DE102012002880A1

DE102012002880A1 - Modul mit variabler Echtzeitdämpfung unter Verwendung von magnetischem Formgedächtnismaterial

Info

Publication number: DE102012002880A1
Application number: DE201210002880
Authority: DE
Inventors: Shivaram AC; Khandelwal Ashish
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2012-08-23
Also published as: US20120211318A1; CN102644690A

Abstract

Ein Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung umfasst einen Strömungskanal, der derart konfiguriert ist, eine Fluidströmung zwischen einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer eines zylindrischen Rohrelements zuzulassen, wenn eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung einen Druck auf das Fluid in der ersten Kammer ausübt. Eine variable Dämpferbaugruppe ist derart konfiguriert, eine Fluidströmung durch den Strömungskanal zu steuern. Die variable Dämpferbaugruppe umfasst einen Dämpfer, der derart konfiguriert ist, eine Öffnung des Strömungskanals variabel zu blockieren. Ein magnetisches Formgedächtniselement ist derart konfiguriert, eine Position des Dämpfers in der Öffnung des Strömungskanals variabel zu steuern. Das magnetische Formgedächtniselement weist Änderungen in der Form auf, wenn es einem Magnetfeld ausgesetzt wird. Eine elektromagnetische Vorrichtung reguliert das Magnetfeld zur variablen Steuerung der Position des Dämpfers in dem Strömungskanal durch Änderung der Form des magnetischen Formgedächtniselements.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform betrifft allgemein Vorrichtungen mit Echtzeitdämpfung in einem Fahrzeug.
Fahrzeuge verwenden Dämpfungsvorrichtungen, um eine Bewegung zwischen zwei Elementen eines Fahrzeugs zu steuern oder zu glätten, die eine Schwingung erzeugen kann. Diese Dämpfungsvorrichtungen sind typischerweise Vorrichtungen vom Kolbentyp, die zwei fluidgefüllte Kammern aufweisen, die eine Bewegung oder eine Schwingung durch Übertragen von Fluid zwischen Kammern unter Verwendung hydraulischer Sperrschieber und Ventile steuern. Die Dämpfung wird oftmals durch eine Regulierung eines Widerstandes der Fluidströmung zwischen den Kolbenkammern gesteuert. Typischerweise nutzen derartige Vorrichtungen vom Kolbentyp Strömungskanäle, die eine eingestellte Größe besitzen, um die Fluidströmung aus der Primärkammer zu übertragen. Jedoch resultiert das Vorhandensein von Strömungskanälen mit einer fixierten Größe in einem gleichen Dämpfungsansprechen zum Glätten einer Bewegung zwischen zwei Fahrzeugkomponenten und kann daher keine effektive Echtzeitdämpfung bereitstellen, die sich auf bestimmte Fahrzeugbedingungen eingestellt. Es kann ein magnetorheologisches (MR) Fluid verwendet werden, die Fluidströmung aus der Druckkammer variabel zu steuern; jedoch mit zusätzlichen Kosten und Konstruktionskomplexität.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Vorteil einer Ausführungsform ist eine variable Echtzeitsteuerung der Fluidströmung zwischen einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer eines Dämpfungsmoduls durch variables Steuern einer Position eines Dämpfers in einer Dämpfungsbaugruppe, die zwei Fahrzeugelemente koppelt. Die variable Steuerung des Dämpfers wird unter Verwendung magnetischer Formgedächtniselemente gesteuert, die durch ein elektromagnetisches Feld geregelt werden. Die Position des Dämpfers kann in Echtzeit geregelt werden, um die Fluidströmung variabel durch eine Öffnung eines Strömungskanals zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer zu steuern, wodurch die relative Bewegung oder Schwingung zwischen zwei Fahrzeugelementen gesteuert wird. Ein anderer Vorteil magnetischer Formgedächtniselemente ist die schnelle Ansprechzeit, die eine verbesserte Steuerung von durch die Öffnung des Strömungskanals strömendem Fluid zulässt.
Eine Ausführungsform betrifft ein Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung. Ein zylindrisches Rohrelement enthält ein Fluid. Das zylindrische Rohrelement weist eine erste Kammer und eine zweite Kammer zur Aufnahme und zur Speicherung von Fluid auf. Eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung ist derart konfiguriert, Fluid in der ersten Kammer mit Druck zu beaufschlagen. Ein Strömungskanal ist derart konfiguriert, eine Fluidströmung zwischen der ersten Kammer und zweiten Kammer zuzulassen, wenn die Druckbeaufschlagungsvorrichtung einen Druck auf das Fluid in der ersten Kammer ausübt. Eine variable Dämpferbaugruppe ist derart konfiguriert, eine Fluidströmung durch den Strömungskanal zu steuern. Die variable Dämpferbaugruppe umfasst einen Dämpfer, der derart konfiguriert ist, eine Öffnung des Strömungskanals variabel zu blockieren. Ein magnetisches Formgedächtniselement ist derart konfiguriert, eine Position des Dämpfers in der Öffnung des Strömungskanals variabel zu steuern. Das magnetische Formgedächtniselement weist, wenn es einem magnetischen Feld ausgesetzt wird, Änderungen hinsichtlich der Form auf. Eine elektromagnetische Vorrichtung ist derart konfiguriert, das Magnetfeld über das magnetische Formgedächtniselement zu erzeugen. Die elektromagnetische Vorrichtung reguliert das Magnetfeld zur variablen Steuerung der Position des Dämpfers in dem Strömungskanal durch Änderung der Form des magnetischen Formgedächtniselements.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Moduls zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung.
2 ist eine schematische Schnittansicht der variablen Dämpferbaugruppe in einem nicht erregten Zustand.
3 ist eine schematische Schnittansicht der variablen Dämpferbaugruppe in einem erregten Zustand.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In 1 ist allgemein ein Modul 10 zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung gezeigt, das Stoß- oder Schwingungsimpulse zwischen zwei Fahrzeugelementen dämpft. Das Modul 10 zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung reguliert den Stoß oder die Schwingung, der/die durch eines der Fahrzeugelemente übertragen wird, durch Absorption der Impulse und Dissipation der kinetischen Energie.
Das Modul 10 zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung weist ein zylindrisches Rohrelement 12 auf, das ein Fluid 14 enthält. Das zylindrische Rohrelement 12 kann ein Einzelrohraufbau oder ein Doppelrohraufbau sein, bei dem die beiden Rohre axial relativ zueinander verschoben werden. Das zylindrische Rohrelement 12 weist eine erste Kammer 16 und eine zweite Kammer 18 zum Halten des Fluids 14 auf. Das Fluid 14 wird in der ersten Kammer 16 mit Druck beaufschlagt und in die zweite Kammer 18 getrieben, die als ein Reservoir dient. Der Übergang des Fluids von der ersten Kammer 16 zu der zweiten Kammer 18 beeinflusst die Steifigkeit oder Kompressionskraft zwischen den beiden Fahrzeugkomponenten. Durch variables Regulieren der Fluidmenge, die aus der ersten Kammer 16 zu der zweiten Kammer 18 strömen kann, wenn die erste Kammer mit Druck beaufschlagt wird, kann die Dämpfung zwischen den beiden Komponenten variabel gesteuert werden.
Eine variable Dämpferbaugruppe 20 ist in dem zylindrischen Rohrelement 12 zur Steuerung einer Fluidströmung durch einen Strömungskanal 21 zwischen der ersten Kammer 16 und der zweiten Kammer 18 angeordnet. Es kann mehr als ein Strömungskanal in der variablen Dämpferbaugruppe 20 enthalten sein. Die variable Dämpferbaugruppe 20 kann als Teil einer Druckbeaufschlagungsvorrichtung integriert sein, die auf die erste Kammer 16 wirkt, wie ein Kolben, oder kann von der Druckbeaufschlagungsvorrichtung getrennt sein.
Die 2 und 3 zeigen die variable Dämpferbaugruppe 20 in einem nicht erregten Zustand bzw. einem erregten Zustand. Der Strömungskanal 21 weist eine Leitung auf, um eine Fluidströmung zwischen der ersten Kammer 16 und der zweiten Kammer 18 zuzulassen (wie in 1 gezeigt ist). Die variable Dämpferbaugruppe 10 weist einen Dämpfer 22 auf, der derart konfiguriert ist, eine Öffnung des Strömungskanals 21 zu blockieren. Der Dämpfer 22 steht verschiebbar mit der Öffnung des Strömungskanals 21 in Eingriff. Der Dämpfer 22 kann verschiebbar über der Öffnung des Strömungskanals 21 an irgendeiner Position zwischen einer vollständig nicht blockierten Position und einer vollständig blockierten Position positioniert sein. Der Dämpfer 22 weist eine Schnittfläche auf, die in der vollständig blockierten Position die gesamte Öffnung des Strömungskanals 21 blockieren kann oder in Bezug auf die Öffnung variabel positioniert werden kann, um einen Teil der Öffnung zu blockieren. Es sei angemerkt, dass der Dämpfer relativ zu der Öffnung des Strömungskanals unter Verwendung anderer Bewegungstypen, die von einer Verschiebungsbewegung verschieden sind (z. B. schwenkende Dämpfer) verstellt werden kann.
Ein magnetisches Formgedächtniselement 24 ist derart konfiguriert, auf den Dämpfer 22 so einzuwirken, dass eine Position des Dämpfers 22 relativ zu der Öffnung des Strömungskanals 21 gesteuert wird. Das magnetische Formgedächtniselement 24 weist Änderungen in seiner Form auf, wenn es einem Magnetfeld ausgesetzt wird, um den Dämpfer 22 variabel über der Öffnung des Strömungskanals 21 zu verstellen.
Die variable Dämpferbaugruppe 20 weist ferner eine elektromagnetische Vorrichtung 26 auf, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes über das magnetische Formgedächtniselement 24 konfiguriert ist. Die elektromagnetische Vorrichtung 26 weist einen Kern 28, wie einen ferromagnetischen Kern, und eine Wicklung 30 auf, die um den Kern 28 gewickelt ist, um das Magnetfeld zu erzeugen. Die Stärke des Magnetfeldes hängt von dem an die Wicklung 30 gelieferten Strom zusätzlich zu der Querschnittsfläche des Kerns 28 und der Anzahl von Windungen und der Querschnittsfläche des Drahts der Wicklung 30 ab. Eine Änderung der Stärke des Magnetfelds, das durch die elektromagnetische Vorrichtung 26 erzeugt wird, variiert die Ausdehnung des magnetischen Formgedächtniselements 24.
2 zeigt das magnetische Formgedächtniselement 24 in einer nicht erregten Position. Wenn kein Strom an die elektromagnetische Vorrichtung 26 angelegt ist, ist das magnetische Formgedächtniselement 24 entspannt. Eine Vorspannfeder 32 ist mit dem Dämpfer 22 gekoppelt, um eine Vorspannkraft auf den Dämpfer 22 beizubehalten, wenn zum Rückführen des Dämpfers 22 und des magnetischen Formgedächtniselements 24 in seine Ursprungsposition kein Magnetfeld vorhanden ist. Die Vorspannfeder 32 kann so vorbelastet sein, dass die Vorspannfeder 32 den Dämpfer 22 in einer Anfangsposition beibehält, wenn kein Magnetfeld an das magnetische Formgedächtniselement 24 angelegt ist.
3 zeigt ein durch die elektromagnetische Vorrichtung 26 erzeugtes Magnetfeld 34, das auf das magnetische Formgedächtniselement 24 angelegt ist, um die Fluidströmung durch die Öffnung des Strömungskanals 21 durch den Dämpfer 22 zu beschränken. Wie vorher beschrieben wurde, ist die Stärke des Magnetfelds 34 durch die Strommenge, die an die elektromagnetische Vorrichtung 26 angelegt ist, bestimmt. Die Stärke des Magnetfelds 34 bestimmt ihrerseits den Grad, um wie viel das magnetische Formgedächtniselement 24 verstellt wird. Das magnetische Formgedächtniselement 24 erzeugt eine Dehnung und dehnt sich aus, wenn ein Magnetfeld 34 angelegt wird. Je größer die Stärke des Magnetfelds 34 ist, umso größer ist die Ausdehnung des magnetischen Formgedächtniselements 24. Dies bedeutet, das Magnetfeld ist proportional zu der Dehnung der magnetischen Formgedächtniselemente. Infolgedessen wird das Magnetfeld 34 variabel in Echtzeit reguliert, um die Ausdehnung des magnetischen Formgedächtniselements 24 variabel zu steuern, was direkt die Position des Dämpfers 22 relativ zu der Öffnung des Strömungskanals 21 steuert. Überdies besitzt das magnetische Formgedächtniselement eine schnelle Ansprechzeit, die eine verbesserte Steuerung von durch die Öffnung des Strömungskanals strömendem Fluid zulässt.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung, umfassend: ein zylindrisches Rohrelement, das ein Fluid enthält, wobei das zylindrische Rohrelement eine erste Kammer und eine zweite Kammer zur Aufnahme und zum Speichern von Fluid aufweist; eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung, die derart konfiguriert ist, Fluid in der ersten Kammer mit Druck zu beaufschlagen; einen Strömungskanal, der derart konfiguriert ist, eine Fluidströmung zwischen der ersten Kammer und zweiten Kammer zuzulassen, wenn die Druckbeaufschlagungsvorrichtung einen Druck auf das Fluid in der ersten Kammer ausübt; und eine variable Dämpferbaugruppe, die derart konfiguriert ist, die Fluidströmung durch den Strömungskanal zu steuern, wobei die variable Dämpferbaugruppe umfasst: einen Dämpfer, der derart konfiguriert ist, eine Öffnung des Strömungskanals variabel zu blockieren; ein magnetisches Formgedächtniselement, das derart konfiguriert ist, eine Position des Dämpfers in der Öffnung des Strömungskanals variabel zu steuern, wobei das magnetische Formgedächtniselement, wenn es einem magnetischen Feld ausgesetzt wird, Änderungen in der Form aufweist; und eine elektromagnetische Vorrichtung, die derart konfiguriert ist, das Magnetfeld über das magnetische Formgedächtniselement zu erzeugen, wobei die elektromagnetische Vorrichtung das Magnetfeld zur variablen Steuerung der Position des Dämpfers in dem Strömungskanal durch Änderung der Form des magnetischen Gedächtniselements reguliert.
Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung nach Anspruch 1, wobei der Dämpfer verschiebbar mit der Öffnung des Strömungskanals zur variablen Steuerung einer Größe der Öffnung des Fluidkanals in Eingriff steht.
Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung nach Anspruch 1, wobei das magnetische Formgedächtniselement funktionell mit dem Dämpfer zum Eingriff des Dämpfers über der Öffnung in Eingriff steht, wobei sich das magnetische Formgedächtniselement zur variablen Verstellung des Dämpfers über der Öffnung ausdehnt, wobei die variable Verstellung des Dämpfers über der Öffnung eine Größe der Öffnung des Fluidkanals variabel verringert.
Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung nach Anspruch 3, wobei das Magnetfeld zur variablen Ausdehnung einer Größe des magnetischen Formgedächtniselements reguliert ist.
Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung nach Anspruch 4, ferner mit einer Vorspannfeder, wobei die Vorspannfeder eine Spannfeder zur Beibehaltung einer Spannung an dem Dämpfer ist, wobei die Stärke des Magnetfelds, das an das magnetische Formgedächtniselement angelegt ist, eine Vorspannung der Spannfeder überwindet, um den Dämpfer über der Öffnung des Fluidkanals zur Steuerung der Fluidströmung durch die Öffnung variabel zu positionieren.
Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung nach Anspruch 1, wobei die variable Dämpferbaugruppe eine Mehrzahl magnetischer Formgedächtniselemente aufweist.
Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung nach Anspruch 1, wobei die elektromagnetische Vorrichtung eine elektromagnetische Wicklung und einen Kern aufweist, wobei die elektromagnetische Wicklung um den Kern gewickelt ist.
Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung nach Anspruch 1, wobei die Druckbeaufschlagungsvorrichtung einen Kolben aufweist, der verschiebbar in dem zylindrischen Rohrelement angeordnet ist.
Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung nach Anspruch 1, wobei die erste Kammer eine Druckkammer ist und die zweite Kammer ein Reservoir ist, um Fluid, das aus der ersten Kammer durch den Strömungskanal getrieben wird, zu halten.
Modul zur kontinuierlichen Echtzeitdämpfung nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Strömungskanälen in der variablen Dämpferbaugruppe geformt ist, wobei die Fluidströmung durch jeden Strömungskanal durch einen jeweiligen Dämpfer reguliert ist, der durch ein jeweiliges magnetische Formgedächtniselement, das durch das Magnetfeld erregt wird, gesteuert ist.