DE102013218267B4

DE102013218267B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Dämpfung einer Übertragungsschwingung an einem Lenkrad

Info

Publication number: DE102013218267B4
Application number: DE102013218267.8A
Authority: DE
Inventors: David P. Hamilton; Shawn G. Quinn; Mark A. Stebbins
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: CN103723184B; US8632097B1; DE102013218267A1; CN103723184A

Abstract

Vorrichtung (16) zum Dämpfen einer Übertragungsschwingung in einem Lenksystem (14), umfassend: ein Gehäuse (40) einschließlich einer Fluidkammer (46, 46a, 46b), eine Ausnehmung (48) und eine Befestigungshalterung (42), welche das Gehäuse mit einem Lenkrad (24) des Lenksystems koppelt, wobei sich die Fluidkammer in Kommunikation mit der Ausnehmung befindet; eine in der Ausnehmung des Gehäuses angeordnete Masse (58), wobei die Masse eine feste Steifigkeit aufweist; ein in dem Gehäuse angeordnetes Dämpffluid (56), und zwar für einen Fluss zwischen der Fluidkammer und der Ausnehmung, wobei die Masse in dem Dämpffluid verlagerbar ist und das Dämpffluid eine variable Steifigkeit aufweist; und ein Steuermodul (18), welches eine am Lenkrad wahrgenommene Übertragungsschwingung feststellt und ein Signal ausgibt, um in Antwort auf die Schwingungsdämpfung in Echtzeit die Steifigkeit des Dämpffluides zu variieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dämpfen einer Übertragungsschwingung an einem Lenkrad.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen kann ein Motor eines Motorfahrzeuges bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben werden. Beispielsweise kann der Motor bei einer Geschwindigkeit betrieben werden, wo sich das Getriebe in einer Leerlaufposition befindet, und kann bei einer unterschiedlichen Geschwindigkeit betrieben werden, wobei sich das Getriebe in einer Parkstellung befindet. Jede Geschwindigkeit des Motors kann allgemein mit einer Schwingungsfrequenz korrelieren, welche vom Nutzer/Fahrer (beide Begriffe sollen im Folgenden synonym verwendet werden) über ein Lenk- bzw. Handrad (beide Begriffe sollen im Folgenden synonym verwendet werden) des Lenksystems wahrgenommen werden kann. Zusätzlich können Schwingungen, welche durch den Motor bzw. Antriebsstrang (einschließlich des Getriebes) angeregt werden, als eine „erzwungene Anregung” angesehen werden, welche vom Nutzer/Fahrer über das Lenkrad des Lenksystems wahrgenommen werden kann. Eine durch den Straßenbelag angeregte Schwingung kann ebenso vom Fahrer über das Lenkrad des Lenksystems wahrgenommen werden, wobei diese Straßenbelag-induzierten Schwingungen als „Resonanzschwingung” betrachtet werden können, und zwar beispielsweise beim Fahren über unregelmäßig beabstandete Straßenbelagunebenheiten. Eine Straßenbelag-induzierte Schwingung kann ebenso eine „erzwungene Anregung” sein, falls der Straßenbelag regelmäßig beabstandete Deformationen aufweist. Herkömmlicherweise kann das Lenkrad des Lenksystems auf mechanische Art und Weise eingestellt bzw. „getunt” werden, um lediglich eine einzelne Frequenz abzuschwächen bzw. zu dämpfen. Dementsprechend ist es wünschenswert, vom Fahrer am Lenkrad wahrgenommene Schwingungsfrequenzen über einen Bereich von Betriebszuständen abzuschwächen bzw. zu dämpfen. Weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorangegangenen technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
Die DE 20 2005 004 649 U1 zeigt eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Übertragungsschwingung in einem Lenksystem, umfassend:
ein Gehäuse einschließlich einer Fluidkammer und eine Befestigungshalterung, welche das Gehäuse mit einem Lenkrad des Lenksystems koppelt;
eine in der Ausnehmung des Gehäuses angeordnete Masse, wobei die Masse eine feste Steifigkeit aufweist;
ein in dem Gehäuse angeordnetes Dämpffluid, wobei die Masse in dem Dämpffluid verlagerbar ist.
Die DE 201 20 465 U1 zeigt eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Übertragungsschwingung in einem Lenksystem, umfassend:
ein Gehäuse einschließlich einer Fluidkammer und eine Befestigungshalterung, welche das Gehäuse mit einem Lenkrad des Lenksystems koppelt;
eine in der Ausnehmung des Gehäuses angeordnete Masse, wobei die Masse eine feste Steifigkeit aufweist;
ein in dem Gehäuse angeordnetes Dämpffluid, wobei die Masse in dem Dämpffluid verlagerbar ist und das Dämpffluid eine variable Steifigkeit aufweist; und
ein Steuermodul, welches eine am Lenkrad wahrgenommene Übertragungsschwingung feststellt und ein Signal ausgibt, um in Antwort auf die Schwingungsdämpfung im Wesentlichen in Echtzeit die Steifigkeit des Dämpffluides zu variieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird eine Vorrichtung zum Abschwächen bzw. Dämpfen einer Übertragungsschwingung in einem Lenksystem bereitgestellt. In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung ein Gehäuse mit einer Fluidkammer, einer Ausnehmung sowie einer Befestigungshalterung umfassen, welche das Gehäuse mit einem Hand- bzw. Lenkrad des Lenksystems koppelt. Die Fluidkammer kann in Kommunikation mit der Ausnehmung stehen. Die Vorrichtung kann ebenso eine in der Ausnehmung des Gehäuses angeordnete Masse umfassen. Die Masse kann eine feste Steifigkeit aufweisen. Die Vorrichtung kann ein in dem Gehäuse angeordnetes Dämpffluid umfassen, so dass das Dämpffluid zwischen der Fluidkammer und der Ausnehmung fließen bzw. strömen kann. Die Masse kann in dem Dämpffluid verlagerbar sein, wobei das Dämpffluid eine veränderliche Steifigkeit aufweisen kann. Die Vorrichtung kann weiterhin ein Steuermodul umfassen, welches eine am Lenkrad wahrgenommene Übertragungsschwingung feststellt und ein Signal ausgibt, um die Steifigkeit des Dämpffluides in Antwort auf die Übertragungsschwingung im Wesentlichen in Echtzeit zu verändern.
Es wird ein Verfahren zum Abschwächen bzw. Dämpfen einer Übertragungsschwingung in einem Lenksystem bereitgestellt. In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Empfangen einer Eingabe umfassen, und basierend auf der Eingabe, ein Bestimmen bzw. Feststellen einer Stärke einer nahe einem Lenkrad des Lenksystems wahrgenommenen Übertragungsschwingung. Das Verfahren kann ebenso ein Ausgeben eines Signals umfassen, um eine Viskosität eines Dämpffluides zur Änderung einer Steifigkeit eines mit einem Abschnitt des Lenkrades gekoppelten Dämpfungssystems anzupassen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beispielhaften Ausführungsformen werden hiernach in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bedeuten, und wobei:
1 ein Funktionsblockdiagramm ist, welches ein Fahrzeug darstellt, welches ein Lenkrad mit einem Übertragungsschwingungs-Dämpfungssystem gemäß einer Ausführungsform umfasst;
2 eine Querschnittsansicht des Lenkrades aus 1 ist, und zwar entlang der Linie 2-2 in 1, und in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
3 eine Querschnittsansicht des Lenkrades aus 2 ist, und zwar entlang der Linie 3-3 in 2, und in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
4 ein Datenflussdiagramm ist, welches ein Steuersystem des Schwingungsdämpfungssystems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
5 ein Flussdiagramm ist, welches ein Steuerverfahren des Schwingungsdämpfungssystems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
6 ein Datenflussdiagramm ist, welches ein Steuersystem des Schwingungsdämpfungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt; und
7 ein Flussdiagramm ist, welches ein Steuerverfahren des Schwingungsdämpfungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Anwendung und Verwendungen nicht beschränken. Weiterhin soll es keine Beschränkung durch irgendeine explizit oder implizit in dem vorangegangenen technischen Gebiet, Hintergrund, kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellte Theorie geben. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf eine beliebige Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Prozesslogik und/oder eine Prozessoreinrichtung, einzeln oder in einer beliebigen Kombination, einschließlich und ohne Beschränkung: einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (in Mitbenutzung, speziell dafür eingerichtet oder als Teil einer Gruppe) und einen Speicher, welcher ein oder mehrere Software- bzw. Firmware-Programme ausführt, einen Schaltungslogikschaltkreises und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Mit Bezug auf 1 wird ein Fahrzeug 10 gezeigt. Das Fahrzeug 10 kann einen Motor 12, ein Lenksystem 14, ein Schwingungsdämpfungssystem 16 sowie ein Steuermodul 18 umfassen. Wie detaillierter hierin erläutert werden wird, kann das Steuermodul 18 vom Motor 12 und Lenksystem 14 Eingaben empfangen, um den Betrieb des Schwingungsdämpfungssystems 16 zu steuern. Das Schwingungsdämpfungssystem 16 kann die von einem Nutzer des Fahrzeuges 10 im Lenksystem 14 bei verschiedenen Frequenzen und Motorgeschwindigkeiten wahrgenommene Schwingungsamplitude dämpfen bzw. abschwächen. In dieser Hinsicht kann eine Schwingung am Lenksystem 14 beispielsweise durch eine „erzwungene Anregung” oder „Resonanzschwingung” verursacht werden. Eine durch den Motor 12 bzw. Antriebsstrang (einschließlich Getriebe) verursachte Schwingung kann als eine „erzwungene Anregung” betrachtet werden, und eine durch die Straßenoberfläche hervorgerufene Schwingung kann als eine „Resonanzschwingung” betrachtet werden, falls beispielsweise über unregelmäßig beabstandete Straßenoberflächenverschiebungen (Nahtstellen von angrenzenden Straßenplatten, Ausbesserungen usw.) gefahren wird. Eine durch die Straßenoberfläche hervorgerufene Schwingung kann ebenso eine „erzwungene Anregung” sein, falls die Straßenoberfläche gleichmäßig beabstandete Verformungen aufweist. Wie hierin erörtert wird, kann das Schwingungsdämpfungssystem 16 die von einem Fahrer des Fahrzeuges 10 wahrgenommene Schwingungsamplitude infolge einer erzwungenen Anregung und/oder einer Resonanzschwingung dämpfen.
Allgemein kann der Motor 12 eine beliebige geeignete Vortriebseinrichtung umfassen, einschließlich und ohne Beschränkung einen internen Verbrennungskraftmotor, einen Elektromotor oder eine Kombination davon (Hybridantrieb). Der Motor 12 kann Drehmoment auf eine geeignete Antriebswelle übertragen, welche mit einem oder mehreren mit der Straßenoberfläche in Kontakt befindlichen Rädern 20 des Fahrzeuges 10 gekoppelt ist, um einen Vortrieb des Fahrzeuges 10 zu ermöglichen. Der Motor 12 kann einen Geschwindigkeitssensor 22 umfassen, welcher eine Geschwindigkeit des Motors 12 bestimmen kann. Beispielsweise kann der Geschwindigkeitssensor 22 eine Drehgeschwindigkeit des Motors messen und ein darauf basierendes Motorgeschwindigkeitssignal erzeugen. In einem Beispiel kann der Geschwindigkeitssensor 22 eine Motorgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute (rpm = revolutions per minute) einer Kurbelwelle des Motors 12 messen. Die Motorgeschwindigkeit kann mit einem vorgegebenen Schwingungsbetrag des Lenksystems 14 korrelieren, wie hierin detaillierter erörtert werden wird.
Allgemein kann das Lenksystem 14 ein mit einer Lenkwelle 26 gekoppeltes Hand- bzw. Lenkrad 24 umfassen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verwendung eines Lenkrades lediglich beispielhaft ist, da das Lenksystem 14 eine beliebige geeignete Nutzer/Fahrereingabeeinrichtung zum Lenken bzw. Steuern des Fahrzeuges 10 umfassen kann, einschließlich und ohne Beschränkung einen Joystick, dem Hand- bzw. Lenkrad 24 usw. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Lenksystem 14 ein elektrisches Servolenksystem (EPS = electric power steering) umfassen, welches eine Lenkunterstützungseinheit 28 umfassen kann. Die Lenkunterstützungseinheit 28 kann mit der Lenkwelle 26 des Lenksystems 14 und mit Spurstangen 30, 32 des Fahrzeuges 10 gekoppelt sein. Die Lenkunterstützungseinheit bzw. Lenkassistenzeinheit 28 kann beispielsweise einen Zahnstangengetriebe-Lenkmechanismus (nicht dargestellt) umfassen, welcher über die Lenkwelle 26 mit einem Lenkaktuatormotor und -Getriebe gekoppelt werden kann. Während des Betriebes, wenn das Lenkrad 24 vom Fahrer gedreht wird, stellt ein Motor der Lenkassistenzeinheit 28 die Unterstützung bereit, um die Spurstangen 30, 32 zu bewegen, welche wiederum jeweils Achsschenkel 34, 36 bewegen. Die Achsschenkel 34, 36 können mit den entsprechenden mit der Straßenoberfläche in Kontakt befindlichen Rädern 20 des Fahrzeuges 10 gekoppelt sein. Obwohl in 1 ein EPS-System dargestellt und hierin beschrieben ist, wird bevorzugt, dass das Lenksystem 14 verschiedene gesteuerte Lenksysteme umfassen kann, wie z. B. Lenksysteme mit Hydraulik-Anordnungen, sogenannte „Steer-By-Wire”-Anordnungen (d. h. elektrisch betreibbar), nicht-unterstützte Lenksysteme usw.
Weiterhin mit Bezug auf 1 kann das Lenksystem 14 ebenso einen Lenksensor 38 umfassen. In einem Beispiel kann der Lenksensor 38 mit dem Schwingungsdämpfungssystem 16 gekoppelt sein, jedoch kann der Lenksensor 38 auch mit dem Lenkrad 24 gekoppelt sein, um die Bewegung des Lenkrades 24 in Antwort auf eine Schwingung zu überwachen bzw. zu beobachten, wie z. B. die Schwingungsamplitude und -Frequenz. Die Beschleunigung des Lenkrades 24 kann den Betrag an mittels des Lenkrades 24 wahrgenommener Schwingung anzeigen, und somit kann auch der Fahrer des Fahrzeuges 10 die Beschleunigung wahrnehmen. In dieser Hinsicht kann sich das Lenkrad 24 bei einer Vibration des Lenkrades 24 bewegen. In einem Beispiel kann das Lenkrad 24 sich in einer allgemeinen Längs- bzw. Linear-Richtung bewegen oder beschleunigen. Beispielsweise kann sich das Lenkrad 24 in einer allgemeinen linearen Richtung bewegen oder beschleunigen, und zwar entlang einer Achse, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittellinie C des Lenkrades 24 ist. Diese Bewegung des Lenkrades 24 kann mithilfe des Lenksensors 38 als eine Beschleunigung gemessen werden.
Das Schwingungsdämpfungssystem 16 kann mit dem Lenksystem 14 derart gekoppelt sein, so dass es um die Mittellinie C des Lenkrades 24 herum angeordnet ist und kann in Kommunikation mit dem Steuermodul 18 stehen. In einem Beispiel kann das Schwingungsdämpfungssystem 16 mit dem Lenkrad 24 gekoppelt sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Schwingungsdämpfungssystem 16 mit der Lenkwelle 26 oder einem beliebigen anderen geeigneten Abschnitt des Lenksystems 14 gekoppelt sein kann, um die durch das Lenksystem 14 wahrgenommene Längsschwingung abzuschwächen bzw. zu dämpfen. In einem Beispiel kann das Schwingungsdämpfungssystem 16 die Frequenzantwortfunktionamplitude am Lenkrad reduzieren, und zwar im Vergleich zu einem Lenkrad 24 ohne das Schwingungsdämpfungssystem 16. Mit Bezug auf 1 und 2 kann das Schwingungsdämpfungssystem 16 ein Gehäuse 40 umfassen, eine Befestigungshalterung 42, ein Dämpfungsmasse-System 44 und eine Energieversorgung 45 (1).
Das Gehäuse 40 kann für eine Kopplung mit dem Lenksystem 14 dimensioniert sein. In einem Beispiel kann das Gehäuse 40 für eine Kopplung mit dem Lenkrad 24 dimensioniert sein, wobei das Gehäuse eine beliebige gewünschte Gestalt aufweisen kann. Beispielsweise kann das Gehäuse 40 im Wesentlichen rechteckig sein. Das Gehäuse 40 kann wenigstens eine Fluidkammer 46 umfassen. In einem Beispiel kann die wenigstens eine Fluidkammer 46 eine erste Fluidkammer 46a und eine zweite Fluidkammer 46b umfassen. In diesem Beispiel kann die erste Fluidkammer 46a von der zweiten Fluidkammer 46b beabstandet sein. Sowohl die erste Fluidkammer 46a und die zweite Fluidkammer 46b können jeweils eine entsprechende Öffnung 47a, 47b umfassen. Die Öffnung 47a, 47b kann der ersten Fluidkammer 46a und der zweiten Fluidkammer 46b ermöglichen, in Kommunikation mit einer Ausnehmung 48 zu stehen, welche in dem Raum zwischen der ersten Fluidkammer 46a und der zweiten Fluidkammer 46b definiert ist. Dies kann einem Abschnitt des Dämpfungsmasse-Systems 44 ermöglichen, um das Gehäuse 40 herum zu fließen.
Zusätzlich kann in Abhängigkeit von dem verwendeten Dämpfungsmasse-System 44 das Gehäuse eine erste Platte 49a und eine zweite Platte 49b umfassen. Wie in 3 dargestellt ist, können die Platten 49a, 49b in Kommunikation mit der Energieversorgung 45 stehen, und können verwendet werden, um einen Magnetflussbereich bzw. -Feld auf das Dämpfungsmasse-System 44 auszuüben. Die Anwendung des Magnetflussbereiches kann einen Abschnitt des Dämpfungsmasse-Systems 44 dazu bringen, seine Viskosität zu ändern, wodurch die Steifigkeit des Dämpfungsmasse-Systems 44 geändert wird, wie hierin noch erörtert werden wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Platten 49a, 49b nach Bedarf in direkter Kommunikation mit der Steuerung 18 stehen können.
Mit Bezug auf 2 kann die Befestigungshalterung 42 verwendet werden, um das Gehäuse mit dem Lenkrad 24 zu koppeln. In einem Beispiel mit Bezug auf 3 kann die Befestigungshalterung 42 eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt aufweisen, und kann mit dem Gehäuse 40 derart gekoppelt sein, um das Gehäuse 40 auf wenigstens drei Seiten zu umgeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Befestigungshalterung 42 von beliebiger geeigneter Gestalt sein könnte, und nach Bedarf mit lediglich einem Abschnitt des Gehäuses 40 gekoppelt sein kann. Die Befestigungshalterung 42 kann in integraler Weise mit dem Gehäuse 40 ausgebildet sein, oder kann getrennt vom Gehäuse 40 gebildet und mit dem Gehäuse 40 gekoppelt sein, und zwar unter Verwendung einer geeigneten Nachbearbeitungstechnik, wie z. B. Schweißen, Kleben, mechanisches Befestigen, Nieten usw.
Mit Bezug auf 2 kann die Befestigungshalterung 42 wenigstens eine Öffnung 52 umfassen, und in einem Beispiel kann die Halterung eine erste Öffnung 52a und eine zweite Öffnung 52b umfassen. Die erste Öffnung 52a und die zweite Öffnung 52b kann jeweils ein mechanisches Befestigungselement aufnehmen, um die Befestigungshalterung 42 mit dem Lenkrad 24 zu koppeln. Es wird darauf hingewiesen, dass die Befestigungshalterung 42 mithilfe einer beliebigen geeigneten Technik mit dem Lenkrad 24 gekoppelt werden kann, wie z. B. Schweißen, Kleben, Nieten usw. Weiterhin könnte das Gehäuse 40 nach Bedarf integral mit dem Lenkrad 24 ausgebildet sein.
Das Dämpfungsmasse-System 44 kann sich im Gehäuse 40 befinden. Das Dämpfungsmasse-System 44 kann ein Dämpffluid 56 und eine Masse 58 umfassen. Das Dämpffluid 56 kann sich in der ersten Fluidkammer 46a und der zweiten Fluidkammer 46b befinden, und kann zwischen der ersten Fluidkammer 46a, der zweiten Fluidkammer 46b und der Ausnehmung 48 durch die Öffnungen 47a, 47b fließen. In einem Beispiel kann sich das Dämpffluid 56 in Kommunikation mit der Energieversorgung 45 (1) befinden. Das Dämpffluid 56 kann ohne Beschränkung ein magnetischrheologisches Fluid umfassen. Allgemein kann die Viskosität eines magnetischrheologischen Fluides basierend auf der Anwendung des Magnetflussfeldes variieren.
In dieser Hinsicht kann das magnetischrheologische Fluid magnetisch aktive Partikel umfassen, einschließlich und ohne Beschränkung Eisenpartikel, welche sich in einem Trägersuspensionsfluid befinden können. Ohne Vorhandensein eines Magnetflusses können die magnetisch aktiven Partikel in dem Trägerfluid in zufälliger Weise ausgerichtet sein. Bei Anwendung eines Magnetflusses kann die Ausrichtung der magnetisch aktiven Partikel linear (zueinander) sein, und zwar in der Richtung des Magnetflussbereiches (3). Die lineare Ausrichtung der magnetisch aktiven Partikel kann die Viskosität des Trägerfluides ändern bzw. erhöhen, weshalb das Trägerfluid eher als ein Festkörper wirken kann. Dies kann der Steifigkeit des Dämpfungsmasse-Systems 44 ermöglichen, sich auf Basis der Anwendung des Magnetflussbereiches zu ändern.
Die Menge an magnetischem Fluss, welche an dem magnetischrheologischen Fluid angewendet wird, kann durch das Steuermodul 18 gesteuert werden, wie hierin im Folgenden beschrieben wird. Die Verwendung eines magnetischrheologischen Fluides kann das Dämpfen und die Steifigkeit des Dämpfungsmasse-Systems 44 ermöglichen, um sich mit den Änderungen in der Viskosität des magnetischrheologischen Fluides zu ändern, was im Wesentlichen eine Echtzeit-Anpassung des Dämpfungsmasse-Systems 44 ermöglichen kann. Allgemein kann, mit Bezug auf 3, die Energieversorgung 45 ein Signal von dem Steuermodul 18 empfangen, um ein Magnetflussfeld auf die Platten 49a, 49b auszuüben, was in Abhängigkeit von der am Lenkrad 24 wahrgenommenen Vibration bzw. Schwingung die Viskosität ändern kann. Diese im Wesentlichen in Echtzeit stattfindende Schwingungsdämpfung kann die vom Fahrer des Fahrzeuges 10 wahrgenommene Längsschwingung reduzieren.
Die Masse 58 kann in der Ausnehmung 48 des Gehäuses 40 aufgenommen werden, und kann im Wesentlichen in dem Dämpffluid 56 ein- bzw. untertauchen. In einem Beispiel kann die Masse 58 in dem Dämpffluid 56 „schweben”, jedoch könnte die Masse 58 ebenso am Gehäuse 40 befestigt sein. Die Masse 58 kann eine Durchgangsbohrung 58a umfassen. Die Durchgangsbohrung 58a kann dem Dämpffluid 56 ermöglichen, durch die Masse 58 hindurch zu fließen. Die Masse 58 kann einen festgelegten Betrag an Dämpfung für das Lenksystem 14 bereitstellen. In dieser Hinsicht kann die Masse 58 derart ausgewählt werden, um ein Gewicht aufzuweisen, welches einen vorbestimmten Betrag an Dämpfung bzw. Abschwächung bereitstellt, welcher einer entsprechenden Motorgeschwindigkeit entspricht. Beispielsweise kann die Masse 58 derart ausgebildet werden, um eine Längsschwingung bei einem Motor im Leerlauf zu dämpfen. Daher kann das Dämpffluid 56 ein veränderbares Maß an Dämpfung bereitstellen, welches im Wesentlichen in Echtzeit in Antwort auf eine bei verschiedenen Motorgeschwindigkeiten wahrgenommene Längsschwingung angepasst werden kann, während die Masse 58 ein festgelegtes Maß an Dämpfung für eine vorbestimmte Motorgeschwindigkeit bereitstellen kann.
Wiederum mit Bezug auf 1 kann sich die Energieversorgung 45 in Kommunikation mit dem Dämpffluid 56 befinden, und kann durch das Steuermodul 18 gesteuert werden. Die Energieversorgung 45 kann eine beliebige geeignete Energiequelle sein, welche in der Lage ist, das Dämpfungsmasse-System 44 mit einem Strom zu versorgen, um das Magnetflussfeld auf das Dämpffluid 56 anzuwenden, um die Viskosität des Dämpffluides 56 im Wesentlichen in Echtzeit zu variieren. Zusätzlich könnte, obwohl die Energieversorgung 45 hierin als eine getrennte und einzelne Komponente dargestellt ist, die Energieversorgung 45 zusammen mit anderen Komponenten des Fahrzeuges 10 integriert werden, wie z. B. mit dem Steuermodul 18.
Das Steuermodul 18 kann das Schwingungsdämpfungssystem 16 basierend auf von dem Lenksensor 38 und/oder Geschwindigkeitssensor 22 empfangenen Signalen steuern, um die Dämpfung und Steifigkeit des Dämpfungsmasse-Systems 44 zu variieren. In einem Beispiel kann das Steuermodul 18 die Viskosität des Dämpffluides 56 basierend auf von dem Lenksensor 38 empfangenen Signalen steuern.
Nunmehr mit Bezug auf 4 zeigt ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines Schwingungsdämpfungs-Steuersystems 60 für das Schwingungsdämpfungssystem 16 (1), welches im Steuermodul 18 eingebettet sein kann. Verschiedene Ausführungsformen von Schwingungsdämpfungs-Steuersystemen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl an Sub-Modulen umfassen, welche im Steuermodul 18 angeordnet sind. Vorzugsweise können die in 4 dargestellten Sub-Module miteinander kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um in ähnlicher Weise die Steifigkeit des Dämpffluides 56 (2) anzupassen. Eingaben in das System können vom Fahrzeug 10 (1) festgestellt werden, von anderen (nicht dargestellten) Steuermodulen empfangen werden und/oder im Steuermodul 18 durch weitere (nicht dargestellte) Sub-Module bestimmt/simuliert werden. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Steuermodul 18 ein Schwingungssteuermodul 62 sowie ein Dämpfersteuermodul 64.
Das Schwingungssteuermodul 62 kann als eine Eingabe Beschleunigungsdaten 66 von dem Lenksensor 38 empfangen. Basierend auf den Beschleunigungsdaten 66 kann das Schwingungssteuermodul 62 Schwingungsdaten 68 für das Dämpfersteuermodul 64 festsetzen. Die Schwingungsdaten 68 können ein über das Lenkrad 24 wahrgenommenes Ausmaß an Längsschwingung während des Betriebes des Fahrzeuges 10 umfassen, wie sie vom Lenksensor 38 festgestellt werden.
Das Dämpfersteuermodul 64 kann als Eingabe die Schwingungsdaten 68 empfangen. Basierend auf den Schwingungsdaten kann das Dämpfersteuermodul 64 Dämpferdaten 70 ausgeben. Die Dämpferdaten 70 können ein Maß an durch die Energieversorgung 45 auszugebenden Strom umfassen, um das Magnetflussfeld zu erzeugen, um die Viskosität des Dämpffluides 56 zu der gewünschten Steifigkeit zu ändern. Mit anderen Worten, basierend auf den Dämpferdaten 72 werden Steuersignale erzeugt, um den durch die Energieversorgung 45 ausgegebenen bzw. auszugebenden Strom zu steuern.
Nunmehr mit Bezug auf 5 und weiterhin mit Bezug auf 1 bis 4 zeigt ein Flussdiagramm ein Steuerverfahren, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung durch das Steuermodul 18 aus 1 ausgeführt werden kann. Vorzugsweise ist im Hinblick auf die Offenbarung die Reihenfolge des Betriebs innerhalb des Verfahrens nicht beschränkt auf die Ausführabfolge, wie sie in 5 dargestellt ist, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen nach Bedarf und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren derart geplant sein, um basierend auf vorbestimmten Ereignissen abzulaufen und/oder kontinuierlich während des Betriebs des Fahrzeuges 10 ausgeführt zu werden.
Das Verfahren kann bei Schritt 100 beginnen. Bei Schritt 102 kann das Verfahren Beschleunigungsdaten 66 vom Lenksensor 38 empfangen. Basierend auf den Beschleunigungsdaten 66 kann das Verfahren das Ausmaß an durch das Lenkrad 24 bei Schritt 104 wahrgenommener Längsschwingung bestimmen. Bei Schritt 106 kann das Verfahren den Magnetflussbereich bestimmen, welcher benötigt wird, um die Viskosität des Dämpffluides 56 auf die gewünschte Steifigkeit einzustellen, um die durch das Lenkrad 24 wahrgenommene Schwingung abzuschwächen, und kann die Dämpferdaten 70 für die Energieversorgung 45 ausgeben. In einem Beispiel können die folgenden Gleichungen hinsichtlich des Dämpfungskoeffizienten C_TVA aufgelöst werden, um für eine Abschwächung einer gemessenen Schwingung den Betrag an notwendiger Dämpfung zu bestimmen: F = M·Ẍ + (C + C_TVA)·Ẋ – C_TVA·Ẋ_TVA + (K + K_TVA)·X – K_TVA·X_TVA (1) F_TVA = M_TVA·Ẍ_TVA – C_TVA·Ẋ + (C + C_TVA)·Ẋ_TVA – K_TVA·X + (K + K_TVA)·X_TVA (2) wobei F die auf/von einem Lenkrad ausgeübte Kraft ist, ausschließlich des Schwingungsdämpfungssystems 16; M die Masse eines Lenkrades ist, und zwar ohne des Schwingungsdämpfungssystems 16; Ẍ die Beschleunigung eines Lenkrades ist, und zwar ohne des Schwingungsdämpfungssystems 16; C der Dämpfungskoeffizient für ein Lenkrad ist, und zwar ohne des Schwingungsdämpfungssystems 16; Ẋ die Geschwindigkeit eines Lenkrades ist, und zwar ohne des Schwingungsdämpfungssystems 16; K die Steifigkeit eines Lenkrades ist, und zwar ohne des Schwingungsdämpfungssystems 16; X die Verschiebung eines Lenkrades ist, und zwar ohne des Schwingungsdämpfungssystems 16; F_TVA die auf/von dem Lenkrad 24 ausgeübte Kraft ist, einschließlich des Schwingungsdämpfungssystems 16; M_TVA die Masse des Lenkrades 24 ist, einschließlich des Schwingungsdämpfungssystems 16; Ẍ_TVA die Beschleunigung des Lenkrades 24 ist, einschließlich des Schwingungsdämpfungssystems 16; C_TVA der Dämpfungskoeffizient des Lenkrades 24 ist, einschließlich des Schwingungsdämpfungssystems 16; Ẋ_TVA die Geschwindigkeit des Lenkrades 24 ist, einschließlich des Schwingungsdämpfungssystems 16; X_TVA die Verschiebung des Lenkrades 24 ist, einschließlich des Schwingungsdämpfungssystems 16; und K_TVA die Steifigkeit des Lenkrades 24 ist, einschließlich des Schwingungsdämpfungssystems 16. Die Werte, welche einem Lenkrad zugeordnet sind, und zwar ohne des Schwingungsdämpfungssystems 16, können von einer geeigneten Quelle bezogen werden, einschließlich und ohne Beschränkung einer Look-Up-Tabelle.
Bei Schritt 108 kann das Verfahren Beschleunigungsdaten 66 vom Lenksensor 38 empfangen. Falls das Lenkrad 24 weiterhin eine Schwingung basierend auf den Beschleunigungsdaten 66 bei Schritt 110 aufweist, dann kann das Verfahren zu Schritt 104 verzweigen. Ansonsten kann das Verfahren bei Schritt 112 enden.
Alternativ kann mit Bezug auf 6 in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform, wo die gleichen Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen, ein Steuermodul 18a, das Schwingungsdämpfungssystem 16 auf Basis der vom Geschwindigkeitssensor 22 empfangenen Signale steuern, um die Dämpfung und Steifigkeit des Dämpfungsmasse-Systems 44 zu variieren. In 6 zeigt ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines Schwingungsdämpfungs-Steuersystems 200 für das Schwingungsdämpfungssystem 16 (1), welches in das Steuermodul 18a eingebettet sein kann. Verschiedene Ausführungsformen der Schwingungsdämpfungs-Steuersysteme in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl an in dem Steuermodul 18a eingebetteten Sub-Modulen beinhalten. Vorzugsweise können die in 6 gezeigten Sub-Module miteinander kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um in ähnlicher Weise die Steifigkeit des Dämpffluides 56 (2) anzupassen. Eingaben in das System können vom Fahrzeug 10 (1) sensiert werden, von weiteren Steuermodulen (nicht dargestellt) empfangen werden und/oder durch andere Sub-Module (nicht dargestellt) innerhalb des Steuermoduls 18a bestimmt/simuliert werden. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Steuermodul 18a ein Schwingungssteuermodul 202, einen Datenspeicher 204 und das Dämpfersteuermodul 64.
Das Schwingungssteuermodul 202 kann als Eingabe Motorgeschwindigkeitsdaten 206 vom Geschwindigkeitssensor 22 empfangen. Auf Basis der Motorgeschwindigkeitsdaten 206 kann das Schwingungssteuermodul 202 Schwingungsdaten 208 von einer in dem Datenspeicher 204 gespeicherten Look-Up-Tabelle abfragen. Die Look-Up-Tabelle kann Schwingungsdaten 208 enthalten, welche dem Betrag einer durch das Lenkrad 24 wahrgenommenen Längsschwingung einer festgestellten Motorgeschwindigkeit bzw. eines Bereiches von Motorgeschwindigkeiten entsprechen. Das Schwingungssteuermodul 202 kann diese Schwingungsdaten 208 für das Dämpfersteuermodul 64 festsetzen. Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl das Schwingungssteuermodul 202 hierin als lediglich die Motorgeschwindigkeitsdaten 206 als Eingabe empfangend beschrieben und dargestellt ist, dass Schwingungssteuermodul 202 ebenso die Beschleunigungsdaten 66 als Eingabe empfangen könnte. Die Verwendung sowohl der Motorgeschwindigkeitsdaten 206 als auch der Beschleunigungsdaten 66 kann die Plausibilität der Schwingungsdaten 208 erhöhen, welche vom Schwingungssteuermodul 202 ausgegeben wurden.
Nunmehr mit Bezug auf 7 und weiterhin mit Bezug auf 1 bis 3 und 6 zeigt ein Flussdiagramm ein Steuerverfahren, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung vom Steuermodul 18a ausgeführt werden kann. Vorzugsweise ist im Hinblick auf die Offenbarung die Reihenfolge des Betriebes innerhalb des Verfahrens nicht auf die wie in 6 dargestellte Ausführungsabfolge beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen nach Bedarf und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren derart geplant sein, um basierend auf vorbestimmten Ereignissen abzulaufen und/oder kontinuierlich während des Betriebes des Fahrzeuges 10.
Das Verfahren kann bei Schritt 300 beginnen. Bei Schritt 302 kann das Verfahren vom Geschwindigkeitssensor 22 Motorgeschwindigkeitsdaten 206 empfangen. Basierend auf den Motorgeschwindigkeitsdaten 206 kann das Verfahren die Schwingungsdaten 208 abfragen, welche den festgestellten Motorgeschwindigkeitsdaten 206 bei Schritt 304 entsprechen. Bei Schritt 306 kann das Verfahren den Betrag an benötigtem Strom bestimmen, um die Viskosität des Dämpffluides 56 auf eine gewünschte Steifigkeit einzustellen, um die durch das Lenkrad 24 wahrgenommene Schwingung abzuschwächen und kann für die Energieversorgung 45 die Dämpferdaten 70 ausgeben. Bei Schritt 308 kann das Verfahren Motorgeschwindigkeitsdaten 206 vom Geschwindigkeitssensor 22 empfangen. Falls sich die Motorgeschwindigkeit bei Schritt 310 basierend auf den Motorgeschwindigkeitsdaten 206 geändert hat, dann kann das Verfahren zu Schritt 304 verzweigen. Ansonsten kann das Verfahren bestimmen, ob der Motor 12 bei Schritt 312 in Betrieb ist. Falls der Motor noch in Betrieb ist, kann das Verfahren zu Schritt 308 verzweigen. Ansonsten kann das Verfahren bei Schritt 314 enden.
Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung dargestellt wurde, wird bevorzugt, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es wird ebenso bevorzugt, dass die beispielhafte Ausführungsform bzw. beispielhaften Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und nicht den Umfang, die Anwendbarkeit bzw. Anordnung der Offenbarung in irgendeiner Weise beschränken sollen. Vielmehr soll die vorangegangene detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine nützliche Anleitung zur Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform bzw. beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es wird davon ausgegangen, dass verschiedene Änderungen hinsichtlich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Offenbarung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlicher Äquivalente davon definiert ist.

Claims

Vorrichtung (16) zum Dämpfen einer Übertragungsschwingung in einem Lenksystem (14), umfassend: ein Gehäuse (40) einschließlich einer Fluidkammer (46, 46a, 46b), eine Ausnehmung (48) und eine Befestigungshalterung (42), welche das Gehäuse mit einem Lenkrad (24) des Lenksystems koppelt, wobei sich die Fluidkammer in Kommunikation mit der Ausnehmung befindet; eine in der Ausnehmung des Gehäuses angeordnete Masse (58), wobei die Masse eine feste Steifigkeit aufweist; ein in dem Gehäuse angeordnetes Dämpffluid (56), und zwar für einen Fluss zwischen der Fluidkammer und der Ausnehmung, wobei die Masse in dem Dämpffluid verlagerbar ist und das Dämpffluid eine variable Steifigkeit aufweist; und ein Steuermodul (18), welches eine am Lenkrad wahrgenommene Übertragungsschwingung feststellt und ein Signal ausgibt, um in Antwort auf die Schwingungsdämpfung in Echtzeit die Steifigkeit des Dämpffluides zu variieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse weiterhin umfasst: eine erste Fluidkammer (46a) mit einer Öffnung (47a); und eine zweite Fluidkammer (46b) mit einer von der ersten Fluidkammer beabstandeten Öffnung (47b), um dazwischen die Ausnehmung zu definieren, wobei sich das Dämpffluid in fluider Kommunikation mit der ersten Fluidkammer, der zweiten Fluidkammer und der Ausnehmung befindet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Masse weiterhin einen Durchgang (58a) umfasst, welcher durch die Masse definiert ist, um ein Fließen des Dämpffluides durch die Masse hindurch zu ermöglichen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Dämpffluid ein magnetorheologisches Fluid ist und die Vorrichtung weiterhin umfasst: eine Energieversorgung (45) in Kommunikation mit einer oder mehreren Platten (49a, 49b), welche angrenzend an das Dämpffluid positioniert sind, und in Kommunikation mit dem Steuermodul, welches das Signal von dem Steuermodul empfängt, um die Steifigkeit des Dämpffluides durch Variieren eines an die eine oder mehrere Platten angelegten Stromes zu variieren.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: einen mit der Masse gekoppelten Beschleunigungsmesser, welcher das Steuermodul mit Beschleunigungsdaten versorgt, wobei das Steuermodul die am Lenkrad wahrgenommene Übertragungsschwingung auf Basis der Beschleunigungsdaten bestimmt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Lenkrad mit einem Lenksystem eines einen Motor (12) aufweisenden Motorfahrzeuges (10) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: einen dem Motor zugeordneten Geschwindigkeitssensor (22), welcher dem Steuermodul Motorgeschwindigkeitsdaten bereitstellt, wobei das Steuermodul die am Lenkrad wahrgenommene Übertragungsschwingung auf Basis der Motorgeschwindigkeitsdaten bestimmt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Datenspeicher (204), welcher eine Look-Up-Tabelle abspeichert, welche für eine vorgegebene Motorgeschwindigkeit eine vorbestimmte Übertragungsschwingung umfasst, wobei das Steuermodul die am Lenkrad wahrgenommene Übertragungsschwingung auf Basis der Motorgeschwindigkeitsdaten aus der Look-Up-Tabelle bestimmt.
Fahrzeug (10), umfassend: ein Lenksystem, welches ein Lenkrad umfasst; eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Übertragungsschwingung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtung mit dem Lenkrad in Übereinstimmung mit einer Mittellinie (C) des Lenkrades gekoppelt ist, wobei das Schwingungsdämpfungssystem umfasst: ein Gehäuse mit einer Befestigungshalterung (42), welche das Schwingungsdämpfungssystem mit dem Lenkrad koppelt; ein in dem Gehäuse angeordnetes magnetorheologisches Dämpffluid; und eine in dem Gehäuse angeordnete und in dem Dämpffluid verlagerbare Masse, wobei die Viskosität des Dämpffluides auf Basis einer Stärke der an dem Lenkrad wahrgenommenen Übertragungsschwingung anpassbar ist.
Verfahren zum Dämpfen einer Übertragungsschwingung in einem Lenksystem, umfassend: Empfangen einer Eingabe; auf Basis der Eingabe, Bestimmen einer Stärke der nahe eines Lenkrades des Lenksystems wahrgenommenen Übertragungsschwingung; und Ausgeben eines Signals, um eine Viskosität eines Dämpffluides anzupassen, um eine Steifigkeit einer mit einem Abschnitt des Lenkrades gekoppelten Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zu ändern.