CN110466286A - 设置有压电间隔件的车轮轮毂组件 - Google Patents

设置有压电间隔件的车轮轮毂组件 Download PDF

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Abstract

设置有压电间隔件的车轮轮毂组件。车轮轮毂组件(10)包括能够旋转的轮毂(20)和轴承单元(30)，轴承单元(30)进而包括径向外圈(31)、径向内圈(34)和多个滚动体(32、33)。车轮轮毂组件(10)与机动车辆悬架的关节(60)之间的轴向界面包括至少一个压电间隔件(51、52)，所述压电间隔件(51、52)被构造成用于检测来自所述车轮轮毂组件(10)的部件的第一机械振动，并且用于实施由振幅大致相等但相和方向相反的第二机械振动构成的矫正动作，使得第一机械振动和第二机械振动的合接近于零。

Description

设置有压电间隔件的车轮轮毂组件
技术领域
本发明涉及车轮轮毂组件，其包括在径向上配置在连接到机动车辆车轮的一部分的轮毂与连接到机动车辆车身的部件(例如，悬架关节)之间的轴承单元。轴承单元包括至少一个内圈和至少一个外圈，在内圈与外圈之间，配置有至少一列滚动体。车轮轮毂组件还设置有一个或多个压电间隔件，用于有源地控制从机动车辆的车轮向所述机动车辆的车身传递的振动和噪音。
尽管是非排他的，但是本发明特别适用于机动车辆的车轮轮毂组件，所述组件设置有滚动轴承。这些应用包括如下两种情况：轴承的外圈正在旋转，而轴承的内圈固定的情况，以及内圈旋转而外圈固定的相反情况。本发明还适用于任意类型的滚动体(球、滚子、圆锥滚子等)。
背景技术
车轮轮毂组件本质上具有可旋转地支撑驱动车轮或通过机动车辆的轴而运行(operate)的非驱动车轮的功能，并且对本领域技术人员是熟知的。
还已知的是，噪音和振动控制是确保机动车辆中的舒适性的主要特性之一。在机动车辆内部感知到的噪音和振动源有许多，但是主要的噪音和振动源被认定为是发动机、移动变速箱组件和路面。
现如今，由发动机产生的噪音越来越不明显，并且在大多数驾驶条件下在机动车辆内部听不到。随着机动车辆中的各种部件的逐渐电气化，与移动变速箱系统相关联的其它噪音源实质上也已经消失。因此，主要的噪音和振动源剩下的是由轮胎在路面上的滚动移动产生的噪音。特别地，主要归因于路面的不平整的较高频率的振动无法通过机动车辆的悬架系统来有效地抑制，并且可能会大大地有助于机动车辆内部的噪音等级。
事实上，当前使用的悬架系统可以仅过滤掉低频率的振动分量，因此在声音频谱内的振动通常可以到达机动车辆乘客舱，并且最终转换为取决于振动结构的表面的频谱和效率(efficiency)的噪音。
一种解决该问题的方式是阻断振动传播路径。这并不容易，然而：事实上，由于悬架系统的结构要求适当机械性能，所以不能使用在声频范围有效的高弹性材料。
因此，对设计出设置有如下新型系统的车轮轮毂组件存在需求：该新型系统能够防止振动的传播，并且不具有前述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供具有如下特性的车轮轮毂组件：该特性能够补偿特别是在车轮轮毂组件的运行期间发生且本质上归因于路面的不平整的振动。
本发明所采用的方法是引入用于有源地控制振动的系统。这种类型的系统通过使用波干涉原理而运行。如果传感器读取出电磁波形式的信号，则致动器可以生成振幅相等但相(phase)和方向相反的电磁波，使得波的总和尽可能接近于零。
可以例如在位于径向外圈与悬架的关节(knuckle)之间的界面处，借助于通过利用压电材料的基本特性而同时用作传感器和致动器的压电间隔件，应用该原理。用于实施最适当的反馈逻辑的控制单元是必须的。压电致动器必须定位在位于径向外圈与悬架关节之间的各界面处，以便避免结构的两个侧面之间的任何直接接触。
因此，本发明在于，在位于车轮轮毂组件与悬架关节之间的界面处插入压电间隔件。间隔件用于测量振动，并且用于引入对振动实施有源控制的反力。以这种方式，防止了所提及的机械振动朝向机动车辆内部传播。换言之，压电间隔件检测来自车轮轮毂轴承的部件的第一机械振动，并且实施由振幅实质上相同但相和方向相反的第二机械振动构成的矫正动作，使得第一机械振动和第二机械振动的合(resultant)接近于零。
因此，根据本发明，提供设置有至少一个如下压电间隔件的车轮轮毂组件：该压电间隔件具有所附独立方案中记载的特有特征。
根据所附从属方案中揭示的特有特征，描述本发明的其它优选和/或特别有利的实施方式。
附图说明
现在将参照例示了本发明的实施方式的非限制性示例的附图描述本发明，在附图中：
–图1是穿过根据本发明的实施方式的车轮轮毂组件的截面图；和
–图2是图1的以较大的比例放大的细节。
具体实施方式
现在参照前述的图，用10总体上表示根据本发明的优选实施方式的车轮轮毂组件。如在前序部分中提及的，本发明不仅能够适用于下述构造，而且还能够更普遍地适用于机动车辆的任意车轮轮毂组件。
单元10包括轮毂20和轴承单元30，轮毂20优选但非必须是可旋转的。轮毂20被构造为还承担轴承的内滚动圈的功能。在整个本说明书和权利要求书中，表示位置和方位的诸如“径向”和“轴向”等的术语和表述应当理解为是以轴承单元30的中央旋转轴线X为基准。而诸如“轴向(靠)外”和“轴向(靠)内”等的表述是指组装好的状态，并且在具体的情况下，优选分别是指车轮侧和车轮侧的相反侧。
轴承单元30包括径向外圈31，径向外圈31优选但不一定是静止的，并且设置有用于与机动车辆悬架的关节60接合在一起的凸缘31a和相应的径向外滚道。轴承单元30还包括：至少一个可旋转的径向内圈20、34，其设置有相应的径向内滚道；以及两列滚动体32、33，在该示例中，为球。轴向靠外那列的滚动体32配置在径向外圈31与具有径向内圈功能的轮毂20之间，而轴向靠内那列的滚动体33配置在径向外圈31与径向内圈34之间。为了更容易说明起见，将使用附图标记32、33来识别单个球和成列的球这两者，特别地，32将表示轴向靠外那列的球或单个球，而33将表示轴向靠内那列的球或单个球。再次地，为了简化起见，作为示例，在本说明书和附图中，可以使用术语“球”，而非更通用的术语“滚动体”(同样地，还将使用相同的附图标记)。将始终理解的是，代替球，可以使用任意其它滚动体(例如，滚子、圆锥滚子、滚针滚子等)。
根据本发明的未示出但可以通过上述容易得到的优选实施方式，径向外圈31还可以是旋转圈，而径向内圈还可以是静止圈。
多列的滚动体32、33通过对应的保持架39、40保持就位。
轮毂20在其轴向内端处限定出卷边(rolled edge)22，卷边22被构造为沿轴向对内圈34预加压(/预紧)(preload)。轮毂20还具有轴向外凸缘部23。
车轮轮毂组件10设置有至少一个压电间隔件(piezoelectric spacer)51、52，用于有源地(actively)控制振动。压电间隔件可以是垫圈、实心盘、板的形式，或者在任意情况下，可以具有适于在其所位于的界面中建立中断的任意形式。特别地，参照图2，可以注意到压电间隔件51、52是如何定位在位于径向外圈31的凸缘31a与机动车辆悬架的关节60的前表面61、62之间的界面的。所提供的图示出了借助于压电间隔件有源地控制振动的优选配置。基于与配置在车轮轮毂组件与悬架关节之间、配置在界面处的压电装置相同的构思，可以限定其它配置，取决于所述界面的设计。
根据本发明，能够阻断机械振动沿着机动车辆的悬架系统的结构、在位于车轮轮毂组件(在所描述的示例中，为径向外圈)与悬架关节之间的界面处传递。由此，通过在其间配置具有有源控制振动功能的压电材料的层，建立了中断。压电间隔件测量振动的波形，并且实施(implement)振幅几乎相等但相和方向相反的信号，使得总信号几乎等于零。因此，可以抑制来自位于这些压电间隔件上游的部件的机械振动，并且该振动不再到达机动车辆的乘客舱，因而避免了可能由车辆的乘坐者感知到的噪音的潜在生成。
优选地，本发明可以通过有利地使用压电装置的两个重要特性而实现。
第一个特性是作为近些年在压电致动器领域取得的主要成功之一的自动检测能力。事实上，压电间隔件对例如机械振动等的机械输入作出反应，从而产生作为其输出的电压。这称作“正压电效应”，并且在该模式下，压电间隔件用作传感器。反之亦然，例如电压等的电学输入产生例如变形等的机械输出。这称作“逆压电效应”，并且在该模式下，压电间隔件用作致动器。可以通过将压电间隔件分成两个部分，一个部分用于检测，另一个部分用于致动，来获得这两种效应的组合。作为一种选择，能够对装置的行为建模。在因为整个表面均可以用于致动而比本申请中的第一种情况优先的该第二种情况下，应当构建模型，使得致动参数与信号获取参数之间存在足够的距离，即这两组参数必须不彼此影响。
第二个特性是沿着剪切方向产生机械输出的可能性。以这种方式，通过沿着剪切方向生成机械输出，压电材料允许图中所示的具体配置，以沿着作为垂直方向的主振动方向作用，从而考虑了因路面的不平整而作用于车轮的主干扰因素。由于图中所绘的材料的配置具有配置在径向外圈31的凸缘31a与关节60之间的间隔件的形式，所以振动的主方向应当大致平行于该元件的主平面(在附图中，为垂直平面)，即平行于车轮轮毂组件10与悬架的关节60之间的轴向界面。虽然沿着应力(扩张/压缩)的主方向起作用的较多传统压电致动器将能够仅对非常小的振动部件(沿着轴向的那些部件)作出反应，但是代替地，根据本发明，由于在所提出的配置中，将能够沿与主振动干扰相同的方向，即沿着相对于车轮轮毂组件和机动车辆自身垂直的轴线作用，所以由以剪切动作(shearing action)而起作用的材料制成的压电致动器能够克服该问题。
借助于未示出的特定控制单元控制车轮轮毂组件、特别是压电间隔件，该特定控制单元具有如下主要功能：
·检测通过压电间隔件的信号获取部传递的控制信号；
·实施控制逻辑；
·使压电间隔件的致动部致动。
本发明的主要优点是减少由路面生成、经由轮胎传递且在机动车辆乘客舱内部能够感知到的噪音分量。当用作传感器时，压电间隔件还可以用于测量施加于车轮的力的一些分量。
除了本发明的如上所述的实施方式以外，应当理解，数个其它变型是可能的。还必须应当理解，所述实施方式仅是示例，并且既不限制本发明的主题，也不限制其应用和其可能的构造。正相反，尽管以上提供的说明书能够使本领域技术人员至少以本发明的构造例中的一个构造例实施本发明，但是必须应当理解，在不脱离本发明的如所附权利要求书限定的、以字面含义解释和/或根据其法律等同解释的范围的情况下，所述部件的数个变型是可以的。

Claims (7)

1.一种用于机动车辆的车轮轮毂组件(10)，所述车轮轮毂组件(10)包括能够旋转的轮毂(20)和轴承单元(30)，所述轴承单元(30)具有径向外圈(31)、径向内圈(34)和多个滚动体(33)，所述车轮轮毂轴承(10)的特征在于，所述车轮轮毂轴承(10)与机动车辆悬架的关节(60)之间的轴向界面包括至少一个压电间隔件(51、52)，所述至少一个压电间隔件(51、52)被构造成用于检测来自所述车轮轮毂轴承(10)的部件的第一机械振动，并且用于实施由振幅大致相等但相和方向相反的第二机械振动构成的矫正动作，使得所述第一机械振动和所述第二机械振动的合接近于零。
2.根据权利要求1所述的车轮轮毂组件(10)，其特征在于，所述至少一个压电间隔件(51、52)定位在位于所述径向外圈(31)的凸缘(31a)与所述机动车辆悬架的关节(60)的前表面(61、62)之间的界面。
3.根据权利要求1或2所述的车轮轮毂组件(10)，其特征在于，所述至少一个压电间隔件(51、52)分为第一部分和第二部分，所述第一部分用于检测所述第一机械振动，所述第二部分用于响应于所述第一机械振动实施所述矫正动作。
4.根据权利要求1或2所述的车轮轮毂组件(10)，其特征在于，所述至少一个压电间隔件(51、52)被构造成允许沿着与位于所述车轮轮毂轴承(10)和所述关节(60)之间的轴向界面接触的整个接触面致动，并且被构造成以和实施所述矫正动作相关的参数与和检测所述第一机械振动相关的参数之间存在足够距离的方式被建模。
5.根据前述权利要求中任一项所述的车轮轮毂组件(10)，其特征在于，所述至少一个压电间隔件(51、52)被构造成沿平行于位于所述车轮轮毂轴承(10)与所述悬架的关节(60)之间的轴向界面的方向实施所述矫正动作。
6.根据前述权利要求中任一项所述的车轮轮毂组件(10)，其特征在于，所述至少一个压电间隔件(51、52)被成形为垫圈或实心盘或板。
7.根据前述权利要求中任一项所述的车轮轮毂组件(10)，其特征在于，所述至少一个压电间隔件(51、52)被构造成通过控制单元而运行，所述控制单元检测通过所述至少一个压电间隔件(51、52)传递的所述第一机械振动的信号、执行控制逻辑并实施由通过所述至少一个压电间隔件(51、52)发出的所述第二机械振动构成的矫正动作。
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