DE102011107143B4

DE102011107143B4 - Steifigkeitssteuerung unter Verwendung von intelligenten Aktuatoren

Info

Publication number: DE102011107143B4
Application number: DE102011107143.5A
Authority: DE
Inventors: Shivaram AC; Amol G. Thakare; Vidyashankar R. Buravalla; Srinivasan Suryanarayan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2031-07-15
Also published as: CN102343779A; US20120018962A1; CN102343779B; DE102011107143A1; US8313108B2

Abstract

Aktuatoranordnung (60), die umfasst: einen Aktuator (61) mit einem zylindrischen Aktuatorkörper (68), der mehrere betätigbare Finger (70) definiert, mehreren Reibungsblöcken (72), die jeweils mit einer inneren Oberfläche an einer äußeren Oberfläche eines jeweiligen Fingers (70) befestigt sind, einem Federhalter (74), der in dem zylindrischen Aktuatorkörper (68) angeordnet ist, und mehreren Federn (80) aus einer Formgedächtnislegierung, die vom Federhalter (74) gehalten sind und jeweils mit einer inneren Oberfläche eines jeweiligen Fingers (70) in Kontakt stehen; eine Muffe (62), die eine zylindrische innere Oberfläche (64) definiert und die mit ihrer zylindrischen inneren Oberfläche (64) über den zylindrischen Aktuatorkörper (68) geschoben ist; und einen Betätigungsmechanismus, der mit den Federn (80) aus der Formgedächtnislegierung verbunden ist, wobei eine Betätigung des Betätigungsmechanismus eine Ausdehnung der Federn (80) aus der Formgedächtnislegierung bewirkt; wobei äußere Oberflächen der Reibungsblöcke (72) und die zylindrische innere Oberfläche (64) der Muffe (62) eine gleitfähige Schnittstelle definieren, wenn der Betätigungsmechanismus nicht betätigt ist; und wobei die äußeren Oberflächen der Reibungsblöcke (72) gegen die zylindrische innere Oberfläche (64) der Muffe (62) geschoben werden, wenn der Betätigungsmechanismus betätigt ist, so dass die Bewegung der Muffe (62) relativ zum Aktuatorkörper (68) verhindert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steifigkeitssteuerung unter Verwendung von intelligenten Aktuatoren.
HINTERGRUND
Stabilitätssteuersysteme wie z. B. Fahrzeugfahrwerk- und Fahrzeugaufhängungssysteme verwenden Steifigkeitssteuerelemente mit Torsionsstäben, Stoßdämpfern und anderen Verbindungs- und Dämpfungsmechanismen, um die Fahrstabilität, den Fahrkomfort und das Schlingerverhalten des Fahrzeugs zu beeinflussen. Fahrsteueranforderungen für den Fahrkomfort, die Fahrzeughandhabung, die Fahrzeugstabilität und die Bodenhaltefähigkeit können signifikant variieren, wenn die Fahroberflächenzustände variieren, und passive Systeme sind im Bereich von variierenden Bedingungen, auf die das System ansprechen kann, begrenzt. Herkömmliche passive Querstabilisatortorsionsstäbe sind beispielsweise mit ausriechend Steifigkeit entworfen, um Fahrzeugschlingern Widerstand zu leisten, wenn es eine Kurve fährt, wobei sie zur Aufhängungshärte beitragen können, wenn das Fahrzeug keine Kurve fährt, und stellen daher eine nicht optimierte Steifigkeitssteuerlösung dar. Aktive oder halbaktive Systeme stehen zur Verfügung, die auf variierende Fahreigenschaften und Stabilitätssteueranforderungen ansprechen, mit zusätzlichen Kosten und zusätzlicher Komplexität. Aktive Querstabilisatoren können beispielsweise mit hydraulischen Aktuatoren oder elektromagnetischen Motoren konfiguriert sein, die kostspielig, komplex sind und zusätzliche Steuerungen und zusätzlichen Unterbringungsraum in einem Fahrzeug erfordern.
In der Druckschrift DE 10 2009 046 950 A1 ist eine Aktuatoranordnung mit einem Aktuator und einem Betätigungsmechanismus, der mit dem Aktuator verbunden ist, beschrieben. Die Aktuatoranordnung ist dabei als semiaktive Pendelstütze ausgeführt. Die Pendelstütze umfasst ein Außenrohr, in dem zumindest abschnittsweise ein Stangenelement geführt ist, um die Länge der Pendelstütze verändern zu können. In die Wandung des Außenrohrs der Pendelstütze ist der piezoelektrische Aktuator integriert, um ein kraftschlüssiges Blockieren zwischen dem Außenrohr und dem Stangenelement zu realisieren. Eine Betätigung des Betätigungsmechanismus bewirkt, dass eine Spannung an den Aktuator angelegt wird. Wenn der Betätigungsmechanismus nicht betätigt ist, definieren der Aktuator und das Stangenelement eine gleitfähige Schnittstelle. Wenn jedoch der Betätigungsmechanismus betätigt ist, dehnt sich der Aktuator in radialer Richtung nach innen aus, wodurch das Stangenelement geklemmt und ein Bewegung des Stangenelements verhindert wird.
Weitere Aktuatoranordnungen sind aus den Druckschriften US 2006/0 145 544 A1 , DE 103 29 037 A1 , DE 11 2005 003 567 T5 , US 5 967 268 A , US 6 491 291 B1 , DE 102 18 320 A1 und JP 2005 088 669 A bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine erfindungsgemäße Aktuatoranordnung umfasst einen Aktuator mit einem zylindrischen Aktuatorkörper, der mehrere betätigbare Finger definiert, mehreren Reibungsblöcken, die jeweils mit einer inneren Oberfläche an einer äußeren Oberfläche eines jeweiligen Fingers befestigt sind, einem Federhalter, der in dem zylindrischen Aktuatorkörper angeordnet ist, und mehreren Federn aus einer Formgedächtnislegierung, die vom Federhalter gehalten sind und jeweils mit einer inneren Oberfläche eines jeweiligen Fingers in Kontakt stehen. Ferner umfasst die Aktuatoranordnung eine Muffe, die eine zylindrische innere Oberfläche definiert und die mit ihrer zylindrischen inneren Oberfläche über den zylindrischen Aktuatorkörper geschoben ist. Ein Betätigungsmechanismus ist mit den Federn aus der Formgedächtnislegierung verbunden, wobei eine Betätigung des Betätigungsmechanismus eine Ausdehnung der Federn aus der Formgedächtnislegierung bewirkt. Die äußere Oberflächen der Reibungsblöcke und die zylindrische innere Oberfläche der Muffe definieren eine gleitfähige Schnittstelle, wenn der Betätigungsmechanismus nicht betätigt ist. Die äußeren Oberflächen der Reibungsblöcke werden gegen die zylindrische innere Oberfläche der Muffe geschoben, wenn der Betätigungsmechanismus betätigt ist, so dass die Bewegung der Muffe relativ zum Aktuatorkörper verhindert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines intelligenten Aktuators;
1B ist eine schematische perspektivische Ansicht des intelligenten Aktuators von 1A in auseinandergezogener Anordnung;
1C ist eine schematische perspektivische Ansicht des intelligenten Aktuators von 1A mit einer teilweisen detaillierten Schnittansicht der Aktuatorfinger;
2A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Federanordnung mit dem intelligenten Aktuator von 1A;
2B ist eine schematische Querschnittsdarstellung des Schnitts 2B-2B der Federanordnung von 2A;
3A ist eine schematische Darstellung des Federkraftweges der Federanordnung von 2A;
3B ist eine schematische Darstellung einer alternativen Konstruktion eines Federkraftweges mit intelligenten Aktuatoren;
4A ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Dämpfers in einer ausgedehnten Position mit einem intelligenten Aktuator in einem nicht betätigten Zustand;
4B ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Dämpfers in einer ausgedehnten Position mit einem intelligenten Aktuator in einem betätigten Zustand;
4C ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Dämpfers in einer komprimierten Position mit einem intelligenten Aktuator in einem nicht betätigten Zustand;
4D ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Dämpfers in einer komprimierten Position mit einem intelligenten Aktuator in einem betätigten Zustand;
5 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht einer Torsionsstabanordnung mit einer Drehmomentbegrenzeranordnung mit einem intelligenten Aktuator;
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Aufhängungsanordnung mit der Torsionsstabanordnung von 5;
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Drehmomentbegrenzeranordnung von 6 mit einer alternativen Konstruktion eines intelligenten Aktuators;
8A ist eine schematische perspektivische Ansicht des intelligenten Aktuators von 7;
8B ist eine schematische perspektivische Ansicht von 8A mit einer teilweisen Schnittansicht;
8C ist eine schematische Querschnittsdarstellung des Schnitts 8C-8C des intelligenten Aktuators von 8A;
9 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Drehmomentbegrenzeranordnung von 6 mit einer alternativen Konstruktion eines intelligenten Aktuators;
10A ist eine schematische perspektivische Ansicht des intelligenten Aktuators von 9;
10B ist eine schematische Draufsicht des Betätigungsmechanismus des intelligenten Aktuators von 10A;
11A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer alternativen Konstruktion eines intelligenten Aktuators;
11B ist eine schematische perspektivische Ansicht des intelligenten Aktuators von 11A in auseinandergezogener Anordnung;
12 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Dämpferanordnung mit dem intelligenten Aktuator von 11A;
13 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht einer Torsionsstabanordnung mit einer Drehmomentbegrenzeranordnung mit dem intelligenten Aktuator von 11A; und
14 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer alternativen Konstruktion eines intelligenten Aktuators.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den ganzen verschiedenen Figuren gleiche Komponenten darstellen, und beginnend mit 1A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines intelligenten Aktuators im Allgemeinen bei 10 angegeben und ist in einer Ansicht in auseinandergezogener Anordnung in 1B gezeigt. Der Aktuator 10 umfasst, wie in 1B gezeigt, einen im Allgemeinen zylindrischen Aktuatorkörper 18, der einen betätigbaren Abschnitt 20 umfasst, der in 1B als mehrere betätigbare Finger 20 gezeigt ist, und eine erste Befestigungsschnittstelle oder Stützoberfläche 24, die, wie gezeigt, auch als erster Federsitz 24 konfigurierbar ist. Jeder Finger 20 definiert ein Anordnungsmerkmal 22, das zum Anbringen oder Montieren eines Formgedächtnislegierungsdrahts (SMA-Drahts) 16 am Aktuatorkörper 18 anwendbar ist. Der SMA-Draht 16 ist in der gezeigten Konfiguration am Aktuatorkörper 18 derart montiert, dass der SMA-Draht 16 in mehreren Windungen oder Wicklungen um die betätigbaren Finger 20 und um die Anordnungsmerkmale 22, die durch die Finger 20 definiert sind, gewickelt oder gewunden ist. Der SMA-Draht 16 ist mit einer Betätigungsquelle wirksam verbunden, die beispielsweise eine elektrische Schaltung sein kann, durch die ein Strom zum SMA-Draht 16 geliefert werden kann, um den SMA-Draht 16 durch Erhöhen der Temperatur des SMA-Drahts 16 durch Widerstandsheizung zu betätigen. In einem nicht begrenzenden Beispiel kann der SMA-Draht 16 mit einem Controller oder Schalter wirksam verbunden sein, der auf mindestens einen Sensor anspricht, wobei der mindestens eine Sensor auf mindestens eine Betriebseigenschaft des Fahrzeugs anspricht, die sich auf die Aufhängungssteuerung und -stabilität auswirkt. Der mindestens eine Sensor ist anwendbar, um ein Signal zum Schalter oder Controller in Ansprechen auf eine Änderung der Betriebseigenschaft zu liefern, die eine Änderung einer durch ein System mit dem Aktuator 10 übertragenen Last umfassen kann. Andere Verfahren zum thermischen Betätigen des SMA-Drahts 16 können verwendet werden, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich wäre.
Der SMA-Draht 16 kann eine solche Länge aufweisen, dass er in einer ausreichenden Anzahl von Windungen gewickelt ist, wie für die spezifische Anwendung erforderlich, so dass, wenn er betätigt wird, der SMA-Draht 16 eine Kraft gegen die Merkmale 22 an den Fingern 20 ausübt, die eine radiale Kompression der Finger 20 gegen Reibungsblöcke 14 verursacht. Die äußerste Oberfläche, z. B. die Oberfläche, die von der Mittelachse des Aktuators 10 am weitesten entfernt liegt, von jedem der Reibungsblöcke 14 ist nahe einer entsprechenden Innendurchmesseroberfläche des Fingers 20 angeordnet. Die äußerste Oberfläche von jedem der Reibungsblöcke 14 kann wirksam an der inneren Oberfläche des entsprechenden Fingers 20 befestigt sein, um den Reibungsblock 14 am Finger 20 zu halten, wenn sich der Aktuator 10 nicht in einem betätigten Zustand befindet. Der Reibungsblock 14 kann durch ein beliebiges geeignetes Mittel, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, beispielsweise durch einen Klebstoff oder ein anderes Bindeverfahren, wirksam befestigt werden. In einer zusammengefügten Konfiguration ist die innerste Oberfläche jedes Reibungsblocks 14 nahe der Außendurchmesseroberfläche eines Federhalters 12 angeordnet, der im Allgemeinen zylindrisch ist. Wenn der Aktuator 10 nicht betätigt ist, ist eine gleitfähige Schnittstelle durch die Außendurchmesseroberfläche des Federhalters 12 und die innersten Oberflächen der mehreren Reibungsblöcke 14 definiert. Der Federhalter 12 ist als Schnittstellenelement konfiguriert, z. B. koppelt der Federhalter 12 wirksam mit dem Aktuatorkörper 18, um eine gleitfähige Schnittstelle zu definieren. Wie nachstehend genauer erörtert wird, sind, wenn der Aktuator 10 nicht betätigt ist, der Federhalter 12 und der Aktuatorkörper 18 derart konfiguriert, dass sich der Federhalter 12 und der Aktuatorkörper 18 relativ zueinander bewegen können.
In 1C ist eine detaillierte Ansicht von SMA-Drähten 16 gezeigt, die auf dem Umfang um die Anordnungsmerkmale 22 an den Fingern 20 gewickelt sind. Wenn ein Strom zu den SMA-Drähten 16 geliefert wird, steigt die Temperatur der Drähte 16 aufgrund von Widerstandsheizung an. Diese Änderung der Temperatur führt zu einer Phasentransformation im SMA-Material der Drähte 16, was wiederum eine Spannung 26 in den Drähten 16 infolge einer eingeschränkten Dehnung induziert. Aufgrund der Spannung 26 in den SMA-Drähten 16 wird eine resultierende radiale Einwärtskraft 28 auf jeden Betätigungsfinger 20 ausgeübt. Diese radiale Einwärtskraft 28 schiebt die Reibungsblöcke 14 gegen den Federhalter 12 (siehe 1B), wobei somit eine proportionale axiale Reibungskraft induziert wird. Sobald die resultierende axiale Reibungskraft (Summe aller Komponenten aufgrund jedes Reibungsblocks) einen ausreichenden Wert erreicht, wird die Gleitbewegung zwischen dem Federhalter 12 und den Reibungsblöcken 14, die wirksam an den Betätigungsfingern 20 befestigt sind, angehalten, so dass die relative Bewegung zwischen dem Federhalter 12 und dem Aktuatorkörper 18 verhindert wird. Wenn der Aktuator 10 betätigt wird, so dass die Bewegung zwischen dem Federhalter 12 und dem Aktuatorkörper 18 angehalten wird, wird eine Feder 36, die wirksam am Federhalter 12 befestigt ist (siehe 2A), aktiviert, z. B. wird die Feder 36 innerhalb der Federanordnung 30 funktionsfähig.
2A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Steifigkeitssteuervorrichtung 30, die als Federanordnung oder Aktuatoranordnung 30 gezeigt ist. Die Federanordnung 30 kann als Steifigkeitselement als nicht begrenzendes Beispiel in einen Dämpfer, Stoßdämpfer oder ein Materialhandhabungssystem zum Nivellieren oder zur Aufhängung von Nutzlasten integriert sein. Die Federanordnung 30 umfasst den intelligenten Aktuator 10 von 1A und umfasst ferner eine Haupt- oder primäre Feder 32, die mit einem Federsitz 24 an einem ersten Ende in wirksamer Verbindung steht oder wirksam daran befestigt oder darin angeordnet ist, und die mit einer zweiten Befestigungsschnittstelle oder Stützoberfläche 34 in wirksamer Verbindung steht oder wirksam daran befestigt oder darin angeordnet ist, die, wie gezeigt, auch als zweiter Federsitz 34 konfigurierbar ist. Die Hauptfeder 32 ist passiv oder kontinuierlich funktionsfähig, z. B. reagiert die Hauptfeder 32 auf eine Last oder Lasten, die der Federanordnung 30 auferlegt werden, und spricht darauf an, so dass die Hauptfeder 32 sich in Ansprechen auf eine Last oder Änderung der Last, die der ersten und der zweiten Befestigungsschnittstelle 24, 34 auferlegt wird, ausdehnt oder komprimiert, um eine reaktive Federkraft zu schaffen, die die auferlegte Last dämpft. Ferner ist die Hauptfeder 32 durch Schaffen eines Ansprechens in Form einer reaktiven Federlast unabhängig vom Aktivierungszustand des Aktuators 10 kontinuierlich funktionsfähig, z. B. spricht die Hauptfeder 32 kontinuierlich auf Änderungen der Eingangslast an, wenn sich der Aktuator 10 in einem betätigten Zustand befindet und wenn sich der Aktuator 10 in einem nicht betätigten Zustand befindet.
Eine sekundäre oder Aktuatorfeder 36 steht mit dem Federhalter 12 an einem ersten Ende in wirksamer Verbindung oder ist wirksam daran befestigt oder darin angeordnet und steht mit dem zweiten Federsitz 34 an einem zweiten Ende in wirksamer Verbindung oder ist wirksam daran befestigt oder darin angeordnet und wird durch die Betätigung des Aktuators 10 aktiviert. In einem freien Zustand ist die Aktuatorfeder 36 durch eine freie Länge gekennzeichnet. In einem aktivierten Zustand, z. B. einem komprimierten oder ausgedehnten Zustand, ist die Aktuatorfeder 36 durch eine aktivierte Länge, z. B. durch eine komprimierte Länge bzw. eine ausgedehnte Länge, gekennzeichnet. Wie verständlich wäre, ist die durch die Aktuatorfeder 36 ausgeübte Federkraft zur Differenz zwischen ihrer freien Länge und ihrer aktivierten Länge proportional.
2B zeigt eine Querschnittsdarstellung des Schnitts 2B-2B der Federanordnung von 2A. In einem nicht betätigten Zustand, z. B. wenn sich die SMA-Drähte nicht auf einer erhöhten Temperatur befinden, schränken die Reibungsblöcke 14 die Bewegung des Federhalters 12 nicht ein, so dass, wenn die Federanordnung 30 einer Belastung durch die erste und die zweite Befestigungsschnittstelle 24, 34 ausgesetzt wird, der Federhalter 12 innerhalb des Aktuatorkörpers 18 gleiten kann und die Aktuatorfeder 36 in einem nicht aktivierten oder freien Zustand bleibt, z. B. wird die Aktuatorfeder 36 weder ausgedehnt noch komprimiert und übt an sich keine Federkraft gegen die erste und die zweite Befestigungsschnittstelle 24, 34 aus. Wenn sich der Aktuator 10 in einem nicht betätigten Zustand befindet, wird daher auf Lasten, die der Federanordnung 30 auferlegt werden, durch eine Federkraft nur von der Hauptfeder 32 angesprochen, z. B. ist die Gesamtsteifigkeit der Federanordnung 30 gleich der Steifigkeit der Hauptfeder 32.
In einem betätigten Zustand, wie vorher erörtert, wird ein Strom zu den SMA-Drähten 16 geliefert, die, wenn sie betätigt werden, eine resultierende axiale Einwärtskraft 28 auf jeden Betätigungsfinger 20 ausüben, was die Reibungsblöcke 14 mit dem Federhalter 12 in Kontakt schiebt. Wenn sie ausreichend betätigt werden, üben die Drähte 16 eine ausreichende Kraft aus, um zu bewirken, dass die Reibungsblöcke 14 die Gleitbewegung zwischen dem Federhalter 12 und den Reibungsblöcken 14 anhalten, so dass die Feder 36 funktionsfähig wird, z. B. wird die Feder 36 derart aktiviert oder in Eingriff gebracht, dass die Gesamtsteifigkeit der Federanordnung 30 gleich der Summe der Steifigkeit der Hauptfeder 32 und der Steifigkeit der Aktuatorfeder 36 ist.
3A stellt schematisch den Federkraftweg der Federanordnung 30 von 2A und 2B dar. Wie gezeigt, steht die Hauptfeder oder das erste Steifigkeitselement 32 mit Federsitzen 24 und 34 in wirksamer Verbindung und ist kontinuierlich funktionsfähig, so dass, wenn der Aktuator 10 nicht betätigt ist, die Hauptfeder 32 passiv, z. B. kontinuierlich, zum Gesamtsteifigkeitsansprechen der Federanordnung 30 beiträgt. Ein zusätzliches Steifigkeitsansprechen wird selektiv beigesteuert, wenn der Aktuator 10 betätigt wird, um den Federhalter 12 gegen die Reibungsblöcke 14 einzuschränken (siehe 2B), um die Aktuatorfeder oder das zweite Steifigkeitselement 36 zu aktivieren. Wenn sie aktiviert wird, verbindet die Aktuatorfeder 36 auch die Federsitze 24 und 34 derart, dass die Summe der Federkräfte der Hauptfeder 32 und der Aktuatorfeder 36 gemeinsam zum Gesamtsteifigkeitsansprechen der Federanordnung 30 beiträgt. Der durch die aktivierte Feder 36 eingeführte zusätzliche Kraftweg kann mit schneller Entfaltung, z. B. innerhalb einiger Millisekunden, durch Betätigen und Deaktivieren des Aktuators 10 beispielsweise unter Verwendung eines Controllers, der mit einem oder mehreren Sensoren kommuniziert und auf eine Eingabe davon anspricht, die Änderungen von Lasten erfassen, die der Federanordnung 30 auferlegt werden, oder in einem nicht begrenzenden Fahrzeugbeispiel Indikatoren für die Fahrzeugstabilität erfassen, wie z. B. Änderungen der Geschwindigkeit, des Lenkwinkels, der Schlingerstabilität usw., für die Ansprechänderungen in der Systemsteifigkeit erforderlich sein können, eingerückt oder ausgerückt werden.
Wie in 3B gezeigt, kann ein Steifigkeitsmechanismus 30 so konfiguriert sein, dass er mehrere n Steifigkeitselemente umfasst, die jeweils einen Aktuator 10 und eine Aktuatorfeder 36 umfassen, die in Kombination mit einem Hauptsteifigkeitselement 32 zwischen der ersten und der zweiten Schnittstelle 24 und 34 angeordnet sind. Jeder Aktuator 10a bis 10n kann mit einer Betätigungsquelle, beispielsweise einem Controller, wirksam verbunden sein, der einen Betätigungsstrom zu einem oder mehreren Aktuatoren 10a bis 10n zuführen kann. Durch Konfigurieren von mehreren betätigbaren Steifigkeitselementen parallel, in Reihe oder in einer Kombination davon mit einem passiven Haupt- oder primären Steifigkeitselement kann irgendein betätigbares Steifigkeitselement oder mehrere Kombinationen von betätigbaren Steifigkeitselementen zu irgendeinem Zeitpunkt aktiviert werden, um ein spezifisches und verfeinertes Ansprechen auf Eingangsbedingungen zu schaffen, wodurch die Fähigkeit, auf mehrere Variablen und einen breiteren Bereich von Eingaben anzusprechen, verbessert wird.
Als nicht begrenzendes Beispiel zeigt 3B eine Hauptfeder 32 parallel mit mehreren n Aktuatorfedern 36 jeweils in wirksamer Verbindung mit einem entsprechenden von mehreren n Aktuatoren 10. Selbstverständlich können die mehreren n Steifigkeitselemente ein oder mehrere Steifigkeitselemente umfassen, die mit verschiedenen Typen von intelligenten Aktuatoren konfiguriert sind. Die mehreren Steifigkeitselemente können beispielsweise einen oder mehrere intelligente Aktuatoren 10 umfassen, die einen Betätigungsmechanismus umfassen, der entweder eine Formgedächtnislegierung (SMA), ein magnetorheologisches (MR) Fluid, ein elektrorheologisches (ER) Fluid, ein Piezostapel, eine magnetische Formgedächtnislegierung (MSMA), ein magnetostriktives Material oder ein anderes intelligentes Material sein kann. Das Steifigkeitselement kann eine Feder 10 umfassen oder kann mit einem anderen Mittel konfiguriert sein, um eine Widerstandskraft vorzusehen, beispielsweise eine einrückbare Kopplung wie z. B. ein Drehmomentbegrenzer, eine Kupplung oder irgendein anderer Steifigkeitsmechanismus, der durch die Betätigung eines intelligenten Aktuators aktiviert werden kann. Das Steifigkeitselement kann andere Formen von Eingriffsmechanismen umfassen, die verzahnende Elemente umfassen können, wie z. B. Zahnräder, Kerbverzahnungen, Sperrklinken usw. Außerdem können andere Formen von SMA-Material, wie z. B. SMA-Bänder, -Filme oder -Kabel, eingebettete SMA-Verbundmaterialien und andere SMA-Konfigurationen, beispielsweise SMA-Konfigurationen auf Pulvermetallurgiebasis, in der Konfiguration eines intelligenten Aktuators 10 verwendet werden.
Die Begriffe Feder, Drehmomentbegrenzer, Kopplung und Kupplung, wie hier verwendet, sollen repräsentativ und nicht begrenzend sein. Der Begriff Feder bezieht sich beispielsweise im Allgemeinen auf irgendein Objekt, das eine Kraft in Ansprechen auf und entgegen einer Eingangslast vorsehen kann, das metallisch oder nichtmetallisch sein kann; und das als Schraubenfeder, Zugfeder, Blattfeder oder irgendein anderer zu einer Feder äquivalenter Mechanismus, der so konfiguriert sein kann, dass er durch die Betätigung eines intelligenten Aktuators aktiviert wird, konfiguriert sein kann. Selbstverständlich kann ferner mehr als ein passives Steifigkeitselement 32 parallel mit einem oder mehreren betätigbaren Steifigkeitselementen 36 zwischen der ersten und der zweiten Schnittstelle 24 und 34 innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung angeordnet sein und ein oder mehrere betätigbare Steifigkeitselemente 36 können parallel, in Reihe oder in einer Kombination von in Reihe und parallel miteinander angeordnet sein. Alternativ kann das passive Steifigkeitselement 32 durch ein Steifigkeitselement 36 mit einem intelligenten Aktuator 10 ersetzt werden, so dass jedes der Steifigkeitselemente zwischen der ersten und der zweiten Schnittstelle 24 und 34 individuell oder in Kombination aktiviert werden kann, um ein vollständig aktives Steifigkeitssteuersystem zu konfigurieren, z. B. derart, dass keine der Steifigkeitselemente passiv konfiguriert sind.
4A–4D zeigen im Allgemeinen bei 31 angegeben einen Steifigkeitsmechanismus, der im Allgemeinen als Strebenanordnung konfiguriert ist, die als nicht begrenzendes Beispiel eine Aufhängungsstrebenauordnung sein kann, die zur Verwendung in einem Fahrzeug anwendbar ist. Die Anordnung 31 umfasst einen Dämpfer 33, eine Hauptfeder 32, einen ersten Federsitz 24, einen zweiten Federsitz 34, eine Aktuatorfeder 36 und einen Aktuatorfederhalter 12 in wirksamer Verbindung mit einem Aktuator 10. Die Hauptfeder 32 steht mit dem Federsitz 24 an einem ersten Ende und dem Federsitz 34 an einem zweiten Ende in wirksamer Verbindung oder ist wirksam daran befestigt oder darin angeordnet. Der Dämpfer 33, der auch als Stoßdämpfer bezeichnet werden kann, umfasst einen Dämpferzylinder oder -körper 38, der mit einer Dämpferstange 39 in wirksamer Verbindung steht, so dass der Dämpfer 33 eine Widerstands- oder Dämpfungskraft gegen Kräfte, die in die Anordnung 31 durch Dämpferenden 25, 35 eingegeben werden, schaffen kann. Die Dämpferstange 39, die auch als Kolbenstange oder Zylinderstange bezeichnet werden kann, ist an einem Ende mit einem ersten Dämpferende 25 verbunden, das so ausgelegt sein kann, dass es beispielsweise mit einem Abschnitt einer Fahrzeugkarosserie, eines Fahrzeugfahrwerks oder einer Fahrzeugaufhängung wirksam verbunden ist. Das erste Dämpferende 25 liegt nahe dem ersten Federsitz 24 und kann wirksam am Sitz 24 befestigt sein. Der erste Federsitz 24 kann ferner derart konfiguriert sein, dass sich die Stange 39 durch eine Öffnung im Sitz 24 erstreckt. Der Dämpferkörper 38 definiert ein zweites Dämpferende 35, das so ausgelegt sein kann, dass es beispielsweise mit einem Abschnitt einer Fahrzeugkarosserie, eines Fahrzeugfahrwerks oder einer Fahrzeugaufhängung wirksam verbunden ist. Der Dämpferkörper 38 steht mit dem zweiten Federsitz 34 in wirksamer Verbindung, der am Dämpferkörper 38 wirksam oder fest angebracht sein kann. Der Dämpfer 33 mit den Dämpferenden 25, 35, die Federsitze 24, 34 und die Hauptfeder 32 sind daher gemeinsam als herkömmliche Strebenanordnung konfigurierbar, die auch als Federbein [engl.: coilover], Federbeindämpfer oder Federbeindämpferanordnung bezeichnet werden kann, da diese Begriffe für einen Fachmann auf dem Gebiet verständlich sind. Lasten werden in die Dämpferenden 25, 35 durch Änderungen der Fahrzeugbetriebsbedingungen eingegeben, beispielsweise durch Wenden, Kurvenfahren, Lenken, Bremsen oder andere Manöver, die sich auf die Radaufhängungskonfiguration und/oder die Fahrzeugstabilität auswirken, einschließlich Fahrzeugschlingern und -gieren, Änderungen des Kontakts des Reifens mit der Straße, die durch Veränderungen der Straßenoberfläche wie z. B. Wölbung, Schlaglöcher, Oberflächenglätte oder -rauheit verursacht werden, oder andere Änderungen der Fahrzeugbedingung, die zu einer Lasteingabe in die Dämpferenden 25, 35 führen. Auf Lasten, die in die Dämpferenden 25, 35 eingegeben werden, wird durch Ausdehnung und Kompression der Hauptfeder 32 und durch Ausfahren und Einziehen der Stange 39 im Dämpfer 33 angesprochen oder entgegengewirkt, wie für eine herkömmliche Federbeinanordnung verständlich wäre.
Die Aktuatorfeder 36 steht an einem ersten Ende mit dem ersten Federsitz 24 und an einem zweiten Ende mit dem Federhalter 12 in wirksamer Verbindung. Der Aktuator 10 steht mit dem Federhalter 12 in wirksamer Verbindung. Der Aktuator 10, der Federhalter 12 und der Dämpferkörper 38 sind derart konfiguriert, dass, wenn sich der Aktuator 10 in einem nicht betätigten Zustand befindet, der Federhalter 12 sich gleitfähig entlang der Achse der Anordnung 31 und nahe dem Aktuator 10 und Dämpferkörper 38 bewegt, wenn die Anordnung 31 einer Belastung durch die ersten und zweiten Dämpferenden 25, 35 ausgesetzt wird, so dass die Aktuatorfeder 36 in einem nicht aktivierten oder freien Zustand bleibt, z. B. wird die Aktuatorfeder 36 weder ausgedehnt noch komprimiert und übt an sich keine Federkraft in Ansprechen auf Lasten aus, die über das erste und das zweite Dämpferende 25, 35 eingegeben werden. Wenn sich der Aktuator 10 in einem nicht betätigten Zustand befindet, ist daher das Gesamtsteifigkeitsansprechen (Widerstandskraft) der Anordnung 31 gleich der Steifigkeit der Hauptfeder 32 und der Steifigkeit des Dämpfers 33.
Wenn sich der Aktuator 10 in einem nicht betätigten Zustand befindet, spricht ferner die Anordnung 31 auf Lasten an, die über das erste und das zweite Dämpferende 25, 35 eingegeben werden, wie es eine herkömmliche Federbeindämpferanordnung tun würde, z. B. wird eingegebenen Lasten durch eine ansprechende passive Federkraft von der Hauptfeder 32 und eine passive Dämpfungskraft vom Dämpfer 33 Widerstand geleistet und/oder sie werden gedämpft, die jeweils zu einer Änderung der Gesamtlänge (OAL) der Hauptfeder 32 in Ansprechen auf die eingegebenen Lasten proportional sind. Wenn beispielsweise die Anordnung 31 einer Zugbelastung ausgesetzt wird, wie durch die Richtungspfeile an den Enden 25 und 35 angegeben, die in 4A und 4B gezeigt sind, nimmt die OAL der Hauptfeder 32 in Ansprechen darauf auf eine ausgedehnte Länge (EL) zu, die in 4A und 4B als EL₁ angegeben ist. Wenn die Anordnung 31 einer Druckbelastung ausgesetzt wird, wie durch die Richtungspfeile an den Enden 25 und 35 angegeben, die in 4C und 4D gezeigt sind, spricht die OAL der Hauptfeder 32 durch Verringern auf eine komprimierte Länge (CL) an, die in 4C und 4D als CL₁ angegeben ist.
Wenn der Aktuator 10 nicht betätigt ist, so dass die Aktuatorfeder 36 sich in einem freien Zustand befindet, ist die Aktuatorfeder 36 durch eine freie Länge (FL) gekennzeichnet, die in 4A und 4C als FL₂ angegeben ist. wenn der Aktuator 10, der einen Betätigungsmechanismus mit einem intelligenten Material umfasst, betätigt wird, wie vorher für die Federanordnung 30 in Bezug auf 2A erörtert, und als nicht begrenzendes Beispiel durch einen Strom, der zum intelligenten Material im Aktuator 10 geliefert wird, übt der Aktuator 10 eine Kraft auf den Federhalter 12 aus, die bewirkt, dass die Gleitbewegung des Federhalters 12 angehalten wird, so dass sich der Federhalter 12 in Verbindung mit dem Dämpferkörper 38 bewegt und die Feder 36 aktiviert und funktionsfähig wird, z. B. wird die Feder 36 derart in Eingriff gebracht, dass das Gesamtsteifigkeitsansprechen der Federanordnung 31 gleich der Summe des Steifigkeitsansprechens der Hauptfeder 32, des Steifigkeitsansprechens des Dämpfers 33 und des Steifigkeitsansprechens der aktivierten Aktuatorfeder 36 ist.
In einem aktivierten Zustand, der beispielsweise ein komprimierter oder ein ausgedehnter Zustand sein kann, ist die Aktuatorfeder 36 durch eine betätigte Länge gekennzeichnet, die eine komprimierte Länge (CL) bzw. eine ausgedehnte Länge (EL) sein kann, die in 4A–4D als CL₂ bzw. EL₂ angegeben sind. Wie verständlich wäre, ist die Ansprechfederkraft, die durch die Aktuatorfeder 36 ausgeübt wird, wenn sie aktiviert wird, zur Differenz zwischen ihrer freien Länge und ihrer aktivierten Länge proportional, z. B. ist die Federkraft zu |FL₂–EL₂| proportional, wenn die Aktuatorfeder 36 aktiviert und ausgedehnt wird, und ist zu |FL₂–CL₂| proportional, wenn die Aktuatorfeder 36 aktiviert und komprimiert wird. Ferner ist die aktivierte Länge der Aktuatorfeder 36 zur OAL der Hauptfeder 36 proportional. Wenn der Aktuator 10 betätigt wird und die Feder 36 aktiviert wird, ist EL₂ der Hauptfeder 32 zu EL₁ der Aktuatorfeder 32 proportional, wenn die Anordnung 31 durch Lasten ausgedehnt wird, die in die Enden 25, 35 eingegeben werden, und CL₂ ist zu CL₁ proportional, wenn die Anordnung 31 durch Lasten komprimiert wird, die in die Enden 25, 35 eingegeben werden.
4A–4D zeigen die Anordnung 31 in verschiedenen Zuständen von Belastung und Betätigung. 4A zeigt die Anordnung 31 auf Zug belastet, wie durch die Pfeile an den Enden 25, 35 angegeben, und zeigt ferner den Aktuator 10 in einem nicht betätigten Zustand. Die Anordnung 31 hat auf eine Zugbelastung durch Ausdehnen der Hauptfeder 32 angesprochen, so dass die Hauptfeder 32 der eingegebenen Zuglast Widerstand leistet, um eine Fahrstabilität zu schaffen und den Kontakt des Rades mit der Straße aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig spricht der Dämpfer 33 auf die Zugbelastung der Anordnung 31 durch Ausfahren der Stange 39 vom Dämpferkörper 38 weg an, wobei der Dämpfer 33 ferner mit einem Ventil- oder anderen Dämpfungsmechanismus konfiguriert sein kann, so dass der Dämpfer 33 auch der eingegebenen Zuglast Widerstand leistet und die Übertragung der eingegebenen Lasten durch die Anordnung 31 dämpft, um den Fahrkomfort und die Fahrstabilität zu verbessern. Der Aktuator 10 befindet sich in einem nicht betätigten Zustand und daher ist der Federhalter 12 nicht eingeschränkt und gleitet, so dass die Aktuatorfeder 36 nicht aktiviert oder in Eingriff gebracht wird und eine freie Länge FL₂ aufrechterhält, wenn sich die Hauptfeder 32 ausdehnt und die Stange 39 ausfährt. Wie in 4A gezeigt, ist die Gesamtsteifigkeit der Federanordnung 31 gleich der Summe der Steifigkeit der Hauptfeder 32 und der Steifigkeit des Dämpfers 33.
4B zeigt die Anordnung 31 von 4A mit dem Aktuator 10 in einem betätigten Zustand, so dass der Aktuator 10 eine radiale Last auf den Federhalter 12 ausgeübt hat, um den Federhalter 12 zwischen dem Aktuator 10 und dem Dämpferkörper 38 wirksam einzuschränken oder anzuhalten, so dass sich der Federhalter 12 mit der relativen Bewegung des Dämpferkörpers 38 vom Federsitz 34 weg bewegt, wenn die Stange 39 in Ansprechen auf die Zugbelastung der Enden 25, 35 ausgefahren wird. Die Aktuatorfeder 36, die am Federhalter 12 und am Federsitz 34 wirksam befestigt ist, wird durch die angehaltene Bewegung des Federhalters 12 aktiviert und funktionsfähig gemacht und dehnt sich aus, um eine Widerstands- und Dämpfungskraft in Ansprechen auf die Zugbelastung der Enden 25, 35 zu schaffen. Wie in 4B gezeigt, ist das Gesamtsteifigkeitsansprechen der Federanordnung 31 gleich der Summe der Steifigkeit der Hauptfeder 32, der Steifigkeit des Dämpfers 33 und der Steifigkeit der aktivierten Aktuatorfeder 36, wenn der Aktuator 10 betätigt wird. Der Aktuator 10 kann beispielsweise in Ansprechen auf eine Eingabe von einem oder mehreren Fahrzeugsensoren in einen Controller oder Schalter, der mit dem Aktuator 10 wirksam verbunden ist, betätigt werden, wodurch eine zusätzliche Stabilitätssteuerung des Fahrzeugs in Ansprechen auf die Bedingungen, die die Zugbelastung der Anordnung 31 induziert haben, geschaffen wird.
4C zeigt die Anordnung 31 auf Druck belastet, wie durch die Pfeile an den Enden 25, 35 angegeben, und zeigt ferner den Aktuator 10 in einem nicht betätigten Zustand. Die Anordnung 31 hat auf die Druckbelastung durch Komprimieren der Hauptfeder 32 angesprochen, so dass die Hauptfeder 32 der eingegebenen Drucklast Widerstand leistet und Fahrstabilität schafft und den Kontakt des Reifens mit der Straße aufrechterhält. Gleichzeitig spricht der Dämpfer 33 auf die Druckbelastung der Anordnung 31 durch Einziehen der Stange 39 in den Dämpferkörper 38 an, wobei der Dämpfer 33 ferner mit Ventil- oder anderen Dämpfungsmechanismen konfiguriert sein kann, so dass der Dämpfer 33 auch der Drucklast Widerstand leistet und die Übertragung der Drucklasten durch die Anordnung 31 dämpft, um den Fahrkomfort und die Fahrstabilität zu verbessern. Der Aktuator 10 befindet sich in einem nicht betätigten Zustand und daher wird der Federhalter 12 nicht eingeschränkt und gleitet, so dass die Aktuatorfeder 36 nicht in Eingriff gebracht wird und eine freie Länge FL₂ aufrechterhält, wenn die Hauptfeder 32 sich komprimiert und die Stange 39 sich einzieht. Wie in 4C gezeigt, ist das Gesamtsteifigkeitsansprechen der Federanordnung 31 gleich der Summe der Steifigkeit der Hauptfeder 32 und der Steifigkeit des Dämpfers 33.
4D zeigt die Anordnung 31 von 4B mit dem Aktuator 10 in einem betätigten Zustand, so dass der Aktuator 10 eine radiale Last auf den Federhalter 12 ausgeübt hat, um den Federhalter 12 zwischen dem Aktuator 10 und dem Dämpferkörper 38 wirksam einzuschränken oder anzuhalten, so dass sich der Federhalter 12 mit der relativen Bewegung des Dämpferkörpers 38 in Richtung des Federsitzes 34 bewegt, wenn die Stange 39 in Ansprechen auf die Druckbelastung der Enden 25, 35 in den Dämpferkörper 38 eingezogen wird. Die Aktuatorfeder 36, die am Federhalter 12 und Federsitz 34 wirksam befestigt ist, wird durch die angehaltene Bewegung des Federhalters 12 aktiviert und funktionsfähig gemacht und komprimiert sich, um eine Widerstands- und Dämpfungskraft gegen die Druckbelastung der Enden 25, 35 zu schaffen. Wie in 4D gezeigt, ist die Gesamtsteifigkeit der Federanordnung 31 gleich der Summe der Steifigkeit der Hauptfeder 32, der Steifigkeit des Dämpfers 33 und der Steifigkeit der aktivierten Aktuatorfeder 36, wenn der Aktuator 10 betätigt wird. Der Aktuator 10 kann beispielsweise in Ansprechen auf eine Eingabe von einem oder mehreren Fahrzeugsensoren in einen Controller oder Schalter, der mit dem Aktuator 10 wirksam verbunden ist, betätigt werden, wodurch eine zusätzliche Stabilitätssteuerung des Fahrzeugs in Ansprechen auf die Bedingungen, die die Druckbelastung der Anordnung 31 induziert haben, geschaffen wird.
Während des Fahrzeugbetriebs kann die Anordnung 31 auf Druck und Zug und mit variierenden Lasten aufgrund der dynamischen Änderung von Fahrzeugeigenschaften und Betriebsbedingungen dynamisch belastet, entlastet und erneut belastet werden. Einer oder mehrere Sensoren in wirksamer Kommunikation mit einem Controller oder anderen Mittel, das zur Betätigung des Aktuators 10 anwendbar ist, können derart konfiguriert sein, dass der Aktuator 10 dynamisch betätigt und deaktiviert werden kann, wie in 4A–4D gezeigt, um die Feder 36 zu aktivieren und zu deaktivieren, wodurch selektiv und dynamisch eine zusätzliche Steifigkeit für die Anordnung 31 geschaffen wird, z. B. mit Aktivierungsansprechzeiten von einigen Millisekunden. Dadurch kann das dynamische Management der Steifigkeitssteuerung und Fahrzeugstabilität während des Fahrzeugbetriebs ausgedehnt und verbessert werden.
5 zeigt eine teilweise Ansicht einer Torsionsstabanordnung, die im Allgemeinen bei 56 angegeben ist, die in einem nicht begrenzenden Beispiel für die Verwendung in einem Fahrzeugaufhängungsmodul 58, das in 6 gezeigt ist, anwendbar sein kann. Die Torsionsstabanordnung 56, die auch als Querstabilisatoranordnung bezeichnet werden kann, umfasst einen primären oder inneren Torsionsstab 48, der an einem ersten Ende 45 mit einer ersten Aufhängungsschnittstelle 49 wirksam verbunden oder daran befestigt ist, und der an einem zweiten Ende 47 mit einer zweiten Aufhängungsschnittstelle 59 wirksam verbunden oder daran befestigt ist, so dass in einem in 6 gezeigten Fahrzeugaufhängungsmodul 58 der primäre oder innere Torsionsstab 48 als herkömmlicher Torsionsstab arbeitet, wie dieser Begriff üblicherweise verstanden würde, und an sich dazu konfiguriert ist, passiv und kontinuierlich auf Änderungen von Lasten, die durch die Aufhängungsschnittstellen 49, 59 in jeweilige Enden 45, 47 des inneren Torsionsstabes 48 eingegeben werden, anzusprechen, wobei die Änderungen der Eingangslasten Änderungen der Fahrzeugeigenschaften und -betriebsbedingungen zuzuschreiben sind. Der innere Torsionsstab 48 spricht auf diese Eingangslasten durch Verdrehen oder Verbiegen in entgegengesetzten Momenten τ₁ an einem Ende und τ₂ am anderen Ende des inneren Torsionsstabes 48 an, um die Schlingersteifigkeit des Fahrzeugs zu beeinflussen. Selbstverständlich können unter bestimmten Eingangsbelastungsbedingungen die entgegengesetzten Momente τ₁ und τ₂ jeweils in einer zu der in 6 gezeigten Richtung entgegengesetzten Richtung sein, so dass sich die Enden des inneren Torsionsstabes 48 in der entgegengesetzten Richtung verdrehen oder verbiegen. Ferner können die entgegengesetzten Momente τ₁ und τ₂ selbstverständlich jeweils verschiedene Beträge aufweisen, einschließlich eines Betrags von null, die Differenzen des Betrags und der Art der an der Schnittstelle 49 eingegebenen Last im Vergleich zur an der Schnittstelle 59 eingegebenen Last zuzuschreiben sind, so dass der neutrale Punkt entlang der Achse des inneren Torsionsstabes 48, wo die Resultierende der entgegengesetzten Momente null ist, am Endpunkt entlang der Achse des inneren Torsionsstabes 48 liegen kann, einschließlich an einem Ende 45, 47. Ferner spricht selbstverständlich der primäre Torsionsstab 48 kontinuierlich auf Änderungen der Eingangslasten durch Verdrehen oder Verbiegen in Ansprechen auf die Eingangslasten unabhängig vom Zustand der Betätigung des Aktuators 10 an, z. B. spricht der primäre Torsionsstab 48 kontinuierlich auf Änderungen der Eingangslast an, ob der Aktuator 10 nicht betätigt ist oder ob sich der Aktuator 10 in einem betätigten Zustand befindet.
Die Torsionsstabanordnung 56 definiert ferner einen sekundären Torsionsstab, der aus einem Steifigkeitselement oder einer intelligenten Aktuatoranordnung besteht, die im Allgemeinen bei 40 angegeben ist und dazu konfiguriert ist, selektiv einen ersten äußeren Torsionsstab 50 und einen zweiten äußeren Torsionsstab 51 zu verbinden, wenn sie betätigt wird. Die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 können auch als äußere Halbwellen 50, 51 bzw. als erste und zweite Torsionsstabsegmente 50, 51 bezeichnet werden und können, müssen aber nicht derart konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen zueinander ähnlich oder Spiegelbilder voneinander sind. Die Torsionsstabanordnung 56 kann ferner eine Abdeckung oder ein Gehäuse 41 umfassen, um die Aktuatoranordnung 40 beispielsweise vor Verunreinigungen wie z. B. Straßenschmutz oder Wasser während des Betriebs an einem Fahrzeug abzudichten oder zu schützen. Das Gehäuse 41 kann eine im Allgemeinen zylindrische Konfiguration aufweisen, wie in 6 gezeigt, oder kann anders konfiguriert sein, um die Aktuatoranordnung 40 wirksam zu ummanteln oder abzudichten.
Wie in 5 gezeigt, umfasst die Aktuatoranordnung 40, die auch als Kopplung, Drehmomentbegrenzer oder Drehmomentbegrenzungsvorrichtung 40 bezeichnet werden kann, einen Aktuator 10 und eine Muffe 42. Die Muffe 42, die auch als Nabe, Antriebsnabe oder Flanschmuffe bezeichnet werden kann, definiert eine zweite Befestigungsschnittstelle oder einen Flansch 46 und eine im Allgemeinen zylindrische Schnittstelle 44, die auch als Lageroberfläche oder Kupplungsfläche 44 bezeichnet werden kann. Der Flansch 46 ist so konfiguriert, dass er an einem Befestigungsabschnitt 57 des zweiten äußeren Torsionsstabes 51 wirksam befestigt oder damit verbunden ist, wenn er in der Torsionsstabanordnung 56 montiert ist. Das äußerste Ende 55 des zweiten äußeren Torsionsstabes 51 ist mit der Aufhängungsschnittstelle 59 wirksam verbunden oder daran befestigt, so dass das Ende 55 und das Ende 47 wirksam mit der Aufhängungsschnittstelle 59 an ausreichend übereinstimmenden oder nahen Orten wirksam verbunden sind, so dass das Ende 55 und das Ende 47 einer im Wesentlichen äquivalenten Last, die durch die Aufhängungsschnittstelle 59 eingegeben wird, ausgesetzt werden. Alternativ kann das Ende 55 des zweiten äußeren Torsionsstabes 51 wirksam mit dem Ende 47 des inneren Torsionsstabes 48 verbunden sein, so dass die Last, die von der oder durch die Aufhängungsschnittstelle 59 eingegeben wird, gleichzeitig und im Wesentlichen äquivalent in die Enden 47 und 55 eingegeben wird.
Der Aktuator 10 umfasst, wie in 5 gezeigt, einen im Allgemeinen zylindrischen Aktuatorkörper 18, der betätigbare Finger 20 und eine erste Befestigungsschnittstelle oder Stützoberfläche 24 umfasst. Die erste Befestigungsschnittstelle 24 ist so konfiguriert, dass sie wirksam an einem Befestigungsabschnitt 52 des ersten äußeren Torsionsstabes 50 befestigt oder damit verbunden ist, wenn er in der Torsionsstabanordnung 56 montiert ist. Das äußerste Ende 53 des ersten äußeren Torsionsstabes 50 ist wirksam mit der Aufhängungsschnittstelle 49 verbunden oder daran befestigt, so dass das Ende 53 und das Ende 45 wirksam mit der Aufhängungsschnittstelle 49 an ausreichend übereinstimmenden oder nahen Orten verbunden sind, so dass das Ende 53 und das Ende 45 einer im Wesentlichen gleichen Last, die von der oder durch die Aufhängungsschnittstelle 49 eingegeben wird, ausgesetzt werden. Alternativ kann das Ende 53 des ersten äußeren Torsionsstabes 50 wirksam mit dem Ende 45 des inneren Torsionsstabes 48 verbunden sein, so dass die Last, die durch die Aufhängungsschnittstelle 49 eingegeben wird, gleichzeitig und im Wesentlichen äquivalent in die Enden 45 und 53 eingegeben wird.
Der Aktuator 10 umfasst ferner mehrere Reibungsblöcke 14. Die äußerste Oberfläche von jedem der Reibungsblöcke 14, z. B. die Reibungsblockoberfläche, die von der Mittelachse des Aktuators 10 am weitesten entfernt ist, ist nahe einer entsprechenden Innendurchmesseroberfläche eines Fingers 22 des Aktuatorkörpers 18 angeordnet. Die äußerste Oberfläche von jedem der Reibungsblöcke 14 kann an der inneren Oberfläche des entsprechenden Fingers 22 wirksam befestigt sein, um den Reibungsblock 14 am Finger 22 zu halten, wenn der Aktuator 10 sich nicht in einem betätigten Zustand befindet. Die Reibungsblöcke 14 können durch ein beliebiges bekanntes Mittel, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, beispielsweise durch einen Klebstoff oder ein anderes Bindeverfahren oder durch eine Befestigungsvorrichtung oder ein anderes mechanisches Mittel, wirksam befestigt sein. In einer zusammengefügten Konfiguration ist die innerste Oberfläche jedes Reibungsblocks 14, z. B. die Oberfläche des Reibungsblocks 14, die am nächsten zur Mittelachse des Aktuators 10 liegt und die einen Abschnitt der inneren Oberfläche des Aktuators 10 definiert, nahe der Schnittstellenoberfläche 44 der Muffe 42 angeordnet. Eine gleitfähige Schnittstelle, die auch als drehbare Schnittstelle beschrieben werden kann, ist zwischen der Schnittstellenoberfläche 44 und den innersten Oberflächen der Reibungsblöcke 14 definiert, wenn er in der Torsionsstabanordnung 56 montiert ist und wenn sich der Aktuator 10 in einem nicht betätigten Zustand befindet.
Wie in 5 und 6 gezeigt, definieren ferner die inneren Oberflächen der äußeren Torsionsstäbe 50, 51 mit der inneren Oberfläche der Muffe 42 in einer zusammengesetzten Konfiguration einen im Allgemeinen zylindrischen Hohlraum mit einer Länge, die im Wesentlichen gleich der Länge des inneren Torsionsstabes 48 ist, und mit einer Querschnittskonfiguration, so dass der innere Torsionsstab 48, der in dem im Allgemeinen zylindrischen Hohlraum angeordnet ist, sich in Ansprechen auf Eingangslasten, die durch die Schnittstellen 49 und 59 übertragen werden, verdrehen oder verbiegen kann.
Wie vorher erörtert, werden das Ende 55 und das Ende 47 einer im Wesentlichen äquivalenten Last, die durch die Aufhängungsschnittstelle 59 eingegeben wird, ausgesetzt. Wie auch vorher erörtert, werden das Ende 53 und das Ende 45 einer im Wesentlichen äquivalenten Last, die durch die Aufhängungsschnittstelle 49 eingegeben wird, ausgesetzt. Wenn Eingangslasten durch die Schnittstellen 49 und 59 übertragen werden, verdrehen oder verbiegen sich daher der innere Torsionsstab 48 und die äußeren Torsionsstäbe 50 und 51 in Ansprechen darauf. Wenn sich der Aktuator 10 in einem nicht betätigten Zustand befindet, sind der erste äußere Torsionsstab 50 und der zweite äußere Torsionsstab 51 durch die Gleitschnittstelle, die zwischen der Schnittstellenoberfläche 44 und den Reibungsblöcken 14 des Aktuators 10 definiert ist, wirksam getrennt, so dass der erste äußere Torsionsstab 50 und der zweite äußere Torsionsstab 51 sich in Ansprechen auf ihre jeweiligen Eingangslasten unabhängig voneinander bewegen.
Wie in 5 gezeigt, definieren die Finger 20 des Aktuatorkörpers 18 mehrere Anordnungsmerkmale 22, die zum Anbringen oder Montieren eines Formgedächtnislegierungsdrahts (SMA-Drahts) 16 am Aktuatorkörper 18 anwendbar sind. Der SMA-Draht 16 ist in der gezeigten Konfiguration am Aktuatorkörper 18 derart montiert, dass der SMA-Draht 16 in mehreren Windungen um die betätigbaren Finger 20 und um die Anordnungsmerkmale 22, die durch die Finger 20 definiert sind, gewickelt ist. Das Merkmal 22 kann so konfiguriert sein, dass es ein Abstandsmerkmal 54 umfasst oder definiert, das verwendet werden kann, um einen Zwischenraum zwischen dem SMA-Draht 16 und einem Gehäuse oder einer Abdeckung 41 aufrechtzuerhalten, das bzw. die die Aktuatoranordnung 40 ummantelt (siehe 6). Der SMA-Draht 16 ist mit einer Betätigungsquelle wirksam verbunden, die beispielsweise eine elektrische Schaltung sein kann, durch die ein Strom zum SMA-Draht 16 geliefert werden kann, um den SMA-Draht 16 durch Erhöhen der Temperatur des SMA-Drahts 16 durch Widerstandsheizung zu betätigen. In einem nicht begrenzenden Beispiel kann der SMA-Draht 16 mit einem oder mehreren Sensoren oder Schaltern oder mit einem Controller, der auf mindestens einen Sensor anspricht, wirksam verbunden sein, wobei der mindestens eine Sensor eine Betriebseigenschaft des Fahrzeugs, die sich auf die Aufhängungssteuerung und -stabilität auswirkt, erfasst, die beispielsweise eine in das oder durch das Aufhängungssystem eingegebene Last sein kann, und ein Signal zum Draht, Schalter oder Controller in Ansprechen auf Änderungen der Betriebseigenschaft oder der Last, die erfasst wird, liefert. Andere Verfahren zum thermischen Betätigen des SMA-Drahts 16 können verwendet werden, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich wäre.
Der SMA-Draht 16 kann eine solche Länge aufweisen, dass er in einer ausreichenden Anzahl von Windungen gewickelt ist, wie für die spezifische Anwendung erforderlich, so dass, wenn er betätigt wird, der SMA-Draht 16 eine Kraft gegen die Merkmale 22 an den Fingern 20 ausübt, die die radiale Kompression der Finger 20 gegen die Reibungsblöcke 14 verursacht, wie vorher für 1A–1C erörtert. Wenn der Aktuator 10 betätigt wird, wird die resultierende radiale Einwärtskraft durch den betätigten SMA-Draht 16 ausgeübt und jeder Betätigungsfinger 20 schiebt die Reibungsblöcke 14 gegen die Schnittstelle 44 der Muffe 42.
Sobald die resultierende axiale Reibungskraft einen ausreichenden Wert erreicht, wird die Bewegung zwischen der Muffe 42 und den Reibungsblöcken 14, die wirksam an den Betätigungsfingern 20 befestigt sind, angehalten, wobei die Gleitschnittstelle zwischen der Muffe 42 und den Reibungsblöcken 14 geschlossen oder beseitigt wird, so dass der Aktuator 10 und die Muffe 42 in Ansprechen auf Eingangslasten, die von den Schnittstellen 49, 59 durch die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 auf die Aktuatoranordnung oder den Drehmomentbegrenzer 40 übertragen werden, sich zusammen bewegen und als einzelne Einheit wirksam verbunden werden. Wenn er betätigt wird, so dass der Aktuator 10 und die Muffe 42 wirksam verbunden werden, definieren die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 und die Aktuatoranordnung 40 wirksam einen einzelnen äußeren Torsionsstab, der auch als sekundärer Torsionsstab bezeichnet werden kann, der im nicht begrenzenden Beispiel, das in 5 gezeigt ist, zum inneren Torsionsstab 48 koaxial ist und eine Länge aufweist, die im Wesentlichen gleich der Länge des inneren Torsionsstabes 48 ist, so dass, wenn Eingangslasten durch die Schnittstellen 49 und 59 übertragen werden, sowohl der primäre (innere) Torsionsstab 48 als auch der sekundäre Torsionsstab, der durch die Stäbe 50, 51 definiert ist, und die Aktuatoranordnung 40 sich in Ansprechen auf die eingegebenen Lasten verdrehen oder verbiegen, wodurch eine zusätzliche Steifigkeitssteuerung und eine Fähigkeit zur Beeinflussung und Steuerung der Schlingerstabilität geschaffen werden.
6 zeigt ein Fahrzeugaufhängungsmodul, das mit der Torsionsstabanordnung von 5 konfiguriert ist. Wenn eines der Räder versucht, sich in Bezug auf das andere unabhängig zu bewegen, werden Eingangslasten durch die Schnittstellen 49, 59 übertragen und die Torsionsstabanordnung 56 erfährt eine Verdrehung oder Verbiegung. Wenn die Aktuatoranordnung 40 nicht betätigt ist, bewegen sich die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 unabhängig voneinander und in Bezug auf die gleitfähige oder drehbare Schnittstelle, die zwischen den nicht betätigten Reibungsblöcken 14 des Aktuators 10 und der Schnittstelle 44 der Muffe 42 definiert ist, so dass den Eingangslasten und dem Verdrehen oder Verbiegen der Torsionsstabanordnung 56 nur durch den inneren Torsionsstab 48 Widerstand geleistet wird. Wenn die Aktuatoranordnung 40 betätigt wird, beispielsweise durch einen Strom von einem Controller, der ein Signal von einem oder mehreren Fahrzeugsensoren empfängt, werden die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 wirksam verbunden, wenn die Reibungsblöcke 14 des Aktuators 10 gegen die Schnittstelle 44 der Muffe 42 pressen, um die Gleit- oder Drehbewegung zwischen den äußeren Torsionsstäben 50, 51 anzuhalten, wodurch die Gleitschnittstelle geschlossen oder beseitigt wird. Wenn die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 durch Aktivierung des Steifigkeitselements 40 wirksam verbunden werden, werden die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 funktionsfähig, um einer Verdrehung und Verbiegung der Torsionsstabanordnung 56 Widerstand zu leisten, z. B. sprechen die wirksam verbundenen äußeren Torsionsstäbe 50, 51 auf die in die Torsionsstabanordnung 56 eingegebenen Lasten an. Durch Steuern des zum Aktuator 10 gelieferten Stroms kann der Schlupf, z. B. die gleitfähige Schnittstelle, zwischen dem ersten und dem zweiten äußeren Torsionsstab 50, 51 gesteuert werden, wobei somit eine zusätzliche bedarfsabhängige Torsionssteuerung und dynamische Änderung des Gesamttorsionswiderstandes der Querstabilisatoranordnung 56 geschaffen wird.
Die in 6 gezeigte Aufhängungsanordnung 58 kann mehrere Steifigkeitselemente umfassen, die mit intelligenten Aktuatoren konfiguriert sind, die verwendet werden können, um eine zusätzliche bedarfsabhängige Steifigkeit in Steifigkeitssteuersystemen, einschließlich Fahrzeugstabilitätssteuersystemen, zu entfalten, indem das Ansprechen der Steifigkeitselemente auf Änderungen der Eingangsbelastung und Fahrzeugstabilitätsbedingungen dynamisch aktiviert und deaktiviert wird. Die Aufhängungsanordnung 58 kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass sie eine intelligente betätigte Querstabilisatoranordnung 56, eine oder mehrere intelligente betätigte Federbein- oder Strebenanordnungen, wie z. B. die Anordnung 31 (siehe 4A–4D), und ein oder mehrere Gestänge, die jeweils beispielsweise einen intelligenten Aktuator 10 (siehe 1A) oder eine intelligente Aktuatoranordnung 20 (siehe 2A) umfassen, umfasst. Unter Verwendung von einem oder mehreren Steifigkeitselementen, die mit intelligenten Aktuatoren konfiguriert und in Stabilitätssteuersysteme eingebaut sein können, können die Fahrzeughandhabung und -steifigkeitssteuerung mit minimaler Beeinträchtigung des Fahrkomforts verbessert werden und das Fahrzeugschlingerverhalten kann durch Schaffen einer bedarfsabhängigen Kopplung oder Abkopplung der intelligenten Steifigkeitselemente durch bedarfsabhängige Betätigung ihrer jeweiligen Aktuatoren verbessert werden. In einem nicht begrenzenden Beispiel demonstrierte ein Fahrwerksystem, das mit der Torsionsstabanordnung 56 und Federbeinanordnungen 31 konfiguriert ist, ein verbessertes Schlingerverhalten und die Fähigkeit, bedarfsabhängig eine zusätzliche Steifigkeit zu entfalten, um die Fahr- und Handhabungsleistung des so konfigurierten Fahrzeugs zu verbessern. Vorsimulationen unter Verwendung der repräsentativen Konfiguration mit einem Modell eines voll besetzten Fahrzeugs zeigen eine Verbesserung des Schlingergradienten von 5,89 Grad/g auf 3,85 Grad/g und eines Untersteuerungsgradienten mit den Metriken von 4,06 Grad/g auf 0,99 Grad/g.
Intelligente Aktuatoren weisen Vorteile gegenüber existierenden Systemen auf hydraulischer und Motorbasis auf, einschließlich verringerter Kosten, verringerter Komplexität und verringerten Unterbringungsraums. Mehrere Steifigkeitselemente mit intelligenten Aktuatoren können parallel oder in Reihe oder einer Kombination davon angeordnet werden, um den Bereich der möglichen Stabilitäts- und Steifigkeitssteuerung weiter zu vergrößern und die Implementierungsoptionen zu vermehren. Die vorher erörterten intelligenten Aktuatoren wurden in nicht begrenzenden Beispielen als intelligente Aktuatoren mit SMA-Betätigungselementen, die als SMA-Draht 16 definiert sind, beschrieben. Wie verständlich wäre, können die hier erörterten intelligenten Aktuatoren andere Konfigurationen von SMA-Material umfassen, wie z. B. ein SMA-Band, einen SMA-Film, ein SMA-Kabel, eingebettete SMA-Verbundmaterialien und Konfigurationen, die aus SMA-Volumenmaterialien ausgebildet sind, wie z. B. SMA-Metallpulver. Wie auch verständlich wäre, können die intelligenten Aktuatoren alternative Konstruktionen und andere Formen von Eingriffsmechanismen verwenden, wie z. B. Zahnräder, Kerbverzahnungen, Sperrklinken usw. Andere intelligente Materialien und intelligente Betätigungselemente können verwendet werden, einschließlich magnetorheologischer (MR) Fluide, elektrorheologischer (ER) Fluide, Piezoelementen, einschließlich Piezostapeln, magnetischer Formgedächtnislegierungen (MSMA) und magnetostriktiver Materialien, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein. Zusätzlich zu den vorher erörterten Vorteilen können das System und die Vorrichtung, die hier geschaffen werden, sich auf schnelle Änderungen der Steifigkeit beispielsweise innerhalb einiger Millisekunden einstellen. Der Bereich der Steifigkeitssteuerung und die schnelle Ansprechzeit ermöglichen, dass die Fahrzeughandhabung verbessert wird, ohne den Fahrkomfort zu beeinträchtigen. Untersteuerungseigenschaften können durch Steuern der Schlingerbewegungsverteilung zwischen den Vorder- und Hinterachsen beeinflusst werden. Die Straßenlage unter Geländefahrbedingungen kann auch verbessert werden.
7 zeigt eine alternative Konstruktion einer intelligenten Aktuatoranordnung, die im Allgemeinen bei 60 angegeben ist. Die in 7 und ferner den 8A bis 8C gezeigte Aktuatoranordnung 60 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar. Die Aktuatoranordnung 60, die auch als Drehmomentbegrenzungsanordnung oder Kopplung 60 bezeichnet werden kann, umfasst einen Aktuator 61 und eine Muffe 62. Die Muffe 62, die auch als Nabe, Antriebsnabe oder Flanschmuffe bezeichnet werden kann, definiert eine im Allgemeinen zylindrische Schnittstelle 64, die auch als Lageroberfläche oder Kupplungsfläche 64 bezeichnet werden kann, und eine zweite Befestigungsschnittstelle oder einen Flansch 66. Der Flansch 66 ist so konfiguriert, dass er an einem Befestigungsabschnitt 57 des zweiten äußeren Torsionsstabes 51 wirksam befestigt oder damit verbunden ist, wenn er in der Torsionsstabanordnung 56 montiert ist (siehe 5). Die Muffe 62 kann außerdem als Gehäuse oder Abdeckung für die Aktuatoranordnung 60 konfiguriert sein, um die Anordnung 60 und den Aktuator 61 vor einer Verunreinigung durch beispielsweise Straßenschmutz, Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen abzudichten oder zu schützen.
Der Aktuator 61 umfasst, wie in 7, 8A und 8B gezeigt, einen im Allgemeinen zylindrischen Aktuatorkörper 68, der betätigbare Finger 70 und eine erste Befestigungsschnittstelle oder Stützoberfläche 78 umfasst. Die erste Befestigungsschnittstelle 78 ist so konfiguriert, dass sie an einem Befestigungsabschnitt 52 des ersten äußeren Torsionsstabes 50 wirksam befestigt oder damit verbunden ist, wenn sie in der Torsionsstabanordnung 56 montiert ist (siehe 5). Der erste und der zweite Torsionsstab 50, 51 sind mit Aufhängungsschnittstellen 49, 59, wie vorher für 5 und 6 erörtert, wirksam verbunden.
Der Aktuator 61 umfasst ferner einen Federhalter 74 und mehrere Reibungsblöcke 72. Die innerste Oberfläche jedes Reibungsblocks 72, z. B. die Reibungsblockoberfläche, die am nächsten zur Mittelachse des Aktuators 61 liegt, ist nahe einer entsprechenden Außendurchmesseroberfläche eines Fingers 70 des Aktuatorkörpers 68 angeordnet. Die innerste Oberfläche von jedem Reibungsblock 72 kann an der äußeren Oberfläche des entsprechenden Fingers 70 wirksam befestigt sein, um den Reibungsblock 72 am Finger 70 zu halten, wenn sich der Aktuator 61 nicht in einem betätigten Zustand befindet. Der Reibungsblock 72 kann durch ein beliebiges geeignetes Mittel, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, beispielsweise durch einen Klebstoff oder ein anderes Bindeverfahren, oder durch eine Befestigungsvorrichtung oder ein anderes mechanisches Mittel, wirksam befestigt sein. In einer zusammengesetzten Konfiguration ist die äußerste Oberfläche von jedem Reibungsblock 72, z. B. die Reibungsblockoberfläche, die am weitesten von der Mittelachse des Aktuators 61 entfernt ist und die einen Abschnitt der äußeren Oberfläche des Aktuators 61 definiert, nahe der Schnittstellenoberfläche 64 der Muffe 62 angeordnet. Eine gleitfähige Schnittstelle, die auch als drehbare Schnittstelle beschrieben werden kann, ist zwischen der Schnittstellenoberfläche 64 und den äußersten Oberflächen der Reibungsblöcke 72 definiert, wenn er in der Torsionsstabanordnung 56 montiert ist und wenn sich der Aktuator 61 in einem nicht betätigten Zustand befindet.
Wenn Eingangslasten durch die Schnittstellen 49 und 59 übertragen werden, verdrehen oder verbiegen sich die äußeren Torsionsstäbe 50 und 51 in Ansprechen darauf, wie vorher für 6 erörtert. Wenn sich der Aktuator 61 in einem nicht betätigten Zustand befindet, sind der erste äußere Torsionsstab 50 und der zweite äußere Torsionsstab 51 durch die gleitfähige oder drehbare Schnittstelle zwischen der Schnittstellenoberfläche 64 und den Reibungsblöcken 72 des Aktuators 61 wirksam getrennt, so dass der erste äußere Torsionsstab 50 und der zweite äußere Torsionsstab 51 sich unabhängig voneinander in Ansprechen auf ihre jeweiligen Eingangslasten bewegen können.
Wie in 8B und 8C gezeigt, definiert der Federhalter 74 mehrere Anordnungsmerkmale 81, die auch als Federaussparungen bezeichnet werden können, die jeweils anwendbar sind, um eine Feder 80 im Federhalter 74 anzuordnen oder festzuhalten. Eine Feder 80 wird in der gezeigten Konfiguration in jeder Federaussparung 81 des Halters 74 derart festgehalten, dass jede Feder 80 mit der inneren Oberfläche eines Betätigungsfingers 70 in nahem Kontakt steht. Die Federn 80 sind aus einer Formgedächtnislegierung (SMA) hergestellt. Die mehreren SMA-Federn 80 sind mit einer Betätigungsquelle wirksam verbunden, die beispielsweise eine elektrische Schaltung sein kann, durch die ein Strom zu den mehreren SMA-Federn 80 geliefert werden kann, um die Federn 80 durch Erhöhen der Temperatur der mehreren SMA-Federn 80 durch Widerstandsheizen zu betätigen. In einem nicht begrenzenden Beispiel können die SMA-Federn 80 mit einem Controller wirksam verbunden sein, der auf mindestens einen Sensor anspricht, wobei der mindestens eine Sensor auf mindestens eine Betriebseigenschaft des Fahrzeugs anspricht, die sich auf die Aufhängungssteuerung und -stabilität auswirkt. Andere Verfahren zum thermischen Betätigen der SMA-Federn 80 können verwendet werden, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich wäre.
Die SMA-Feder 80 kann aus einer ausreichenden Anzahl von Windungen und aus einem SMA-Draht mit ausreichender Querschnittsfläche bestehen, wie für die spezifische Anwendung erforderlich, so dass, wenn sie betätigt wird, jede SMA-Feder 80 sich ausdehnt, um eine radiale Auswärtskraft gegen die Finger 70 auszuüben, die die radiale Ausdehnung der Finger 70 gegen die Reibungsblöcke 72 verursacht. Wie in 8C gezeigt, schiebt, wenn der Aktuator 61 betätigt wird, die resultierende radiale Auswärtskraft, die durch jede betätigte SMA-Feder 80 auf einen Betätigungsfinger 70 ausgeübt wird, die Reibungsblöcke 72 gegen die Schnittstelle 64 der Muffe 62. Sobald die resultierende axiale Reibungskraft einen ausreichenden Wert erreicht, wird die Bewegung zwischen der Muffe 62 und den Reibungsblöcken 72, die an den Betätigungsfingern 70 wirksam befestigt sind, angehalten, was die gleitfähige Schnittstelle zwischen der Muffe 62 und den Reibungsblöcken 72 beseitigt, so dass der Aktuator 61 und die Muffe 62 in Ansprechen auf Eingangslasten, die von den Schnittstellen 49, 59 durch die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 auf die Aktuatoranordnung 60 übertragen werden, sich zusammen bewegen und als einzelne Einheit wirksam verbunden werden. Wenn er betätigt wird, so dass der Aktuator 61 und die Muffe 62 wirksam verbunden werden, definieren die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 und die Aktuatoranordnung 60 wirksam einen einzelnen äußeren oder sekundären Torsionsstab, der zum inneren Torsionsstab 48 koaxial ist und eine Länge aufweist, die im Wesentlichen gleich der Länge des inneren Torsionstabes 48 ist, so dass, wenn Eingangslasten durch die Schnittstellen 49 und 59 übertragen werden, sowohl der primäre (innere) Torsionsstab 48 als auch der sekundäre Torsionsstab, der durch die Stäbe 50, 51 definiert ist, und die Aktuatoranordnung 60 sich verdrehen oder verbiegen, um ein kombiniertes Ansprechen auf die Eingangslasten zu schaffen, wodurch eine zusätzliche Steifigkeitssteuerung und die Fähigkeit, die Schlingerstabilität zu beeinflussen, geschaffen werden, wie für 6 erörtert.
9 zeigt eine alternative Konstruktion einer intelligenten Aktuatoranordnung, die im Allgemeinen bei 82 angegeben ist. Die Aktuatoranordnung 82, die auch als Drehmomentbegrenzungsvorrichtung oder als Kopplung bezeichnet werden kann, umfasst einen Aktuator 83 und eine Muffe 62. Die Muffe 62, die auch als Nabe oder Flanschmuffe bezeichnet werden kann, definiert eine im Allgemeinen zylindrische Schnittstelle 64, die auch als Lageroberfläche oder Kupplungsfläche 64 bezeichnet werden kann, und eine zweite Befestigungsschnittstelle oder einen Flansch 66. Der Flansch 66 ist so konfiguriert, dass er an einem Befestigungsabschnitt 57 des zweiten äußeren Torsionsstabes 51 wirksam befestigt oder damit verbunden ist, wenn er in der Torsionsstabanordnung 56 montiert ist (siehe 5). Die Muffe 62 kann außerdem als Gehäuse oder Abdeckung für die Aktuatoranordnung 82 konfiguriert sein, um die Anordnung 82 und den Aktuator 83 vor einer Verunreinigung beispielsweise durch Straßenschmutz, Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen abzudichten oder zu schützen.
Der Aktuator 83 umfasst, wie in 9, 10A und 10B gezeigt, einen im Allgemeinen zylindrischen Aktuatorkörper 68, der betätigbare Finger 70 und eine erste Befestigungsschnittstelle oder Stützoberfläche 78 umfasst. Die erste Befestigungsschnittstelle 78 ist so konfiguriert, dass sie an einem Befestigungsabschnitt 52 des ersten äußeren Torsionstabes 50 wirksam befestigt oder damit verbunden ist, wenn sie in der Torsionsstabanordnung 56 montiert ist (siehe 5). Der erste und der zweite Torsionsstab 50, 51 sind mit Aufhängungsschnittstellen 49, 59 wirksam verbunden, wie vorher für 5 und 6 erörtert.
Der Aktuator 83 umfasst ferner einen Betätigungsmechanismus 84, der im Allgemeinen C-förmig ist, so dass der Betätigungsmechanismus 84 so anpassbar ist, dass er koaxial innerhalb des Innendurchmessers des im Allgemeinen zylindrischen Aktuatorkörpers 78 angeordnet ist. Der Aktuator 83 umfasst mehrere Reibungsblöcke 72. Die innerste Oberfläche jedes Reibungsblocks 72, z. B. die Oberfläche des Reibungsblocks 72, die am nächsten zur Mittelachse des Aktuators 83 liegt, ist nahe einer entsprechenden Außendurchmesseroberfläche eines Fingers 70 des Aktuatorkörpers 68 angeordnet. Die innerste Oberfläche jedes Reibungsblocks 72 kann an der äußeren Oberfläche des entsprechenden Fingers 70 wirksam befestigt sein, um den Reibungsblock 72 am Finger 70 zu halten, wenn der Aktuator 83 sich nicht in einem betätigten Zustand befindet. Der Reibungsblock 72 kann durch ein beliebiges geeignetes Mittel, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, beispielsweise durch einen Klebstoff oder ein anderes Bindeverfahren oder durch eine Befestigungsvorrichtung oder ein anderes mechanisches Mittel, wirksam befestigt sein. In einer zusammengesetzten Konfiguration ist die äußerste Oberfläche jedes Reibungsblocks 72, z. B. die Reibungsblockoberfläche, die am weitesten von der Mittelachse des Aktuators 61 entfernt liegt und die einen Abschnitt der äußeren Oberfläche des Aktuators 83 definiert, nahe der Schnittstellenoberfläche 64 der Muffe 62 angeordnet. Eine gleitfähige Schnittstelle, die auch als drehbare Schnittstelle beschrieben werden kann, ist zwischen der Schnittstellenoberfläche 64 und den äußersten Oberflächen der Reibungsblöcke 72 definiert, wenn er in der Torsionsstabanordnung 56 montiert ist und wenn sich der Aktuator 83 in einem nicht betätigten Zustand befindet.
Wenn Eingangslasten durch die Schnittstellen 49 und 59 übertragen werden, verdrehen oder verbiegen sich die äußeren Torsionsstäbe 50 und 51 in Ansprechen darauf, wie vorher für 6 erörtert. Wenn sich der Aktuator 83 in einem nicht betätigten Zustand befindet, sind der erste äußere Torsionsstab 50 und der zweite äußere Torsionsstab 51 durch die gleitfähige Schnittstelle zwischen der Schnittstellenoberfläche 64 und den Reibungsblöcken 72 des Aktuators 83 wirksam getrennt, so dass der erste äußere Torsionsstab 50 und der zweite äußere Torsionsstab 51 sich unabhängig voneinander in Ansprechen auf ihre jeweiligen Eingangslasten bewegen können.
Wie in 10A und 10B gezeigt, definiert der Betätigungsmechanismus 84 mehrere Anordnungsmerkmale 86, die auch als Nuten oder Aussparungen bezeichnet werden können und die jeweils anwendbar sind, um einen Draht 88 anzuordnen oder festzuhalten. Der Betätigungsmechanismus 84 definiert ferner mehrere Ausstülpungen 90, die auch als Vorsprünge, Ansätze oder Erweiterungen bezeichnet werden können und die mit der inneren Oberfläche eines Betätigungsfingers 70 jeweils in nahem Kontakt stehen. Die Drähte 88 sind aus einer Formgedächtnislegierung (SMA) hergestellt und können einen Querschnitt mit ausreichender Größe und Konfiguration aufweisen, wie für die spezifische Anwendung erforderlich. Die mehreren SMA-Drähte 88 sind mit einer Betätigungsquelle wirksam verbunden, die beispielsweise eine elektrische Schaltung sein kann, durch die ein Strom zu den mehreren SMA-Drähten 88 geliefert werden kann, um die Drähte 88 durch Erhöhen der Temperatur der mehreren SMA-Drähte 88 durch Widerstandsheizung zu betätigen. In einem nicht begrenzenden Beispiel können die SMA-Drähte 88 mit einem Sensor, einem Schalter oder einem Controller wirksam verbunden sein, der auf mindestens einen Sensor anspricht, wobei der mindestens eine Sensor auf mindestens eine Betriebseigenschaft des Fahrzeugs anspricht, die sich auf die Aufhängungssteuerung und -stabilität auswirkt, wie vorher erörtert. Andere Verfahren zum thermischen Betätigen der SMA-Drähte 88 können verwendet werden, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich wäre.
Die SMA-Drähte 88 sind in Nuten 86 konfiguriert und wirksam montiert oder an dem im Allgemeinen C-förmigen Gehäuse des Mechanismus 84 befestigt, so dass, wenn sie betätigt werden, jeder SMA-Draht 88 sich ausdehnt, so dass er bewirkt, dass sich jedes Ende des im Allgemeinen C-förmigen Mechanismus 84 nach außen in der ”A”-Richtung, die in 10B angegeben ist, ausdehnt, so dass die Vorsprünge 90 eine radiale Auswärtskraft in der ”B”-Richtung, die in 10B angegeben ist, gegen die Finger 70 ausüben, die die radiale Ausdehnung der Finger 70 gegen die Reibungsblöcke 72 bewirkt. Wenn der Mechanismus 84 betätigt wird, schiebt die resultierende radiale Auswärtskraft, die durch die mehreren Vorsprünge 90 auf die Betätigungsfinger 70 ausgeübt wird, die Reibungsblöcke 72 gegen die Schnittstelle 64 der Muffe 62. Sobald die resultierende axiale Reibungskraft einen ausreichenden Wert erreicht, wird die Bewegung zwischen der Muffe 62 und den Reibungsblöcken 72, die an den Betätigungsfingern 70 wirksam befestigt sind, angehalten, was die gleitfähige Schnittstelle zwischen der Muffe 62 und den Reibungsblöcken 72 beseitigt, so dass der Aktuator 83 und die Muffe 62 in Ansprechen auf Eingangslasten, die von den Schnittstellen 49, 59 durch die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 auf die Aktuatoranordnung 82 übertragen werden, sich zusammen bewegen und als einzige Einheit wirksam verbunden werden. Wenn sie betätigt werden, so dass der Aktuator 83 und die Muffe 62 wirksam verbunden werden, definieren die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 und die Aktuatoranordnung 82 wirksam einen sekundären oder äußeren Torsionsstab, der zum inneren Torsionsstab 48 koaxial ist und eine Länge aufweist, die im Wesentlichen gleich der Länge des inneren Torsionsstabes 48 ist, so dass, wenn Eingangslasten durch die Schnittstellen 49 und 59 übertragen werden, sowohl der innere Torsionsstab 48 als auch der sekundäre Torsionsstab, der durch die Stäbe 50, 51 definiert ist, und die Aktuatoranordnung 82 sich in Ansprechen auf die eingegebenen Lasten verdrehen oder verbiegen, wodurch eine zusätzliche Steifigkeitssteuerung und die Fähigkeit, die Schlingerstabilität zu beeinflussen, geschaffen werden, wie für 6 erörtert.
11A zeigt eine alternative Konstruktion eines intelligenten Aktuators, der im Allgemeinen bei 102 angegeben ist, der in einer Ansicht in auseinandergezogener Anordnung in 11B gezeigt ist. Der Aktuator 102 umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen Aktuatorkörper 100, der betätigbare Finger 106 und eine erste Befestigungsschnittstelle oder Stützoberfläche 104 umfasst, die, wie gezeigt, einen Federsitz 108 definiert. Der Aktuator 102 umfasst ferner eine erste Abdeckplatte 92, eine zweite Abdeckplatte 96 und einen Betätigungsmechanismus 94, der als magnetorheologischer (MR) Kern 94 mit einem MR-Fluid (nicht dargestellt) und Magnetspulen 98 gezeigt ist. Die Abdeckplatten 92, 96 und der MR-Kern 94 sind jeweils mit mehreren Schlitzen konfiguriert, so dass die Finger 106 durch mehrere Schlitze in jeder der Abdeckplatten 92, 96 und dem Kern 94 einsetzbar sind, wie in der Ansicht in auseinandergezogener Anordnung von 11B gezeigt. Wenn sich der Aktuator 102 in einem nicht betätigten Zustand befindet, definieren die Finger 106 und die mehreren Schlitze eine gleitfähige Schnittstelle, so dass eine Gleitbewegung des Aktuatorkörpers 100 in Bezug auf die mehreren Schlitze und in Bezug auf die Längsachse des im Allgemeinen zylindrischen Aktuators 102 uneingeschränkt ist.
Magnetspulen 98 sind radial im MR-Kern 94 verteilt, um einen Elektromagneten zu definieren. Die Magnetspulen 98 sind mit einer Betätigungsquelle wirksam verbunden, die beispielsweise eine elektrische Schaltung sein kann, durch die ein Strom zu den Spulen 98 geliefert werden kann, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das das MR-Fluid im Kern 94 aktiviert. In einem nicht begrenzenden Beispiel können die Spulen 98 wirksam mit einem Schalter oder Controller verbunden sein, der auf mindestens einen Sensor anspricht, wobei der mindestens eine Sensor anwendbar ist, um mindestens eine Betriebseigenschaft des Fahrzeugs zu erfassen, die sich auf die Aufhängungssteifigkeit, -steuerung und -stabilität auswirkt. Die Spulen 98 können eine ausreichende Querschnittsdichte und Anzahl von Windungen aufweisen, wie für die spezifische Anwendung erforderlich, so dass, wenn sie betätigt werden, die Spulen 98 das MR-Fluid des Kerns 94 aktivieren, was eine Kraft gegen die Finger 106 ausübt und die Bewegung der Finger 106 anhält, so dass die Finger 106 nicht durch die mehreren Schlitze gleiten können, wenn sich der Aktuator 100 in einem betätigten Zustand befindet.
12 zeigt im Allgemeinen bei 110 angegeben einen Steifigkeitsmechanismus, der im Allgemeinen als Strebenanordnung konfiguriert ist, die als nicht begrenzendes Beispiel eine Aufhängungsstrebenanordnung sein kann, die zur Verwendung in einem Fahrzeug anwendbar ist. Die Anordnung 110 umfasst einen Dämpfer 118, eine Hauptfeder 116, eine erste Schnittstelle 114, eine zweite Schnittstelle 120, eine Aktuatorfeder 112 und einen Aktuator 102 mit einem AktuatorkÖrper 100 und einem MR-Kern 94. Die Hauptfeder 116 steht an einem ersten Ende mit der ersten Schnittstelle 114 und an einem zweiten Ende mit der zweiten Schnittstelle 120 in wirksamer Verbindung oder ist wirksam daran befestigt oder dann angeordnet, die einen Federsitz definieren können. Die erste Schnittstelle 114 kann einen Federsitz und ein Befestigungsende definieren, das dazu konfiguriert ist, die Anordnung 110 wirksam an einer Fahrzeugkarosserie, einem Fahrzeugfahrwerk oder einer Fahrzeugaufhängung zu befestigen. Der Dämpfer 118, der auch als Stoßdämpfer bezeichnet werden kann, ist wie für 4A beschrieben konfiguriert und ist an einem Ende mit der ersten Schnittstelle 114 verbunden. Der Dämpfer 118 definiert ein zweites Ende, das zur Verbindung beispielsweise mit einem Abschnitt einer Fahrzeugkarosserie, einem Fahrzeugfahrwerk oder einer Fahrzeugaufhängung ausgelegt sein kann. Der Dämpfer 118 steht mit der zweiten Schnittstelle 120 in wirksamer Verbindung, die fest am Dämpfer 118 angebracht sein kann, wie für 4A beschrieben. Der Dämpfer 118, die Schnittstellen 114, 120 und die Hauptfeder 116 sind gemeinsam als herkömmliche Strebenanordnung konfigurierbar, die auch als Federbein, Federbeindämpfer oder als Federbeindämpferanordnung bezeichnet werden kann, wie diese Begriffe für einen Fachmann auf dem Gebiet verständlich sind. Lasten werden in die Enden der Anordnung 110 in Ansprechen auf Änderungen der Fahrzeugbetriebsbedingungen eingegeben, wie beispielsweise Wenden, Kurvenfahren, Lenken, Bremsen oder andere Manöver, die sich auf die Radaufhängungskonfiguration und/oder die Fahrzeugstabilität auswirken, einschließlich Fahrzeugschlingern und -gieren, Änderungen des Kontakts des Reifens mit der Straße, die durch Veränderungen der Straßenoberfläche verursacht werden, wie z. B. Wölbung, Schlaglöcher, Oberflächenglätte oder -rauheit, oder andere Änderungen des Fahrzeugzustandes. Auf Lasten, die in die Anordnung 110 eingegeben werden, wird durch Ausdehnung und Kompression der Hauptfeder 116 und durch Ausfahren und Einziehen des Dämpfers 118 angesprochen oder entgegengewirkt, wie vorher für 4A–4D beschrieben.
Die Aktuatorfeder 112 steht an einem ersten Ende mit der ersten Schnittstelle 114 und an einem zweiten Ende mit einem Federhalter 108 des Aktuatorkörpers 100 in wirksamer Verbindung. Der Aktuator 102 mit dem Aktuatorkörper 100 und der Dämpferkörper 118 sind derart konfiguriert, dass, wenn sich der Aktuator 102 in einem nicht betätigten Zustand befindet, die Finger 106 des Aktuatorkörpers 100 uneingeschränkt sind und sich gleitfähig entlang der Achse der Anordnung 110 und innerhalb der mehreren Schlitze, die durch den MR-Kern 94 und die Abdeckplatten 92, 96 definiert sind, bewegen können, so dass die Aktuatorfeder 112 in einem nicht aktivierten oder freien Zustand bleibt, z. B. wird die Aktuatorfeder 112 weder ausgedehnt noch komprimiert und übt an sich kein Federkraftansprechen auf Lasten aus, die in die Anordnung 110 eingegeben werden, wie vorher für 4A–4D erörtert. Wenn sich der Aktuator 102 in einem nicht betätigten Zustand befindet, ist daher die Gesamtsteifigkeit (Widerstandskraft) der Anordnung 110 gleich der Steifigkeit der Hauptfeder 116 und der Steifigkeit des Dämpfers 118.
Wenn der Aktuator 102 betätigt wird, beispielsweise durch einen zu den Magnetspulen 98 gelieferten Strom, der das MR-Fluid des Kerns 94 aktiviert, übt der Aktuator 102 eine Kraft auf die Finger 106 aus, die bewirkt, dass die Gleitbewegung des Aktuatorkörpers 100 angehalten wird, so dass der Körper 100 mit dem Federhalter 104 eingeschränkt wird und der Aktuatorkörper 100 sich in Verbindung mit dem Dämpferkörper 118 bewegt, was bewirkt, dass die Feder 112 aktiviert und funktionsfähig wird. Wenn die Feder 112 aktiviert und parallel mit der primären Feder 116 und dem Dämpfer 118 eingerückt wird, ist die Gesamtsteifigkeit der Anordnung 110 gleich der Summe der Steifigkeit der Hauptfeder 116, der Steifigkeit des Dämpfers 118 und der Steifigkeit der aktivierten Aktuatorfeder 112.
Während des Fahrzeugbetriebs und wie vorher in Bezug auf 4A–4D beschrieben, kann die Anordnung 110 auf Druck und Zug und mit variierenden Lasten dynamisch belastet, entlastet und erneut belastet werden. Einer oder mehrere Sensoren in wirksamer Kommunikation mit einem Controller oder einem anderen Mittel, das anwendbar ist, um den Aktuator 102 zu betätigen, können derart konfiguriert sein, dass der Aktuator 102 in Ansprechen auf eine Sensoreingabe dynamisch betätigt wird, um die Feder 112 zu aktivieren, wodurch selektiv und dynamisch eine zusätzliche Steifigkeit für die Anordnung 110 geschaffen wird, z. B. mit Aktivierungsansprechzeiten von einigen Millisekunden. Dadurch kann das dynamische Management der Fahrzeugsteifigkeit und -stabilität während des Fahrzeugbetriebs erweitert und verbessert werden.
13 zeigt eine Torsionsstabanordnung 156 mit einer alternativen Konstruktion einer intelligenten Aktuatoranordnung, die im Allgemeinen bei 122 angegeben ist. Die Torsionsstabanordnung 156 ist beispielsweise zur Verwendung im Aufhängungsmodul 58 von 6 anwendbar. Die Aktuatoranordnung 122, die als Kopplung oder Drehmomentbegrenzungsvorrichtung bezeichnet werden kann, umfasst einen Aktuator 130 und eine Muffe 128. Die Muffe 128, die auch als Nabe, Antriebsnabe oder Flanschmuffe bezeichnet werden kann, definiert eine im Allgemeinen zylindrische Schnittstelle 124 und eine zweite Befestigungsschnittstelle oder einen Flansch 126. Der Flansch 126 ist so konfiguriert, dass er an einem Befestigungsabschnitt 57 des zweiten äußeren Torsionsstabes 51 wirksam befestigt oder damit verbunden ist, wenn er in der Torsionsstabanordnung 156 montiert ist. Die Aktuatoranordnung 130 umfasst ein Gehäuse 134, das dazu konfiguriert sein kann, die Anordnung 122 vor einer Verunreinigung beispielsweise durch Straßenschmutz, Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen abzudichten oder zu schützen. Das Gehäuse 134 definiert eine erste Befestigungsschnittstelle 132, die so konfiguriert ist, dass sie an einem Befestigungsabschnitt 52 des ersten äußeren Torsionsstabes 50 wirksam befestigt oder damit verbunden ist, wenn es in der Torsionsstabanordnung 156 montiert ist. Der erste und der zweite Torsionsstab 50, 51 sind mit Aufhängungsschnittstellen 49, 59 wirksam verbunden, wie in 6 gezeigt und vorher erörtert.
Der Aktuator 130 umfasst ferner einen Betätigungsmechanismus 136, der als magnetorheologischer (MR) Aktuator oder MR-Kern 136 anwendbar ist. In einer zusammengesetzten Konfiguration ist der MR-Kern 136 nahe der Schnittstelle 124 der Muffe 128 angeordnet. Eine gleitfähige Schnittstelle, die auch als drehbare Schnittstelle beschrieben werden kann, ist zwischen der Schnittstelle 124 und dem MR-Kern 136 definiert, wenn er in der Torsionsstabanordnung 156 montiert ist und wenn sich der Aktuator 122 in einem nicht betätigten Zustand befindet.
Wenn Eingangslasten durch die Schnittstellen 49 und 59 übertragen werden, verdrehen oder verbiegen sich die äußeren Torsionsstäbe 50 und 51 in Ansprechen darauf, wie vorher für 6 erörtert. Wenn sich der Aktuator 122 in einem nicht betätigten Zustand befindet, sind der erste äußere Torsionsstab 50 und der zweite äußere Torsionsstab 51 durch die gleitfähige oder drehbare Schnittstelle zwischen der Schnittstelle 124 und dem MR-Kern 136 des Aktuators 122 wirksam getrennt, so dass der erste äußere Torsionsstab 50 und der zweite äußere Torsionsstab 51 sich unabhängig voneinander in Ansprechen auf ihre jeweiligen Eingangslasten bewegen können.
Wenn der Aktuator 122 betätigt wird, wird der MR-Kern 136 aktiviert und übt eine Kraft auf die Schnittstelle 124 aus, die bewirkt, dass die Bewegung zwischen der Schnittstelle 124 und dem MR-Kern 136 angehalten wird, was die Gleitschnittstelle zwischen der Schnittstelle 124 und dem MR-Kern 136 beseitigt, so dass sich der Aktuator 130 und die Muffe 128 in Ansprechen auf Eingangslasten, die von den Schnittstellen 49, 59 durch die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 auf die Aktuatoranordnung 122 übertragen werden, zusammen bewegen und als einzelne Einheit wirksam verbunden werden. Wenn er betätigt wird, so dass der Aktuator 130 und die Muffe 128 wirksam verbunden werden, definieren die äußeren Torsionsstäbe 50, 51 und die Aktuatoranordnung 122 wirksam einen einzelnen äußeren oder sekundären Torsionsstab, der zum inneren Torsionsstab 48 koaxial ist und eine Länge aufweist, die zur Länge des inneren Torsionsstabes 48 im Wesentlichen gleich ist, so dass, wenn Eingangslasten durch die Schnittstellen 49 und 59 übertragen werden, sich der primäre (innere) Torsionsstab 48 und der sekundäre Torsionsstab, der durch die Stäbe 50, 51 definiert ist, und die Aktuatoranordnung 122 beide in einem kombinierten Ansprechen auf die eingegebenen Lasten verdrehen oder verbiegen, wodurch eine zusätzliche Steifigkeitssteuerung und die Fähigkeit, die Schlingerstabilität zu beeinflussen, geschaffen werden, wie für 6 erörtert.
14 zeigt eine alternative Konstruktion einer intelligenten Aktuatoranordnung, die im Allgemeinen bei 140 angegeben ist, die beispielsweise auf ein Steifigkeitselement angewendet werden kann oder verwendet werden kann, um die relative Bewegung einer ersten Befestigungsschnittstelle 142 und einer zweiten Befestigungsschnittstelle 144 zu steuern. Die Aktuatoranordnung 140 umfasst ferner eine erste betätigbare Oberfläche 146 und eine zweite betätigbare Oberfläche 148, die als nicht begrenzendes Beispiel als Reibungsblöcke, Keile, Lageroberflächen oder andere Oberflächen konfiguriert sein können, auf die durch den Betätigungsmechanismus 138 mit den Aktuatoroberflächen 150 eingewirkt wird. Der Betätigungsmechanismus 138 kann so konfiguriert sein, dass er irgendeinen von einer Vielfalt von intelligenten Aktuatoren umfasst, beispielsweise kann der Betätigungsmechanismus 138 einen SMA-Aktuator, einen MR-Aktuator, einen ER-Aktuator oder einen Piezostapel oder einen anderen Aktuator mit einem intelligenten Material umfassen. Der Betätigungsmechanismus 138 kann ferner so ausgelegt sein, dass er mit einer Betätigungsquelle wirksam verbunden ist, die in einem nicht begrenzenden Beispiel eine elektrische Schaltung sein kann, die einen elektrischen Strom liefert und die mit einem oder mehreren Sensoren, einem Schalter oder einem Controller wirksam verbunden sein kann, der auf einen oder mehrere Sensoren anspricht, wobei der eine oder die mehreren Sensoren auf mindestens eine Betriebseigenschaft eines Steifigkeitssteuersystems ansprechen, wobei die Steifigkeit des Systems durch die Betätigung der Aktuatoranordnung 140 beeinflusst werden kann. Der Betätigungsmechanismus 138 ist in 14 in einem nicht begrenzenden Beispiel als verjüngtes oder keilförmiges Element gezeigt, das nahe den betätigbaren Oberflächen 146, 148 angeordnet ist, so dass in einem nicht betätigten Zustand die Schnittstellen 142 und 144 relativ zueinander und relativ zu den Oberflächen 150 des Mechanismus 138 beweglich sind. Wenn sich der Aktuator 138 in einem betätigten Zustand befindet, stehen die Oberflächen 150 des Aktuators 138 mit den betätigbaren Oberflächen 146, 148 in Eingriff oder in Eingriffskontakt, so dass die relative Bewegung zwischen den Schnittstellen 142, 146 angehalten, eingeschränkt oder verhindert wird. Wie verständlich wäre, kann die Aktuatoranordnung 140 mit anderen Konfigurationen von betätigbaren Oberflächen 146, 148 und Aktuatoroberflächen 150 ausgelegt sein, wobei die betätigbaren Oberflächen 146, 148 und die Aktuatoroberflächen 150 nahe zueinander konfiguriert und angeordnet sind, so dass eine gleitfähige Schnittstelle zwischen den Oberflächen aufrechterhalten wird, wenn sich der Aktuator 138 in einem nicht betätigten Zustand befindet, und so dass die Bewegung zwischen den betätigbaren Oberflächen 146, 148 und den Aktuatoroberflächen 150 angehalten oder verhindert wird, wenn sich der Aktuator 138 in einem betätigten Zustand befindet.
Die in 1A bis 14 hier gezeigten Beispielkonfigurationen sollen nicht begrenzend sein. Als Beispiel können die Steifigkeitselemente und intelligenten Aktuatoren, wie hier erörtert, auf Nicht-Fahrzeug-Systeme und -Anwendungen angewendet werden, wie z. B. Nicht-Fahrzeug-Aufhängungssysteme, Materialhandhabungssysteme, Palettenhubsteuersysteme und Kippschutz- und Nivellierungsmechanismen. In Handhabungssystemen können beispielsweise eine zusätzliche Spannkraft und Greifkraft bedarfsabhängig und dynamisch unter Verwendung einer Steifigkeitssteuerung mit intelligenten Aktuatoren geschaffen werden, während die Systemkomplexität und die Systemkosten signifikant verringert werden und was zu einem niedrigeren Massenaufwand im Vergleich zu anderen Handhabungssystemkonfigurationen wie z. B. jenen, die mit hydraulischen Aktuatoren und Elektromotoren konfiguriert sind, führt.
Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzbereichs des Patentanspruchs 1.