述步骤：

确定作用于车轮组件的车轮中心的第一阻尼力的第一曲线，其适用于低于实质上预定车轮中心速度u₁的车轮中心速度；

对于多个所述震跳事件中的每个振动事件，获得由一自由度非线性机械系统模型的车轮中心运动方程产生的渐进式优化约束事件阻尼函数的第二曲线，其中应用于所述方程的条件包括：没有初始外力作用于车轮组件、当车轮组件的初始速度为U₀时车轮中心的初始位移为x₀、在车轮中心从速度U₀到预定车轮中心速度u₂的减速过程中作用于车轮中心的合力实质上恒定；其中实质上恒定的合力与车轮中心的确定的行程长度相关，使得当车轮中心在确定的行程长度时，车轮组件速度为零、第一阻尼力为零、并且悬架弹簧被压缩所述确定的行程长度，悬架弹力由此等于实质上恒定的合力，并且当车轮中心在位移x₀处时，车轮组件速度为U₀，并且悬架弹簧被压缩x₀；

对于每个震跳事件，获得穿过第二曲线的初始车轮中心速度的低包络曲线；

将低包络曲线与所述第一曲线结合以获得适用于多个震跳事件的渐进式优化约束事件阻尼函数；并且

调整阻尼器响应于所述渐进式优化约束事件阻尼函数的阻尼响应。

方案14.根据方案13的方法，其中u₁实质上等于2.0m/s。

方案15.一种基于渐进式优化约束事件阻尼函数提供车轮组件相对于簧载车身的阻尼器渐进式优化约束阻尼响应的方法，其适用于多个震跳事件，包括下述步骤：

确定作用于车轮组件的车轮中心的第一阻尼力的第一曲线，其适用于低于实质上预定车轮中心速度u₁的车轮中心速度；

对于多个所述震跳事件中的每个振动事件，获得由四分之一车辆非线性机械系统模型的车轮中心运动方程产生的渐进式优化约束事件阻尼函数的第二曲线，其中应用于所述方程的条件包括：没有初始外力作用于车轮组件、当车轮组件的初始速度为U₀时车轮中心的初始位移为x₀、在车轮中心从速度U₀到预定车轮中心速度u₂的减速过程中作用于车轮中心的合力实质上恒定；其中实质上恒定的合力与车轮中心的确定的行程长度相关，使得当车轮中心在确定的行程长度时，车轮组件速度为零、第一阻尼力为零、并且悬架弹簧被压缩所述确定的行程长度，悬架弹力由此等于实质上恒定的合力，并且当车轮中心在位移x₀处时，车轮组件速度为U₀，并且悬架弹簧被压缩x₀；

对于每个震跳事件，获得穿过第二曲线的初始车轮中心速度的低包络曲线；

将低包络曲线与所述第一曲线结合以获得适用于多个震跳事件的渐进式优化约束事件阻尼函数；并且

调整阻尼器响应于所述渐进式优化约束事件阻尼函数的阻尼响应。

方案16.根据方案15的方法，其中u₁实质上等于2.0m/s。

本发明的这些和其它目标、特征以及优点将通过下面优选实施例的说明变得更加清楚。

附图说明

附图1是传统机动车辆悬架系统的透视图，包括控制臂、车架，弹簧，传统的减震器以及传统的缓冲垫。

附图1A是传统减震器的剖视图。

附图1B是传统缓冲垫的剖视图。

附图2是描绘机动车辆的簧载质量(即车身)、非簧载质量(即车轮组件)、机动车辆的弹簧、阻尼器以及震跳缓冲器的1DOF机动车辆悬架系统的图解视图。

附图3所示的曲线是代表性机动车辆的悬架弹簧的正常力相对车轮中心位移的关系曲线图。

附图4所示的曲线是附图3所示的代表性机动车辆在车轮中心的渐进式优化约束阻尼力相对于车轮中心竖直速度的关系曲线。

附图5所示的曲线是附图3所示的代表性机动车辆的阻尼力相对于阻尼器速度的关系曲线，示出了传统被动阻尼器的阻尼的第一曲线，及渐进式优化约束阻尼的第二曲线。

附图6是渐进式优化非约束阻尼力算法的流程图。

附图7A是确定渐进式优化约束事件阻尼函数的恒定合力的算法流程图。

附图7B是示出执行附图7A所示算法的样本曲线的图解实例。

附图7C是渐进式优化约束事件阻尼函数的算法流程图。

附图8是阻尼力相对于阻尼器速度的关系曲线，示出了传统被动阻尼器的阻尼的第一曲线，渐进式优化约束阻尼的第二曲线，如附图3所给出的曲线。

附图9是总的悬架载荷相对于时间的关系曲线，示出了具有传统被动阻尼的仿真悬架载荷的第一曲线，具有渐进式优化约束阻尼的仿真悬架载荷的第二曲线，及具有渐进式优化非约束阻尼的仿真悬架载荷的第三曲线。

附图10是机动车辆悬架系统的四分之一车辆模型的示意图，描绘了机动车辆的簧载质量(即车身)、非簧载质量(即车轮组件)、机动车辆的第一弹簧、阻尼器、震跳缓冲器、第二弹簧(即轮胎)以及道路轮廓。

附图11是凹坑的示例性示图。

附图12是代表性机动车辆的轮胎正常弹性力相对于车轮中心位移的关系曲线。

附图13A是根据本发明优选方面，采用1DOF非线性机械系统模型获得渐进式优化约束事件阻尼函数的算法流程图。

附图13B是根据本发明最优选方面，采用四分之一车辆非线性机械系统模型获得渐进式优化约束事件阻尼函数的算法流程图。

附图14是阻尼力相对于阻尼器速度的关系曲线的图解示例，描绘的是根据本发明优选方面的采用1DOF非线性机械系统模型的低包络曲线的构造。

附图15是阻尼力相对于阻尼器速度的关系曲线的图解示例，描绘的是根据本发明最优选方面采用四分之一车辆非线性机械系统模型的低包络曲线的构造。

附图16A是力相对于时间的关系曲线，示出了根据现有技术的传统被动阻尼系统的悬架载荷的第一曲线、阻尼力的第二曲线以及合力的第三曲线。

附图16B是力相对于时间的关系曲线，示出了根据本发明的渐进式优化约束事件阻尼函数的悬架载荷的第一曲线、阻尼力的第二曲线以及合力的第三曲线。

具体实施方式

现在参照附图，附图2到附图16B描绘了提供机动车辆悬架系统的优化阻尼的方法的各个方面。

一般而言，采用包括一连串凹坑的铺设道路来测试恶劣道路事件下的机动车辆性能。例如，较小的凹坑可以是浅坑，更明显的凹坑将会是能够使乘客感觉到反弹的较深的坑；“严重事件”凹坑可以是盒形下沉凹坑，所述凹坑在底部具有硬的、直角边缘。

下面的分析主要集中在机动车辆悬架对于越过“严重事件”凹坑时的响应。在越过“严重事件”凹坑时，车轮首先掉进凹坑，接着是下落的车身一角，然后在已经震跳的位置(与名义上的平衡位置相比)，撞到近似阶梯的陡峭凸块。轮胎力然后使车轮加速并使悬架产生强烈的震跳。车轮竖直速度在通过震跳行程中有时达到其峰值，大约5m/s(这里使用米-千克-秒(MKS)单位制)，然后在最大震跳行程处减速到零(这里达到了最大震动竖直载荷)。震跳事件的减速部分(从最大车轮速度到零)使用一自由度(1DOF)非线性机械系统模型，如下所述。

附图2是本领域中通常使用的1DOF机动车辆悬架系统的图解视图200，描绘了预定簧载质量202(即车身)、预定非簧载质量m(即车轮组件)、非线性预定弹簧204、非线性阻尼器206(即减震器等)、以及震跳缓冲器208的关系。此处，预定簧载质量202被简单地称为“车身”，其中车身作为测量非簧载质量的速度的基准，预定非簧载质量m被简单地称为“车轮组件”216。

在附图2中，车轮组件216的车轮中心C_W相对于车身202在竖直方向x中的速度

或y(即

)与阻尼器206的底部214相对于车身在竖直方向中的速度v以预定的比率r相关，使得y＝v/r，其中阻尼器在点212处与车轮组件连接。此处速度v被称为阻尼器速度，车轮中心C_W是车轮组件216的中心线。

车轮组件216通过非线性预定弹簧204以及非线性阻尼器206连接到车身202(震跳缓冲器208通常独立地连接在车轮组件与车身之间)。车轮中心相对于平衡位置(名义上的平衡位置)210的位移在竖直方向x上，L是车轮中心相对于平衡位置在竖直方向x上的行程长度，该行程长度可以包括震跳缓冲器208的部分，并且还对应于预定弹簧204的压缩长度。行程长度L短于或等于在竖直方向x上的预定最大行程长度L_MAX，如附图2中仅通过示例描述的那样。对于车辆制造商提供的特定车辆或车辆模型，车轮组件216及其质量m、预定行程长度L、预定最大行程长度L_MAX、弹簧204、车身202以及预定比率r是由经验或分析确定的。

没有作用于车轮中心C_w的外力的运动方程具有赋予给定初始条件的如下形式：

$m\stackrel{\·\·}{x}+F\left(x\right)+\mathrm{\Φ}\left(\stackrel{\·}{x}\right)=0,x\left(0\right)=x_0,\stackrel{\·}{x}\left(0\right)=U_0---\left(1\right)$

其中x是车轮中心相对于平衡位置210的位移，

或y(即

)是车轮中心相对于车身202的速度，

是车轮中心相应于车身的加速度，

是作为车轮中心速度

的函数的阻尼器206的阻尼力，F(x)是对应于弹簧被压缩位移x的在位移x处弹簧204作用于车轮中心C_w的悬架弹力，x(0)是车轮中心在时间t＝0时相对于平衡位置210的位置，x₀是车轮中心在时间t＝0时相对于平衡位置210的初始位置，

是车轮中心相对于车身202在时间t＝0时的速度，行程长度L是预定的，并且U₀是车轮中心相对于车身在时间t＝0处由给定的预定“严重事件”产生的预定峰值初始速度。实际上，悬架驾驶弹簧和阻尼器不被配置在一起并且车轮中心竖直行程不等于阻尼器(震动)位移。在给定每单位竖直车轮中心行程的阻尼器(震动)行程的预定比率r时，y＝v/r，其中v是阻尼器(震动)速度，V₀是预定的初始阻尼器速度，U₀可以从U₀＝V₀/r计算得出。

对于由方程(1)描述的系统200，假定速度

当x＝L≤L_MAX时，弹簧204作用于车轮中心C_w的悬架弹力F(x)等于F(L)。如果作用于车轮中心C_w的合力

在车轮中心从U₀到0的减速过程中是常数并等于F(L)，那么阻尼器206消耗的能量总量被最大化，并且作用于车身202上的合力被最小化。这会导致下面的情况：

F(x)+Φ(y)＝F(L)＝常数    (2)

当0≤x≤L≤L_MAX并且0≤y≤U₀时有效，其中

代表作为车轮中心速度y的函数的阻尼器206的平滑、连续且单调增加的渐进式优化非约束阻尼力。

对于车轮中心C_w的初始条件x(0)＝x₀＝0，以及

，在减速过程中从速度U₀到0时作用于车轮中心的合力是常数并且等于F(L)，并且渐进式优化非约束阻尼力Φ(y＝0)＝0时，那么作为方程(2)中的车轮中心速度y的函数的渐进式优化非约束阻尼力Φ(y)可以被表达为：

$\mathrm{\Φ}\left(y\right)=F\left(L\right)-F\left[(1-\frac{y^2}{U_0^2})L\right]---\left(3\right)$

其中0≤y≤U₀，并且

$\frac{m*U_0^2}{2}=L*F\left(L\right)---\left(4\right)$

上式代表动能约束，其中“*”代表乘号。

当车轮中心速度是y时，其中0≤y≤U₀，函数

是弹簧204作用在车轮中心C_W的悬架弹力。

由于y＝v/r，U₀＝V₀/r，使用方程(3)，作为阻尼器速度v的函数的渐进式优化约束阻尼力Ψ₁(v)可以被表达为：

${\mathrm{\Ψ}}_1\left(v\right)=\frac{\mathrm{\Φ}(y=v/r)}{r}---\left(5\right)$

或等同于：

${\mathrm{\Ψ}}_1\left(v\right)=\frac{F\left(L\right)-F\left[(1-\frac{v^2}{V_0^2})L\right]}{r}---\left(6\right)$

当阻尼器速度是v时，其中0≤v≤V₀，函数是弹簧204作用在车轮中心C_W的悬架弹力。

现在将参照附图3和4详细描述前述实施方式的示例，其中附图3是代表性机动车辆的悬架正常弹力相对于车轮中心位移的关系曲线302的图解300，附图4是附图3所示的代表性机动车辆的渐进式优化非约束阻尼力Φ(y)相对于车轮中心速度的关系曲线402的图解400。

给定车轮组件质量m以及速度U₀，行程长度L可以由方程(4)的动能约束如下确定：绘制弹簧位移x乘以悬架弹力F(x)的乘积(即，xF(x))相对于预定弹簧204的弹簧位移x的关系曲线。在曲线的x轴上的点对应于预定的行程长度L，这里L≤L_MAX，其中U₀被选择使得L≤L_MAX，在该点处xF(x)轴等于

然后F(L)可以从悬架弹力F(x)相对于预定弹簧204的弹簧位移x的关系曲线中确定(如附图3所示)。方程(3)中的量

可以针对速度y来求值，这里0≤y≤U₀，这样预定弹簧204的悬架弹力

可以从悬架弹力F(x)相对于预定弹簧的弹簧位移x的关系曲线获得(即，附图3)。作为阻尼器206的车轮中心速度y的函数的渐进式优化非约束阻尼力Φ(y)现在可以从方程(3)确定。渐进式优化非约束阻尼力Φ(y)相对于y的曲线可以随后获得，并且使用方程(3)针对不同y值来绘制曲线。

替代上一段落的是，给定行程长度L，F(L)能从悬架弹力F(x)相对于预定弹簧204的弹簧位移x的关系曲线中获得(如附图3中所示)。速度U₀可以由方程(4)所确定。方程(3)中的量可以针对速度y来求值，这里0≤y≤U₀，这样预定弹簧204的悬架弹力

可以从悬架弹力F(x)相对于预定弹簧的弹簧位移x的关系曲线获得(即，附图3)。作为阻尼器206的车轮中心速度y的函数的渐进式优化非约束阻尼力Φ(y)现在可以由方程(3)确定。渐进式优化非约束阻尼力Φ(y)相对于y的曲线可以随后获得，并且使用方程(3)针对不同的y值来绘制曲线。

例如，在附图4中，m＝55.5kg，L_MAX＝0.095m，L＝0.081m，V₀＝2.7m/s，并且r＝0.65，由此得到U₀＝2.7/0.65m/s＝4.1538m/s。从附图3中的点304，对于L＝0.081m，F(L)近似为5.9kN，其相应于附图4中的点404，这里U₀＝4.1538m/s，其符合方程(3)，其中Φ(U₀)＝F(L)。对于例如y＝2m/s的车轮中心速度，量并且来自附图3中的点306的

近似为2.8kN。来自方程(3)的渐进式优化非约束阻尼力Φ(y)被计算为近似(5.9-2.8)kN＝3.1kN，由此附图4中的点406被获得。曲线402上的后续的点对于不同的y值也可以被类似地获得。

附图5是附图3和4中的代表性机动车辆的阻尼力相对于阻尼器速度的关系曲线500，示出了传统被动阻尼器的阻尼力的第一曲线502，以及作为阻尼器速度v的函数的渐进式优化非约束阻尼力Ψ₁(v)的第二曲线504。

给定附图4，Ψ₁(v)曲线504可以由方程(5)所确定。例如，在附图4中的点406处，Φ(y)近似为3.1kN并且y＝2m/s，由此得到v＝y*r＝2*0.65m/s＝1.3m/s。从方程(5)，当v＝1.3m/s时，Ψ₁(v)＝3.1/0.65kN＝4.8kN，这样附图5中的点506被获得。曲线504上的后续点对于不同的y或v值也可以被类似地获得。

Ψ₁(v)曲线504也可以由方程(6)确定。例如，对于L＝0.081m，从附图3中F(L)近似为6.1kN。对于V₀＝2.7m/s并且v＝1.3m/s，从附图3中得出

以及F(0.062)＝2.8kN。从方程(6)，当r＝0.65时，Ψ₁(v)被计算为4.7kN，由此获得附图5中的点506。曲线504上的后续点对于不同的值y或v也可类似地获得。

附图6是渐进式优化非约束阻尼力Φ(y)或Ψ₁(v)的算法600流程图。算法600始于流程框602然后进行到流程框604，此处获得预定的参数。预定的参数包括，但是不限于，m，L_MAX，r，预定弹簧204以及V₀(或U₀，其中U₀理解为U₀＝V₀/r)或者L。控制然后转到流程框606，使用方程(4)确定未知的V₀或L，此处使用如前所述的已知的悬架弹力相对于预定弹簧204位移关系曲线由来自于流程框604的L确定F(L)。控制然后转到流程框608，此处使用如前所述的方程(3)来计算和曲线绘制渐进式优化非约束阻尼力Φ(y)。控制然后转到流程框610，此处使用如前所述的方程(5)或(6)来计算和曲线绘制渐进式优化非约束阻尼力Ψ₁(y)。控制然后转到控制框612，此处算法600结束。

如前所述，实际上，阻尼器206作用于低于车轮中心速度u₁(约2.0m/s)的车轮中心C_w的预定阻尼力

是基于给定车辆或车辆模型的驾乘和操控因素的，如本领域中的标准那样，并且不应该被改变。从由前所述的公式(3)获得的非约束渐进式优化阻尼力Φ(y)需要一些修改来得出渐进式优化约束事件阻尼函数Ω(y)，由此阻尼器206作用于低于车轮中心速度u₁(约2.0m/s)的车轮中心C_w的预定阻尼力

没有被改变。

如果作用于车轮中心C_W的合力F(x)+Φ₁(y)是等于C₁的常数，于是应用接下来的条件：

F(x)+Φ₁(y)≡C₁＝常数    (7)

因此作为车轮中心初始位置x₀和车轮中心速度y的函数的平滑、连续且单调增加的阻尼器206的渐进式优化约束阻尼力Φ₁(y)可以被表达为：

${\mathrm{\Φ}}_1\left(y\right)=C_1-F(\frac{U_0^2-y^2}{2C_1}m+x_0),y\≥u_2---\left(8\right)$

其中x(0)＝x₀≤L≤L_MAX

并且

方程(7)中的F(x)是对于弹簧位移x的预定弹簧204作用于车轮中心C_W的悬架弹力，C₁是作用于车轮中心的恒定合力，u₂是经验地确定的车轮中心速度，在时间t＝t₁＞0时大于u₁，但是邻近u₁。例如，如果u₁是2.0m/s，则u₂可以是2.69m/s。

速度u₂由经验确定以使得从速度u₁处的预定阻尼力

到速度u₂处的渐进式优化约束阻尼力Φ₁(y)的变换是由阻尼力变换函数产生的阻尼力。实际上，阻尼力变换函数是平滑的、连续的，并且从u₁到u₂单调增加，优选地近似为阶梯函数。u₂越接近u₁，对阶梯函数的近似就越好，簧载质量202上的总载荷就越低。然而，u₂不能被选择地太接近u₁，以便避免在事件阻尼函数Ω(y)内的突变(后面将被描述)，对于比“严重事件”凹坑更小的凹坑来说这又可以增加簧载质量202上的载荷。

这样，作为车轮中心速度的函数的渐进式优化约束事件阻尼函数Ω(y)有以下的形式：

其中step是阻尼力变换函数，其具有从速度u₁处的到速度u₂处的Φ₁(y)的平滑、连续并且单调增加的变换。实际上，本领域中公知的具有三次多项式的半正矢阶梯函数优选地被用作阻尼力变换函数。

作为阻尼器速度v的函数的渐进式优化约束事件阻尼函数Ψ(v)可以表达为：

$\mathrm{\Ψ}\left(v\right)=\frac{\mathrm{\Ω}(y=v/r)}{r}---\left(10\right)$

恒定的合力C₁(或恒定的加速度C＝C₁/m)按照附图7A中的算法700使用下面的步骤确定，其中结合用于所确定u₂的方程(9)来数值求解方程(1)的运动方程，以及确定在相应于C₁的

时的簧载质量载荷的最小值。

在流程框702，对于如前所述的渐进式优化非约束阻尼力的情况，方程(2)到(4)被用来确定F(L)。

接下来，在流程框704，在经验确定的范围内改变F(L)以获得C_1MAX和C_1MIN，例如通过加上和减去10％来改变F(L)以获得C_1MAX＝F(L)+0.1F(L)，以及C_1MIN＝F(L)-0.1F(L)。

接下来，在流程框706，流程框704中F(L)变化的表格被创建，其由q值构成，其中第一项目被设定为C₁₁＝C_1MAX，最后的值被设定为C_1q＝C_1MIN，任意项目被设定为C_1j，相邻的值被经验确定的量分开，例如50N。

在流程框708，流程框706的表格中的每个值被设定，开始于C₁₁＝C_1MAX并且结束于C_1q＝C_1MIN，等于方程(1)中的

以及使用方程(1)连同方程(9)被数值计算，所述方程(9)对于在

或y＝0(即

)时使用特定的u₂进行计算，在该时间处，x相应于车轮组件的行程长度以及F(x)对应于在该值的完全震跳处的簧载质量202上的载荷。

在流程框708之后的第一替代方案中，在流程框710，对应于完全震跳处的簧载质量202上的最小载荷的求解值被设定为C₁，并且针对该项目确定的行程长度x是所确定的行程长度L≤L_MAX，从这里F(L)可以从悬架弹力F(x)相对于预定弹簧204的弹簧位移x的关系曲线被获得(即，附图3)。

在流程框708之后的第二替代方案中，在流程框712，对于流程框706的表格中的每个值在完全震跳处作用在簧载质量202上的载荷(始于C₁₁＝C_1MAX并且结束于C_1q＝C_1MIN)相对于C₁(或C，其中C＝C₁/m)被绘制曲线，其中在完全震跳处簧载质量202上的最小载荷发生时的曲线上的点设定为C1，以及针对该项目确定的行程长度x是行程长度L≤L_MAX，从这里F(L)可以从悬架弹力F(x)相对于预定弹簧204的弹簧位移x的关系曲线被获得(即，附图3)。

附图7B描绘了与附图7A的算法相符的样本曲线的图解740的示例，其中C＝C₁/m，并且例如m＝55.5kN。对于曲线742，如果u₂＝2.31m/s，于是在点742a找到C₁，此处C＝108.1m/s²以及L＝0.080m。对于曲线744，如果u₂＝2.69m/s，于是在点744a找到C₁，此处C＝110.2m/s²以及L＝0.081m。对于曲线746，如果u₂＝3.08m/s，于是在点746a处找到C₁，此处C＝113.4m/s²以及L＝0.081m。其他曲线对于不同的u₂可以被类似地求得。

给定x₀、r、V₀或U₀、车轮组件m以及C₁，预定弹簧204的悬架弹力

现在可以由悬架弹力相对于预定弹簧的位移曲线针对任意y≥u₂来确定，例如附图3中的曲线。对于任意y≥u₂，渐进式优化约束阻尼力Φ₁(y)于是能被获得。这样，已知阶梯阻尼力变换函数以及渐进式优化约束阻尼力Φ₁(y)，于是作为方程(9)的车轮中心速度y的函数的渐进式优化约束事件阻尼函数Ω(y)对于任意y可以被获得，其中0≤y≤U₀，这样，作为方程(10)的阻尼器速度v的函数的渐进式优化约束事件阻尼函数Ψ(v)对于任意v可以被获得，其中0≤v≤V₀。

附图7C是渐进式优化约束事件阻尼函数Ω(y)的算法750的流程图。算法750始于流程框752，然后转到流程框754，此处预定的参数被获得。预定的参数包括，但不限于车轮组件216的质量m、L_MAX、r、预定弹簧204、U₀或V₀、阶梯阻尼力变换函数

u₁以及x₀。

控制然后转到流程框756，此处C₁以及u₂如前所述被确定。控制然后转到流程框758，此处渐进式优化约束阻尼力Φ₁(y)作为车轮中心速度的函数如前所述地被计算，并且渐进式优化约束事件阻尼函数Ω(y)作为车轮中心速度的函数由方程(9)确定。控制然后转到流程框760，此处渐进式优化约束事件阻尼函数Ψ(v)作为阻尼器速度的函数由方程(10)确定。控制然后转到流程框762，此处算法750结束。

附图8是附图3的代表性机动车辆的阻尼力相对于阻尼器速度的曲线关系800，示出了传统被动阻尼器的阻尼的第一曲线802，以及渐进式优化约束阻尼的第二曲线804。在附图8中，m＝55.5kg，r＝0.65，C₁＝F(L)＝6116N，C＝110.2m/sec²，，L＝0.081m，v₁＝1.3m/s，v₂＝1.75m/s，并且V₀＝2.7m/s。预定阻尼力由曲线802从原点808延伸到点810的曲线部分806表示，在点810处的阻尼器速度v₁为1.3m/s，车轮中心速度u₁为1.3/0.65＝2.0m/s。第四曲线814是方程(9)从点810到点812的阶梯变换函数，在点812处的阻尼器速度v₂为1.75m/s，车轮中心速度u₂是1.75/0.65＝2.69m/s。速度u₂由前所述确定。前面所述的半正矢阶梯函数与三次多项式一起被用作从点810到点812的变换函数。

附图9是附图3的代表性机动车辆的时间相对总悬架载荷的曲线关系900，示出了具有传统被动阻尼的仿真悬架载荷的第一曲线902，具有渐进式优化约束阻尼的仿真悬架载荷的第二曲线904，以及具有渐进式优化非约束阻尼的仿真悬架载荷的第三曲线906。点908描绘了使用了现有技术中传统阻尼器的经验峰值总悬架载荷。点910描绘了使用方程(9)的渐进式优化约束阻尼的经验峰值总悬架载荷。。

附图10是本领域中通常使用的处于平衡(名义平衡)状态的四分之一车辆模型机动车辆悬架系统的示意图1000，如附图2所部分示出的那样描绘了下列各项关系：预定簧载质量M 202(即车身)；预定非簧载质量m 216(即车轮组件)；非线性预定第一弹簧204；非线性阻尼器206(即减震器等)；震跳缓冲器208；非线性预定第二弹簧1002(即轮胎)，因而F_T(x)是由于压缩作用于预定非簧载质量m 216的轮胎所产生的轮胎弹力；以及，预定道路轮廓1004(即凹坑)。车身202相对于平衡位置1006的位移x₂被测量，道路不平坦处(即凹坑)1008相对于平衡位置1010的位移x_g被测量。

预定道路轮1004由多个不同大小的凹坑构成，其中给定大小的凹坑对于预定的车辆前进速度(如前所述例如25mph)形成给定的初始车轮中心峰值速度或初始阻尼器峰值速度。所述多个不同大小的凹坑中的每个凹坑可以例如被分配相应于其严重程度的特定比例因素和其对于预定车辆前进速度(例如25mph)所产生的初始车轮中心峰值速度或初始阻尼器峰值速度。表格1是这种凹坑缩放比例和初始阻尼器峰值速度的例子，其中每个初始车轮中心峰值速度等于每个相应的初始阻尼器峰值速度除以如前所述的比率r，其中例如r＝0.68。

表1

凹坑	凹坑比例因素	初始阻尼器峰值速度V0(m/s)
			1	1	3.0
2	0.8	2.7
			3	0.75	2.5
4	0.6	2.2
			5	0.5	1.8
6	0.4	1.5

描述四分之一车辆模型的动力学的运动方程有下面的形式：

$m\stackrel{\·\·}{x}=-F(x-x_2)-{\mathrm{\Ω}}_1(\stackrel{\·}{x}-{\stackrel{\·}{x}}_2)-\mathrm{mg}-F_T(x-x_g),x\left(0\right)=x_0,\stackrel{\·}{x}\left(0\right)=U_0---\left(11\right)$

$M{\stackrel{\·\·}{x}}_2=F(x-x_2)+{\mathrm{\Ω}}_1(\stackrel{\·}{x}-{\stackrel{\·}{x}}_2)-\mathrm{Mg},x\left(0\right)=x_0,\stackrel{\·}{x}\left(0\right)=U_0---\left(12\right)$

$\mathrm{Load}=F(x-x_2)-{\mathrm{\Ω}}_1(\stackrel{\·}{x}-{\stackrel{\·}{x}}_2)---\left(13\right)$

其中“Load”代表簧载质量M上的载荷，Ω₁代表导致预定初始车轮中心峰值速度U₀的预定凹坑的渐进式优化约束事件阻尼函数。Ω₁通过方程11到13的求解来确定，其中要求簧载质量M上的载荷“Load”被最小化。然而，不像方程9给出的对Ω的求解，对于使用1DOF机动车辆悬架模型的运动方程来说，不能得到对Ω₁的分析求解。本领域中所熟知的数值优化技术被用来为产生预定初始车轮中心峰值速度U₀的预定凹坑确定Ω₁。对于针对Ω₁的求解产生快速收敛的时效数值优化，与Ω₁具有相同预定初始车轮中心峰值速度U₀的渐进式优化约束事件阻尼函数Ω被用作方程11到13中的初始事件阻尼函数Ω₁。附图15示出了以这种方式获得的四分之一车辆模型的渐进式优化约束事件阻尼函数的例子。

附图11是凹坑1102，1104，1106及其相应尺寸的示例性图表1100，其中直线1108描绘的是水平道路表面。凹坑1102，1104，1106分别对应于表1中凹坑比例因素1，0.8，0.6。

附图12是代表性机动车辆的轮胎正常弹力相对于车轮中心位移的关系曲线1202的图解1200。负的力表示轮胎压缩，负距离表示低于平衡位置1010的距离。

附图13A是根据本发明的优选方面利用1DOF非线性机械系统模型获得渐进式优化约束事件阻尼函数的算法的流程图1300。

该算法开始于流程框1302并且运行至流程框1304。在流程框1304，选择凹坑，由此确定初始车轮中心峰值速度，例如表1中描绘的那样。控制从流程框1304转至流程框1306，这里使用如前所述的1DOF机动车辆悬架系统模型针对所选的凹坑和初始车轮中心峰值速度来确定的渐进式优化约束事件阻尼函数。控制从流程框1306转到流程框1308，其中如果另一个凹坑被选择，则控制转向流程框1304。否则，控制转向流程框1310，在此获得低包络曲线，如下面参照附图14所描述的那样，之后根据本发明的优选方面获得渐进式优化事件阻尼函数。控制从流程框1312到流程框1314，这里算法结束。

附图13B是根据本发明最优选方面使用四分之一车辆非线性机械系统模型获得渐进式优化约束事件阻尼函数的算法的流程图1350。

所述算法开始于流程框1352并运行至流程框1354。在流程框1354处凹坑被选择，由此确定初始车轮中心峰值速度，例如表1中描绘的那样。控制从流程框1354转至流程框1356，这里使用如前所述的四分之一车辆模型针对所选的凹坑和初始车轮中心峰值速度来确定渐进式优化约束事件阻尼函数。控制从流程框1356转到流程框1358，其中如果另一个凹坑被选择，则控制转向流程框1354。否则，控制转向流程框1360，在此获得低包络曲线，如下面参照附图15所描述的那样，之后根据本发明的最优选方面获得渐进式优化事件阻尼函数。控制从流程框1362转到流程框1364，这里算法结束。

附图14是阻尼力相对于阻尼器速度的关系曲线1400的示例，描绘了根据本发明优选方面使用了1DOF非线性机械系统模型的低包络曲线1402的构成。

低包络曲线1402构成根据本发明的渐进式优化约束事件阻尼函数，其与附图8的由曲线802从原点808延伸到点810的曲线部分806所表示的预定阻尼力

相结合，如前所述在点810处，阻尼器速度v₁为1.3m/s，车轮中心速度u₁为1.3/0.65＝2.0m/s。曲线1404，1406，1408，1410是使用在点1412，1414，1416和1418处分别具有初始阻尼器峰值速度3.5m/s，2.7m/s，2.0m/s和1.5m/s的1DOF非线性机械系统模型所产生的渐进式优化约束事件阻尼函数。低包络曲线1402通过构造分别穿过在点1412，1414，1416和1418处的初始阻尼器峰值速度的曲线而产生，并且从点1412延伸至点1420，此处阻尼器速度为1.3m/s。低包络曲线1402与前述的附图8中示出的预定阻尼力

结合，从而产生了根据本发明的渐进式优化约束事件阻尼函数。

附图15是阻尼力相对阻尼器速度的曲线1500的示例，描绘了根据本发明的最优选方面的利用四分之一车辆非线性的机械系统模型的低包络曲线1502的构造。

低包络曲线1502构成根据本发明的渐进式优化约束事件阻尼函数，其与附图8的由曲线802从原点808延伸到点810的曲线部分806所表示的预定阻尼力

相结合，如前所述在点810处，阻尼器速度v₁为1.3m/s，车轮中心速度u₁为1.3/0.65＝2.0m/s。曲线1504、1506、1508、1510以及1512是渐进式优化约束事件阻尼函数，所述函数是利用在点1514、1516、1518、1520以及1522分别具有初始阻尼器峰值速度2.7m/s、2.5m/s、2.2m/s、1.8m/s、1.5m/s的四分之一车辆非线性机械系统产生的。低包络曲线1502通过构造分别经过在点1514、1516、1518、1520和1522处的初始阻尼器峰值速度的曲线而产生，并从点1514到点1524延伸，这里阻尼器速度为1.3m/s。所述低包络曲线1502与前述附图8中的预定阻尼力

结合，由此产生根据本发明的渐进式优化约束事件阻尼函数。

附图16A是力相对于时间的曲线图1600，示出了根据现有技术的传统被动阻尼系统的悬架载荷的第一曲线1602，阻尼力的第二曲线1604，以及合力的第三曲线1606，其中在点1608处由于表1中的凹坑1导致的峰值合力约为55kN。

附图16B是力相对于时间的曲线图1650，示出了根据本发明的渐进式优化约束事件阻尼函数的悬架载荷的第一曲线1652，阻尼力的第二曲线1654，以及合力的第三曲线1656，其中在点1658处由于表1中的凹坑1导致的峰值合力约为34kN。

如本文使用的，适用于根据本发明方法的由震跳过程中作用于车轮组件的弹簧和阻尼器共同提供的力的术语“恒定合力”意味着在总体上大约恒定的力，包括完全恒定，即实质上或本质上恒定。

本发明可以通过调整任何合适阻尼器对于所获得的渐进式优化约束事件阻尼函数的阻尼响应来实施，作为优选的示例，例如调整2008年9月25日提交的发明人是William Golpe，Chandra S.Namuduri，Walter Cwycyshyn和Nikolai K.Moshchuk的美国专利申请12/238,078所述的阻尼器，该申请的公开内容在此通过参考合并到本文中，或者作为非限制性的进一步示例，例如调整1998年1月13日授予Kruckemeyer等人的转给本受让人的美国专利5,706,919中所公开的阻尼器，该专利所公开的内容在此通过参考并入本文。

根据前面的描述，可以看到根据本发明所述的方法能够合成非线性压缩阻尼曲线，从而当行驶在产生最大车轮位移的道路上时更有效地控制悬架动作，同时维持正常道路上的良好驾乘品质。有利的是，本发明提供了：1)渐进式阻尼(通过仿真和车辆测试)将成为一种在多个车轮高速事件(例如凹坑)下减少结构载荷以及车轮行程的有效方法，2)基于四分之一车辆非线性机械系统模型的分析方法，它能用于产生优化压缩阻尼曲线，该曲线随后能被调整以用于车辆生产。

对于本发明所属领域的技术人员来说，上述描述的优选实施例可以进行变型或修改。这种变型和修改可以在不脱离本发明范围的情况下实施，所述变型和修改仅由所附权利要求的范围限定。

Claims (10)

1.一种基于渐进式优化约束事件阻尼函数提供车轮组件相对于簧载车身的阻尼器渐进式优化约束阻尼响应的方法，其适用于多个震跳事件，包括以下步骤：

确定作用于车轮组件的车轮中心的第一阻尼力的第一曲线，其适用于低于实质上预定车轮中心速度u₁的车轮中心速度；

对于所述多个震跳事件中的每个震跳事件，获得由车轮中心的至少一个预定运动方程产生的渐进式优化约束事件阻尼函数的第二曲线，其中应用于至少一个预定方程的条件包括：没有初始外力作用于车轮组件、当车轮组件的初始速度为U₀时车轮中心的初始位移为x₀、在车轮中心从速度U₀到预定车轮中心速度u₂的减速过程中作用于车轮中心的合力实质上恒定；其中实质上恒定的合力与车轮中心的确定的行程长度相关，使得当车轮中心在确定的行程长度时，车轮组件速度为零、第一阻尼力为零、并且悬架弹簧被压缩所述确定的行程长度，悬架弹力由此等于实质上恒定的合力，并且当车轮中心在位移x₀处时，车轮组件速度为U₀，并且悬架弹簧被压缩x₀；

对于每个震跳事件，获得穿过第二曲线的初始车轮中心速度的低包络曲线；

将低包络曲线与所述第一曲线结合以获得适用于多个震跳事件的渐进式优化约束事件阻尼函数；并且

调整阻尼器响应于所述渐进式优化约束事件阻尼函数的阻尼响应。

2.根据权利要求1的方法，其中u₁实质上等于2.0m/s。

3.根据权利要求1的方法，其中所述运动方程由一自由度非线性机械系统模型得出。

4.根据权利要求3的方法，其中第一车轮组件速度被定义为u₁，第二车轮组件速度被定义为u₂，其中u₂＞u₁，第二阻尼力被定义为Φ₁(y)，悬架弹力被定义为F(x)，所述方法还包括以下步骤：

确定包括下列各项的参数：车轮组件的质量m；车轮组件的初始速度U₀；当速度为U₀时车轮组件相对于预定基准的位置x₀；

其中，

其中对于相对于预定基准的任一车轮组件速度y，其中y≥u₂，所述参数与相关。

5.根据权利要求4的方法，其中在第一车轮组件速度u₁处的第一阻尼力与第二车轮组件速度u₂处的第二阻尼力之间提供平滑连续的阻尼力变换。

6.根据权利要求5的方法，其中阻尼器的渐进式优化约束事件阻尼函数被定义为Ω(y)并具有以下的形式：

其中step是具有从速度u₁处的到速度u₂处的Φ₁(y)的平滑连续变换的阻尼力变换函数；并且

其中对于预定的比率r，使得所述y＝v/r，v是阻尼器相对于预定基准的速度，作为阻尼器速度v的函数的渐进式优化约束事件阻尼函数Ψ(v)由关系

给出。

7.根据权利要求6的方法，其中x是车轮组件相对于预定基准的位置，并且

其中预定的实质上恒定的合力C₁针对任意的y≥u₂被确定，包括步骤：

结合用于确定的u₂的Ω(y)来数值求解车轮组件相对于预定范围的簧载质量载荷的簧载质量的运动方程，其中运动方程包括：

$m\stackrel{\·\·}{x}+F\left(x\right)+\mathrm{\Φ}\left(\stackrel{\·}{x}\right)=0,x\left(0\right)=x_0,\stackrel{\·}{x}\left(0\right)=U_0;$ 并且

在对应于C₁的

时确定簧载质量载荷的最小值。

8.根据权利要求7的方法，其中u₁实质上等于2.0m/s。

9.一种基于渐进式优化约束事件阻尼函数提供车轮组件相对于簧载车身的阻尼器渐进式优化约束阻尼响应的方法，其适用于多个震跳事件，包括下述步骤：

确定作用于车轮组件的车轮中心的第一阻尼力的第一曲线，其适用于低于实质上预定车轮中心速度u₁的车轮中心速度；

对于多个所述震跳事件中的每个振动事件，获得由一自由度非线性机械系统模型的车轮中心运动方程产生的渐进式优化约束事件阻尼函数的第二曲线，其中应用于所述方程的条件包括：没有初始外力作用于车轮组件、当车轮组件的初始速度为U₀时车轮中心的初始位移为x₀、在车轮中心从速度U₀到预定车轮中心速度u₂的减速过程中作用于车轮中心的合力实质上恒定；其中实质上恒定的合力与车轮中心的确定的行程长度相关，使得当车轮中心在确定的行程长度时，车轮组件速度为零、第一阻尼力为零、并且悬架弹簧被压缩所述确定的行程长度，悬架弹力由此等于实质上恒定的合力，并且当车轮中心在位移x₀处时，车轮组件速度为U₀，并且悬架弹簧被压缩x₀；

对于每个震跳事件，获得穿过第二曲线的初始车轮中心速度的低包络曲线；

将低包络曲线与所述第一曲线结合以获得适用于多个震跳事件的渐进式优化约束事件阻尼函数；并且

调整阻尼器响应于所述渐进式优化约束事件阻尼函数的阻尼响应。

10.一种基于渐进式优化约束事件阻尼函数提供车轮组件相对于簧载车身的阻尼器渐进式优化约束阻尼响应的方法，其适用于多个震跳事件，包括下述步骤：

确定作用于车轮组件的车轮中心的第一阻尼力的第一曲线，其适用于低于实质上预定车轮中心速度u₁的车轮中心速度；

对于多个所述震跳事件中的每个振动事件，获得由四分之一车辆非线性机械系统模型的车轮中心运动方程产生的渐进式优化约束事件阻尼函数的第二曲线，其中应用于所述方程的条件包括：没有初始外力作用于车轮组件、当车轮组件的初始速度为U₀时车轮中心的初始位移为x₀、在车轮中心从速度U₀到预定车轮中心速度u₂的减速过程中作用于车轮中心的合力实质上恒定；其中实质上恒定的合力与车轮中心的确定的行程长度相关，使得当车轮中心在确定的行程长度时，车轮组件速度为零、第一阻尼力为零、并且悬架弹簧被压缩所述确定的行程长度，悬架弹力由此等于实质上恒定的合力，并且当车轮中心在位移x₀处时，车轮组件速度为U₀，并且悬架弹簧被压缩x₀；

对于每个震跳事件，获得穿过第二曲线的初始车轮中心速度的低包络曲线；

将低包络曲线与所述第一曲线结合以获得适用于多个震跳事件的渐进式优化约束事件阻尼函数；并且

调整阻尼器响应于所述渐进式优化约束事件阻尼函数的阻尼响应。

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