DE102008050084B3 - High frequency excitation compensating method for telescopic vibration damper of motor vehicle, involves deforming upper piezoelectric actuator against lower piezoelectric actuator, when mechanical force acts on lower actuator - Google Patents

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Abstract

The method involves connecting an upper piezoelectric actuator (6) of a vibration damper (1) i.e. telescopic vibration damper, with a lower piezoelectric actuator (7), where an electrical voltage resulting by force application in the lower actuator forms an input variable for the electrical voltage that is supplied to the upper actuator. The upper actuator is deformed against the lower actuator when a mechanical force acts on the lower actuator. Deformation of the upper actuator is produced by the electrical voltage outgoing from the lower actuator. An independent claim is also included for a vibration damper of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensierung von hochfrequenten Anregungen bei einem Teleskopschwingungsdämpfer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einen entsprechenden Schwingungsdämpfer.The The invention relates to a method for compensating high-frequency Suggestions in a telescopic vibration damper according to the features of the claim 1 and a corresponding vibration damper.

Die DE 103 16 950 A1 beschreibt einen gattungsmäßigen Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge. Hierbei wirkt ein ein Piezoelement enthaltender Aktuator auf ein druckabhängiges Dämpfungsventil des Kolbens und beeinflusst so die Dämpfungswirkung des Ventils. Dabei ist der das Dämpfungsventil beaufschlagende Aktuator ringförmig um die Kolbenstange des Schwingungsdämpfers angeordnet. Hierbei wird der Kolben mit dem Aktuator an der Kolbenstange verspannt.The DE 103 16 950 A1 describes a generic vibration damper for motor vehicles. In this case, an actuator containing a piezoelectric element acts on a pressure-dependent damping valve of the piston and thus influences the damping effect of the valve. In this case, the actuator acting on the damping valve is arranged annularly around the piston rod of the vibration damper. Here, the piston is clamped to the actuator on the piston rod.

Die DE 41 93 093 C2 beschreibt ebenfalls einen Schwingungsdämpfer zum Dämpfen der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus, der eine Arbeitskammer mit zwei Abteilungen bildende Zylinder aufweist, weil im Zylinder ein auf einer Kolbenstange angeordneter Kolben vorgesehen ist, der mit mehreren Kanälen zur Verbindung der beiden Abteilungen der Arbeitskammer versehen ist. Hierbei ist ein piezoelektrisches Element jeweils direkt und fest mit der dem Kolben abgekehrten Fläche der Ventilscheibe verbunden und übt in Abhängigkeit eines elektrischen Signals eine Biegekraft auf die Ventilscheibe aus, worüber der Übertritt von Dämpferflüssigkeit durch die Kanäle gesteuert wird.The DE 41 93 093 C2 also describes a vibration damper for damping movement of a vehicle body having a working chamber with two-part forming cylinders, because there is provided in the cylinder a piston arranged on a piston rod provided with a plurality of passages for connecting the two compartments of the working chamber. In this case, a piezoelectric element is in each case directly and firmly connected to the surface of the valve disc facing away from the piston and exerts a bending force on the valve disc as a function of an electrical signal, by means of which the passage of damper fluid through the channels is controlled.

Die DE 39 17 716 A1 beschreibt ebenfalls einen Stoßdämpfer für ein Kraftfahrzeug, dessen Zylinder durch einen Kolben in zwei mit einem Druckmedium gefüllte Arbeitskammern unterteilt wird, wobei zwischen den beiden Arbeitskammern ein Stellglied angeordnet ist und wobei das Stellglied von einer Steuereinrichtung, welche mit einer Stoßdämpferkühleinrichtung verbunden ist, angesteuert wird.The DE 39 17 716 A1 also describes a shock absorber for a motor vehicle, the cylinder is divided by a piston into two working chambers filled with a pressure medium, wherein between the two working chambers, an actuator is arranged and wherein the actuator is controlled by a control device which is connected to a shock absorber cooling means.

Ein Schwingungsdämpfer dient bei Kraftfahrzeugen dazu, die Schwingungen der ungefederten Massen zu unterdrücken bzw. schnell abklingen zu lassen. In der Regel werden durch den an einer Kolbenstange in einem ölbefüllten Zylinder geführten Kolben niederfrequente Anregungen von der Fahrbahn gedämpft. Bei höherfrequenten Schwingungen folgt eine Dämpfung durch die Anbindung des Schwingungsdämpfers im Rahmen des so genannten ”Top Mount”. Hierbei handelt es sich um ein Gummi-Metall-Lager, das die entsprechenden höherfrequenten Schwingungen filtert. Ab einem bestimmten Frequenzbereich, insbesondere bei Frequenzen von über 100 Hz, sind die Schwingungen von Fahrzeuginsassen kaum oder auch gar nicht mehr spürbar.One vibration used in motor vehicles, the vibrations of the unsprung masses to suppress or to let it fade away quickly. In general, by the on a piston rod in an oil-filled cylinder guided piston Low-frequency stimuli dampened from the road. At higher frequency vibrations follows a damping through the connection of the vibration damper in the context of the so-called "top mount". in this connection it is a rubber-metal bearing, which is the corresponding one higher frequency Vibration filters. From a certain frequency range, in particular at frequencies of over 100 Hz, the vibrations of vehicle occupants are hardly or even no longer noticeable.

Jedoch äußern diese sich für Schwingungsdämpfer hochfrequenten Schwingungen in Form von Geräuschen.However, these express for vibration high-frequency vibrations in the form of noises.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Geräuschkompensation und Filterung von hochfrequenten Schwingungen bei Schwingungsdämpfern sowie einen Schwingungsdämpfer mit diesen Eigenschaften aufzuzeigen.Of the Invention is based on the object, a method for noise compensation and filtering of high - frequency vibrations in vibration dampers as well as a vibration damper with to show these characteristics.

Das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 löst diese Aufgabe dadurch, dass bei einem fluidgefüllten Teleskopschwingungsdämpfer auf einer Oberseite und einer Unterseite jeweils ein piezoelektrischer Aktor angeordnet ist. Der untere Aktor steht in elektrischem Wirkzusammenhang mit dem oberen Aktor. Der untere Aktor dient gewissermaßen als Sensor, der unter dem Einfluss einer Kraft eine elektrische Spannung erzeugt, die ein Eingangssignal für den oberen Aktor bildet. Der obere Aktor verformt sich auf Basis der angelegten Spannung nach dem piezoelektrischen Prinzip und führt eine gegensätzliche Bewegung zum unteren Aktor aus. Diese Verformung unter Bewegung des oberen Aktors wird auf das Fluid, insbesondere auf das Öl, oberhalb des Trennkolbens übertragen. Die Kopplung zwischen unterem und oberem Aktor bewirkt somit, dass eine gegenläufige mechanische Bewegung und damit Dämpfung oder Kompensation der auf den unteren Aktor einwirkenden, zeitveränderlichen mechanischen Kraft erfolgt.The Method with the features of claim 1 solves this Task in that in a fluid-filled telescopic vibration damper on an upper side and a lower side each a piezoelectric Actuator is arranged. The lower actuator is in electrical connection with the upper actuator. The lower actuator serves as a kind of Sensor that under the influence of a force an electrical voltage generated, which forms an input signal for the upper actuator. The upper actuator deforms based on the applied voltage according to the piezoelectric principle and performs an opposite Movement to the lower actuator off. This deformation under motion the upper actuator is on the fluid, especially on the oil, above transferred to the separating piston. The coupling between lower and upper actuator thus causes that an opposite one mechanical movement and thus damping or compensation of the acting on the lower actuator, time-variant mechanical force occurs.

Bei der Erfindung wird der direkte Piezoeffekt, bei welchem durch mechanischen Druck eine elektrische Spannung entsteht, mit dem inversen Piezoeffekt kombiniert, durch welchen eine Verformung bei Anlegen einer elektrischen Spannung erzeugt wird. Der Vorteil der Erfindung ist, dass mit diesem Verfahren auch sehr hochfrequente Schwingungen bei kleinen Amplituden gefiltert, d. h. insbesondere gedämpft und kompensiert, werden können. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Geräuschkompensation aus. Zudem ist das Funktionsprinzip gerade bei direkter Kopplung der oberen und unteren Aktoren ohne zusätzliche Stromversorgung sehr robust, einfach im Aufbau, leicht und wartungsfrei.at The invention is the direct piezo effect, in which by mechanical Pressure creates an electrical voltage, with the inverse piezoelectric effect combined, by which a deformation when applying an electric Voltage is generated. The advantage of the invention is that with this method also very high-frequency oscillations filtered at low amplitudes, d. H. especially steamed and compensated, can be. This has a very beneficial effect on the noise compensation. moreover is the operating principle especially with direct coupling of the upper and lower actuators without additional Power supply very robust, simple in construction, light and maintenance-free.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die Verformung des oberen Aktors durch die vom unteren Aktor ausgehende elektrische Spannung erzeugt wird. Zusätzlich kann jedoch eine Steuerungseinheit vorgesehen sein, mittels welcher die Verformungen des oberen Aktors in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung des unteren Aktors gesteuert werden. Das heißt nicht, dass die Spannung des unteren Aktors unmittelbar am oberen Aktor anliegt, sondern dass die Spannung des unteren Aktors lediglich eine Eingangsgröße für eine dem oberen Aktor zuführbare elektrische Spannung bildet. Hierzu kann eine zusätzliche Spannungsquelle vorgesehen sein. Die Steuerungseinheit steuert dabei die Spannungszufuhr zum oberen Aktor.In principle, it is possible for the deformation of the upper actuator to be generated by the electrical voltage originating from the lower actuator. In addition, however, a control unit may be provided by means of which the deformations of the upper actuator are controlled as a function of an electrical voltage of the lower actuator. This does not mean that the voltage of the lower actuator is applied directly to the upper actuator, but that the voltage of the lower actuator forms only an input to an upper actuator supplyable voltage. For this purpose, an additional voltage source can be provided. The Control unit controls the voltage supply to the upper actuator.

Entscheidend hierbei ist, dass der obere Aktor eine gegensätzliche Bewegung zum unteren Aktor ausführt, um die Schwingungsfilterung bzw. die Dämpfung oder Kompensation durchführen zu können. Bei den piezoelektrischen Aktoren kann es sich zur Vergrößerung des Piezoeffekts um so genannte Piezostacks handeln, d. h. um gestapelte Anordnungen, um einerseits die elektrische Spannung, die am unteren Aktor entsteht, zu vergrößern, andererseits aber auch, um die Amplitude bei der Verformung des oberen Aktors zu vergrößern. Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, mehrere obere und mehrere untere Aktoren vorzusehen. Insbesondere ist es denkbar, in Zusammenarbeit mit einer Steuerungseinheit mehrere obere Aktoren vorzusehen, wobei die Steuerungseinheit direkt die elektrische Spannung bzw. die Leistung des unteren Aktors verstärkt und auf mehrere obere Aktoren verteilt.critical In this case, the upper actuator is an opposing movement to the lower one Actor executes, to perform the vibration filtering or the damping or compensation can. In the piezoelectric actuators, it may be to increase the Piezo effect to act so-called piezo stacks, d. H. stacked around Arrangements, on the one hand, the electrical voltage, the lower Actuator arises to enlarge, but on the other hand also to increase the amplitude in the deformation of the upper actuator. It is possible within the scope of the invention, provide multiple upper and lower actuators. Especially It is conceivable, in cooperation with a control unit several provide upper actuators, the control unit directly the electrical voltage or the power of the lower actuator amplified and distributed over several upper actuators.

Ein Schwingungsdämpfer, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, ist Gegenstand des Patentanspruchs 5.One vibration dampers, with which the inventive method feasible is the subject of claim 5.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:The The invention will be described below with reference to the schematic drawings illustrated embodiments explained in more detail. It shows:

1 im Längsschnitt eine stark vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Schwingungsdämpfers und 1 in longitudinal section a greatly simplified representation of a first embodiment of a vibration damper and

2 im Längsschnitt eine stark vereinfachte Ausführungsform eines zweiten, erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers. 2 in longitudinal section a greatly simplified embodiment of a second, inventive vibration damper.

1 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1 in Einrohr-Bauweise. Der Schwingungsdämpfer 1 entspricht der Bauform eines Teleskopschwingungsdämpfers und wandelt Schwingungsenergie der Aufbau- und Radschwingungen in Wärme um. Der Schwingungsdämpfer ist in nicht näher dargestellter Weise am Aufbau eines Kraftfahrzeugs und an einer Achse mit elastischen Lagern zur Geräuschisolation befestigt. 1 shows a vibration damper 1 in single-tube construction. The vibration damper 1 corresponds to the design of a telescopic vibration damper and converts the vibration energy of the body and wheel vibrations into heat. The vibration damper is mounted in a manner not shown on the structure of a motor vehicle and on an axle with elastic bearings for noise isolation.

Der Schwingungsdämpfer 1 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 2 mit einem translatorisch verlagerbaren Trennkolben 3. Das Gehäuse 2 ist größtenteils mit Öl 4 gefüllt, das sich beiderseits des Trennkolbens 3 befindet. Oberhalb des Öls befindet sich ein Druckpolster aus Gas 5.The vibration damper 1 includes a cylindrical housing 2 with a translationally movable separating piston 3 , The housing 2 is mostly with oil 4 filled, located on both sides of the separating piston 3 located. Above the oil is a pressure cushion made of gas 5 ,

Entscheidend bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer ist, dass auf einer Oberseite des Trennkolbens 3 ein oberer piezoelektrischer Aktor angeordnet ist und dass auf einer Unterseite des Trennkolbens 3 ein unterer piezoelektrischer Aktor 7 angeordnet ist. Der untere Aktor 7 dient gewissermaßen als Sensor für den oberen Aktor 6. Hierzu sind die Aktoren 6, 7 unter Zwischenschaltung einer Steuereinheit 8 miteinander gekoppelt. Die Steuereinheit 8 empfängt eine durch Schwingungen, d. h. durch mechanische Krafteinwirkung, am unteren Aktor 7 entstehende elektrische Spannung als Eingangssignal und leitet diese an den oberen Aktor 6 weiter, der somit in elektrischem Wirkzusammenhang mit dem unteren Aktor 7 steht und eine gegensätzliche Schwingung zum unteren Aktor 7 erzeugt. Dadurch können bei geringen Amplituden bis 0,1 mm in Z-Richtung in einem Frequenzbereich von 100 bis 1.000 Hz gefiltert, d. h. gedämpft oder sogar kompensiert, werden.Decisive in the vibration damper according to the invention is that on an upper side of the separating piston 3 an upper piezoelectric actuator is arranged and that on an underside of the separating piston 3 a lower piezoelectric actuator 7 is arranged. The lower actuator 7 serves as a kind of sensor for the upper actuator 6 , These are the actuators 6 . 7 with the interposition of a control unit 8th coupled together. The control unit 8th receives one by vibrations, ie by mechanical force, at the lower actuator 7 resulting electrical voltage as an input signal and passes it to the upper actuator 6 weiter, thus in electrical connection with the lower actuator 7 stands and an opposite vibration to the lower actor 7 generated. As a result, at low amplitudes of up to 0.1 mm in the Z direction in a frequency range from 100 to 1000 Hz, filtered, ie attenuated or even compensated, can be filtered.

Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von demjenigen der 1 dadurch, dass die Steuereinheit 8 eine externe Spannungsquelle 9 bildet, welche eine elektrische Spannung für den oberen Aktor 6 liefert. Die Eingangsgröße für die am oberen Aktor 6 anliegende elektrische Spannung ist wiederum die elektrische Spannung, die vom unteren Aktor 7 erzeugt wird.The embodiment of 2 is different from the one of 1 in that the control unit 8th an external power source 9 forms, which is an electrical voltage for the upper actuator 6 supplies. The input quantity for the upper actuator 6 applied voltage is in turn the electrical voltage from the lower actuator 7 is produced.

11
Schwingungsdämpfervibration
22
Gehäusecasing
33
Trennkolbenseparating piston
44
Öloil
55
Gasgas
66
oberer Aktorupper actuator
77
unterer Aktorlower actuator
88th
Steuereinheitcontrol unit
99
Spannungsquellevoltage source

Claims (8)

Verfahren zur Kompensierung von hochfrequenten Anregungen eines Schwingungsdämpfers (1), bei welchem ein Trennkolben (3) des fluidgefüllten Schwingungsdämpfers (1) auf seiner Oberseite einen oberen piezoelektrischen Aktor (6) und auf seiner Unterseite einen unteren piezoelektrischen Aktor (7) aufweist, wobei der obere Aktor (6) mit dem unteren Aktor (7) in elektrischem Wirkzusammenhang steht, wobei eine durch Krafteinwirkung im unteren Aktor (7) entstehende elektrische Spannung eine Eingangsgröße für eine dem oberen Aktor (6) zuführbare elektrische Spannung bildet und wobei sich der obere Aktor (6) entgegengesetzt zum unteren Aktor (7) verformt, wenn auf den unteren Aktor (7) eine mechanische Kraft einwirkt.Method for compensating high-frequency excitations of a vibration damper ( 1 ), in which a separating piston ( 3 ) of the fluid-filled vibration damper ( 1 ) on its upper side an upper piezoelectric actuator ( 6 ) and on its underside a lower piezoelectric actuator ( 7 ), wherein the upper actuator ( 6 ) with the lower actuator ( 7 ) is in an electrical context, one by force in the lower actuator ( 7 ), an input variable for an upper actuator ( 6 ) forms deliverable electrical voltage and wherein the upper actuator ( 6 ) opposite to the lower actuator ( 7 ) deformed when on the lower actuator ( 7 ) a mechanical force acts. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des oberen Aktors (6) durch die vom unteren Aktor (7) ausgehende elektrische Spannung erzeugt wird.A method according to claim 1, characterized in that the deformation of the upper actuator ( 6 ) by the lower actuator ( 7 ) outgoing electrical voltage is generated. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinheit (8) vorgesehen ist, mittels welcher die Verformungen des oberen Aktors (6) in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung des unteren Aktors (7) gesteuert werden.Method according to claim 2, characterized in that a control unit ( 8th ) is provided, by means of which the deformations of the upper actuator ( 6 ) in dependence on an electrical voltage of the lower actuator ( 7 ) to be controlled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Aktor (6) eine zeitlich veränderte Kraft auf den unteren Aktor (7) durch gegensätzlich Bewegung dämpft oder kompensiert.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the upper actuator ( 6 ) a time-varying force on the lower actuator ( 7 ) by opposing motion damped or compensated. Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Trennkolben (3) eines fluidgefüllten Schwingungsdämpfers (1) in Teleskopbauweise auf seiner Oberseite einen oberen piezoelektrischen Aktor (6) und auf seiner Unterseite einen unteren piezoelektrischen Aktor (7) aufweist, wobei der obere Aktor (6) mit dem unteren Aktor (7) in elektrischem Wirkzusammenhang steht, wobei eine durch Krafteinwirkung im unteren Aktor (7) entstehende elektrische Spannung eine Eingangsgröße für eine dem oberen Aktor (6) zuführbare elektrische Spannung bildet.Vibration damper for a motor vehicle, in which a separating piston ( 3 ) of a fluid-filled vibration damper ( 1 ) in telescopic construction on its upper side an upper piezoelectric actuator ( 6 ) and on its underside a lower piezoelectric actuator ( 7 ), wherein the upper actuator ( 6 ) with the lower actuator ( 7 ) is in an electrical context, one by force in the lower actuator ( 7 ), an input variable for an upper actuator ( 6 ) forms deliverable electrical voltage. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im unteren Aktor (7) erzeugbare elektrische Spannung über eine elektrische Leitung unmittelbar am oberen Aktor (6) anliegt.Vibration damper according to claim 5, characterized in that in the lower actuator ( 7 ) can be generated via an electrical line directly on the upper actuator ( 6 ) is present. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinheit (8) vorgesehen ist, mittels welcher Verformungen des oberen Aktors (6) in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung des unteren Aktors (7) steuerbar sind.Vibration damper according to claim 5, characterized in that a control unit ( 8th ) is provided by means of which deformations of the upper actuator ( 6 ) in dependence on an electrical voltage of the lower actuator ( 7 ) are controllable. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine externe Spannungsquelle (9) vorgesehen ist, welche eine elektrische Spannung für den oberen Aktor (6) liefert.Vibration damper according to claim 7, characterized in that an external voltage source ( 9 ) is provided which an electrical voltage for the upper actuator ( 6 ).
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