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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft eine Aufhängungsbaugruppe zwischen einem gefederten Element und einem ungefederten Element zum Dämpfen von Schwingungen zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element unter Anwendung aktiver Elemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie beispielweise aus der
EP 0 127 741 A1 bekannt.
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Eine andere Aufhängungsbaugruppe zwischen einem gefederten Element und einem ungefederten Element wird beispielsweise in der
DE 40 14 466 A1 beschrieben.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Aufhängungssysteme werden verwendet, um ein gefedertes Element von Impuls- und Schwingungsenergieeingaben, die an einem ungefederten Element erfahren werden, zu entkoppeln, indem die Schwingungseingaben absorbiert und dissipiert werden. Aufhängungssysteme werden sowohl an stationären Systemen als auch an mobilen Systemen verwendet, die Personenkraftwagen umfassen. Bekannte Aufhängungssystemelemente umfassen Federelemente, die parallel und/oder in Reihe mit Dämpfungselementen gekoppelt sind, z. B. mit Stoßdämpfern, die fluidische oder pneumatische Merkmale zur Energieabsorption und Energiedissipation aufweisen.
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Wenn sie in einem Fahrzeugsystem verwendet werden, sind Aufhängungssysteme, die Federn und Dämpfer aufweisen, ausgebildet, um gleichzeitig Leistungsmerkmale zu liefern, die sich auf den Fahrkomfort für Insassen, die Handhabung des Fahrzeugs und die Bodenhaftungsfähigkeit beziehen. Der Fahrtkomfort wird im Allgemeinen bezogen auf die Federkonstante der Hauptfedern des Fahrzeugs, die Federkonstante von Sitzen für Insassen, bezogen auf die Reifen und bezogen auf einen Dämpfungskoeffizienten des Dämpfers geregelt. Für einen optimalen Fahrkomfort ist eine relativ geringe Dämpfungskraft für ein weiches Fahren bevorzugt. Die Fahrzeughandhabung bezieht sich auf eine Variation bezüglich einer Einstellung des Fahrzeugs, die anhand des Roll-, Nick- und Gierwinkels definiert ist. Für eine optimale Fahrzeughandhabung sind relativ große Dämpfungskräfte oder ein festes Fahren erforderlich, um übermäßig schnelle Schwankungen in der Einstellung des Fahrzeugs während des Kurvenfahrens, der Beschleunigung und der Verlangsamung zu vermeiden. Die Bodenhaftungsfähigkeit bezieht sich allgemein auf einen Betrag des Kontakts zwischen den Reifen und dem Boden. Um die Bodenhaftungsfähigkeit zu optimieren, sind große Dämpfungskräfte erforderlich, wenn über unregelmäßige Oberflächen gefahren wird, um einen Kontaktverlust zwischen einzelnen Rädern und dem Boden zu vermeiden. Dementsprechend gibt es bei bekannten passiven Aufhängungssystemen einen grundlegenden Kompromiss zwischen Fahrt und Handhabung.
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Bekannte Aufhängungsdämpfer wenden verschiedene Methoden an, um die Dämpfungscharakteristik anzupassen und so auf die Betriebscharakteristik des Fahrzeugs, einschließlich der aktiven Dämpfungssysteme, reagieren zu können. Aktive Fahrzeugdämpfungssysteme verwenden Aktuatoren, die verschiedene Dämpfungsparameter steuern, um so Passagierfahrkomfort und/oder Fahrzeughandhabungsparameter und/oder Bodenhaftungsfähigkeit während des Betriebs des Fahrzeugs dynamisch in Reaktion auf die Betriebsbedingungen anzupassen. Solche Aktuatoren werden durch hydraulische, pneumatische oder andere Energiequellen gesteuert, die Energie aus dem Fahrzeug verbrauchen. Eine große Menge Energie wird benötigt, um die Feder- und Dämpferkräfte des passiven Element für die Isolation und die Fahrleistung zu ändern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Aufhängungsbaugruppe anzugeben, deren Dämpfungscharakteristik sich mit einfachen Mittels anpassen lässt.
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wir mit einer Aufhängungsbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Figurenliste
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
- 1 eine passive Aufhängungsbaugruppe gemäß dem Stand der Technik darstellt, die ein Element mit negativer Steifigkeit umfasst, das verwendet wird, um Schwingungen zwischen einem gefederten Element und einem ungefederten Element zu dämpfen;
- 2 eine passive Aufhängungsbaugruppe gemäß der Offenbarung darstellt, die ein Element mit negativer Steifigkeit umfasst, das verwendet wird, um Schwingungen zwischen einem gefederten Element und einem ungefederten Element unter Last zu dämpfen;
- 3 beschreibt die passive Aufhängungsbaugruppe gemäß 2, die ein Element mit negativer Steifigkeit umfasst, das eingesetzt wird, um Schwingungen zwischen einem gefederten Element und einem ungefederten Element unter Last zu dämpfen und zudem einen aktiven Trimmmechansimus umfasst, gemäß der Offenbarung;
- 4 ein Aufhängungssystem gemäß der Offenbarung darstellt, das ein Element mit negativer Steifigkeit und mit einen aktiven Trimmmechanismus während der Auslenkung darstellt, die aus einer Laständerung resultiert;
- 5 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses gemäß der Offenbarung darstellt, der eine Vorwärtssteuerung eines aktiven Trimmmechanismuses 534 in einem Aufhängungssystem umfasst, das aktives, dynamische Trimmen aufweist;
- 6 gemäß der Offenbarung ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses einer Vorwärtssteuerung eines aktiven Trimmmechanismuses in einem Aufhängungssystem, das aktives, dynamische Trimmen aufweist;
- 7 ein beispielhaftes Steuersystem gemäß der Offenbarung darstellt, das eine Rückkopplungssteuerung eines aktiven Trimmmechanismuses in einem Aufhängungssystem umfasst, das aktives, dynamische Trimmen aufweist;
- 8 zeigt das Heben, Rollen und Nicken während des Bremsen eines Fahrzeugs gemäß der Offenbarung, das eine passive Aufhängung ohne Element mit negativer Steifigkeit umfasst, von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit ohne aktive Trimmung umfasst, von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit mit aktiver Trimmung umfasst; und
- 9 zeigt die Ergebnisse der Trimmsteuerungssimulation eines aktiven dynamischen Trimmsystems gemäß der Offenbarung, das eine Regelung mit einem 5 Hz Aktuator nutzt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte lediglich zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, stellt 1 schematisch eine passive Aufhängungsbaugruppe 20 dar, die ein Element 30 mit negativer Steifigkeit umfasst, das zum Dämpfen von Schwingungen zwischen einem gefederten Element und einem ungefederten Element verwendet wird. Wie es gezeigt ist, ist das gefederte Element eine Karosserie 10 eines Fahrzeugs, und das ungefederte Element umfasst einen unteren Querlenker 14, der eine Radbaugruppe 18 trägt, die eine Bodenfläche berührt. Der untere Querlenker 14 ist an einem Scharnierpunkt 12 an der Karosserie 10 befestigt und arbeitet zusammen mit einem oberen Querlenker, um Sitzelemente zum Befestigen der Radbaugruppe 18 zu schaffen. Details für die Befestigung einer Fahrzeugradbaugruppe 18 sind bekannt und werden daher hierin nicht beschrieben. Die Aufhängungsbaugruppe 20 kann verwendet werden, um Schwingungen zwischen einem gefederten Element und einem ungefederten Element in einem stationären Aufbau mit ähnlicher Wirkung zu dämpfen. Die Aufhängungsbaugruppe 20 umfasst ein Element 30 mit negativer Steifigkeit, um ein bevorzugtes Leistungsverhalten aufrechtzuerhalten, während statische und dynamische Laständerungen berücksichtigt werden, die das Tragen einer großen Last in Verbindung mit einer geringen dynamischen Steifigkeit zur Schwingungsisolation umfassen. Dies ermöglicht die Verringerung der gesamten Federrate auf Null oder in die Nähe von Null, während die statische Lasttragefähigkeit aufrechterhalten wird. Ein solches System liefert ein gewünschtes Fahrverhalten für den Insassenkomfort und eine Rad/Reifen-Straßengriffigkeit für die Sicherheit, während statische Laständerungen aufgrund von Massenänderungen berücksichtigt werden und dynamische Laständerungen während Fahrzeughandhabungsmanövern berücksichtigt werden. Die Begriffe Federrate, Federkonstante und Steifigkeit sind analoge Begriffe, die sich alle auf eine Änderung in der Kraft beziehen, die durch eine Feder bezogen auf die Auslenkung der Feder ausgeübt wird.
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Die Aufhängungsbaugruppe 20 ist ein Last tragendes Element, das statische und dynamische Kräfte und Lasteingaben zwischen dem ungefederten Element 14 und dem gefederten Element 10, d. h. dem unteren Querlenker 14 und der Karosserie 10, trägt und überträgt. Die Aufhängungsbaugruppe 20 umfasst bei der gezeigten Ausführungsform eine Feder 24, einen Dämpfer 22 und das Element 30 mit negativer Steifigkeit, die parallel zwischen dem unteren Querlenker 14 und der Karosserie 10 angeordnet sind. Wie es gezeigt ist, enden die Feder 24 und der Dämpfer 22 gemeinsam an dem unteren Querlenker 14 an einem Scharnierpunkt 15, und sie enden gemeinsam an der Karosserie an einem Scharnierpunkt 17. Das Element 30 mit negativer Steifigkeit endet an dem unteren Querlenker 14 an einem Scharnierpunkt 15', und es endet an der Karosserie an einem Scharnierpunkt 17'. Wie es gezeigt ist, sind der Scharnierpunkt 15 und der Scharnierpunkt 15' bei einer Ausführungsform unterschiedliche Punkte, was zu unterschiedlichen Hebelarmen für die Kräfte führt, die durch die unterschiedlichen Elemente ausgeübt werden. Alternativ sind der Scharnierpunkt 15 und der Scharnierpunkt 15' derselbe Punkt. Wie es gezeigt ist, sind der Scharnierpunkt 17 und der Scharnierpunkt 17' auf ähnliche Weise bei einer Ausführungsform unterschiedliche Punkte. Alternativ sind der Scharnierpunkt 17 und der Scharnierpunkt 17' derselbe Punkt. Bei einer Ausführungsform ist die Aufhängungsbaugruppe 20 ein passives Aufhängungssystem, das als ein Aufhängungssystem definiert ist, das keine äußeren Steuerelemente aufweist, die den Betrieb von Aufhängungseinrichtungen steuern, d. h. der Feder 24, des Dämpfers 22 und des Elements 30 mit negativer Steifigkeit. Die Feder 24 und der Dämpfer 22 sind als mechanische Einrichtungen dargestellt, sie können jedoch als beliebige geeignete Feder- und Dämpfereinrichtungen ausgebildet sein, die beispielsweise pneumatische Einrichtungen, hydraulische Einrichtungen, mechanische Einrichtungen und Kombinationen von diesen umfassen. Die Feder 24, der Dämpfer 22 und das Element 30 mit negativer Steifigkeit dämpfen eine Schwingungseingabe an das ungefederte Element 14 oder nehmen diese auf andere Weise auf, z. B. eine Schwingungseingabe an den unteren Querlenker 14, der die Fahrzeugradbaugruppe 18 in Kontakt mit der Bodenfläche trägt, während sich das Fahrzeug bewegt und während das Fahrzeug stationär ist. Das Aufhängungssystem 20 ist ausgebildet, um eine große Last mit einer geringen dynamischen Steifigkeit statisch zu tragen, welche eine Schwingungsisolation bewirkt. Vorzugsweise liegt die gesamte Federrate der kombinierten Elemente des Aufhängungssystems 20 um einen Punkt ohne Auslenkung herum bei oder in der Nähe von Null. Vorzugsweise liegt die gesamte Federrate der kombinierten Elemente des Aufhängungssystems 20 unter statischen Bedingungen in Ansprechen auf Schwankungen in der statischen Fahrzeuglast bei Null oder in der Nähe von Null, und sie spricht auf dynamische Laständerungen an, die mit der Fahrzeughandhabung, dem Kurvenfahren und rauen Straßenbedingungen verbunden sind.
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Die Funktion des Elements 30 mit negativer Steifigkeit ist, eine Kraft in der Aufhängungsbaugruppe 20 zwischen dem gefederten Element 10 und dem ungefederten Element 14 einzuführen, die der Kraft entgegenwirkt, die durch die Feder 24 eingeführt wird, beispielsweise in die Aufhängung des Fahrzeugs unter statischen Bedingungen. Die Gegenkraft des Elements 30 mit negativer Steifigkeit unterstützt die Trennung des gefederten Elements 10 und des ungefederten Elements 14 solange, wie die Kraft, die auf das gefederte Element 10 wirkt, kleiner als eine Streckgrenze des Elements 30 mit negativer Steifigkeit ist, wobei beliebige Differenzen in den Hebelarmen der relevanten Elemente berücksichtigt werden. Das Element 30 mit negativer Steifigkeit liefert eine Kraft, die der Federkraft der Feder 24 entgegenwirkt, und es weist vorzugsweise eine negative Federrate mit einem Betrag auf, welche die positive Federrate der Feder 24 unter statischer Last an einem Punkt ohne Auslenkung der Aufhängungsbaugruppe 20 teilweise oder vollständig aufhebt.
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Dieses beispielhafte System kann zusätzlich eine elektronische Steuereinheit 80 umfassen, die betrieben werden kann, um das Element 30 mit negativer Steifigkeit zu steuern. Ein Steuersignal 81 kann von der elektronischen Steuereinheit 80 erzeugt werden, wenn das Element 30 mit negativer Steifigkeit kontrolliert wird.
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Steuermodul, Modul, Steuerelement, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bezeichnen einzelne oder eine Kombination aus einer beliebigen Anzahl von anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASIC), elektrischen Schaltkreisen, zentrale Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehöriger Arbeitsspeicher und Speicher (Nur-Lese-Speicher, programmierter Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenspeicher, etc.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen ausführen, kombinatorische Logikschaltungen, Ein- und Ausgabeschaltungen und -einrichtungen, geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltkreise und andere Komponenten , die die gewünschte Funktionalität bereitstellen. Software, Firmware, Programme, Instruktionen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen Instruktionssätze, die auch Kalibrierungs- und Wertetabellen umfassen. Das Steuerungsmodul hat einen Satz Steuerungsroutinen, der ausgeführt wird, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden ausgeführt, wie etwa durch eine zentrale Verarbeitungseinheit, und sind in der Lage, Eingaben von Fühleinrichtungen und anderen Vernetzten Steuermodulen zu überwachen, und Steuer- und Diagnoseroutinen für den Steuerbetrieb der Aktautoren auszuführen. Routienen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise alle 100 Millisekunden, 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während andauerndem Motor- und Fahrzeugbetrieb. Alternativ können Routinen als Reaktion auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Das Ausführungsbeispiel aus 1 ermöglicht die Verringerung einer gesamten Federrate bis auf Null, während die statische Lasttragefähigkeit aufrechterhalten wird. Die erlaubt eine gute Schwingungsisolation, die zu einer komfortablen Fahrt führt, allerdings anfällig bei statischen Laständerungen durch Masseänderungen oder dynamische Laständerungen durch Fahrzeughandhabungsmanöver ist. Statische Laständerungen können das Element 30 mit negativer Steifigkeit dazu bringen, mit einer positiven Steifigkeit ungetrimmt zu sein und kann im Falle des Elements 30 mit negativer Steifigkeit und einer progressiven Charakteristik die Qualität der Schwingungsisolation beeinflussen. Die Einbindung eines aktiven schnell dynamischen Trimmmechanismus in das System, das auf dem Element mit negativer Steifigkeit basiert, kann die Auswirkung von Laständerungen auf die Trimmung des Element mit negativer Steifigkeit überwinden.
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2 zeigt eine passive Aufhängungsbaugruppe aus 1, die ein Element 230 mit negativer Steifigkeit umfasst, das eingesetzt wird, um Schwingungen zwischen einem gefederten Element 248 und einem ungefederten Element 249 unter Last 244 zu dämpfen. In diesem Ausführungsbeispiel, ist das Element 230 mit negativer Steifigkeit eine negative Federeinrichtung 232 und ist parallel zur Standardaufhängung 250 angeordnet, welche eine positive Feder 252 und einen Dämpfer 254 umfasst. Während dieses Ausführungsbeispiel durch das Element 230 mit negativer Steifigkeit eine Schwingungsisolation bereitstellt, ist es anfällig für statische und dynamische Laständerungen der Nutzlast 248. Die Last 244 die auf die Nutzlast 248 wirkt und die Bodenanregung 246 führen zu einer Auslenkung 242 der Nutzlast 248 und verringern die Leistung der Schwingungsisolation im Falle einer negativen Steifigkeit mit progressiver Steifigkeitscharakteristik. Die Last 244 und die positive Feder 252 sind nicht ausgeglichen, was dazu führt, dass das Element 230 mit negativer Steifigkeit eine Kraftkomponente hat.
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3 zeigt eine passive Aufhängungsbaugruppe aus 2, die ein Element 330 mit negativer Steifigkeit umfasst, das eingesetzt wird, um Schwingungen zwischen einem gefederten Element 348 und einem ungefederten Element 349 unter Last 344 zu dämpfen und zudem einen aktiven Trimmmechanismus umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel, ist das Element 330 mit negativer Steifigkeit eine negative Federeinrichtung 332 und ist parallel zur Standardaufhängung 350 angeordnet, welche eine positive Feder 352 und einen Dämpfer 354 umfasst. Der aktive Trimmmechanismus umfasst Aktuatoren 334, 335 und 336. 3 zeigt beispielhafte Positionen für einen Trimmaktuator, der ausgeführt ist, um das Element 330 mit negativer Steifigkeit in Relation zur Standardaufhängung zu trimmen, indem er die Anlenkpunkte 337, 338, 339 mit den Aktuatoren 334, 335 und 336 bewegt. Die Anlenkpunkte 337, 338 und 339 können zurück auf eine getrimmte Position justiert werden, sodass die negative Federeinrichtung 332 des Elements 330 mit negativer Steifigkeit keinerlei Kraftkomponente auf die Aufhängung weiterleitet. Durch die Nutzung ein schnellen Trimmbetätigung kann das System die Vorteile einer voll aktiven Aufhängung bei viel geringerem Stromverbrauch bieten.
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Eine beispielhafte Methode einer aktiven dynamischen Trimmung eines Aufhängungssystems, das auf negativer Steifigkeit basiert, kann einen Satz Sensoren verwenden, um die statischen und dynamischen externen Kräfte, die auf die Nutzlast einwirken, zu schätzen oder zu berechnen und anhand eines Models. Ein Steuermodul kann die statischen und dynamischen externen Kräfte, die auf die Nutzlast schätzen oder berechnen und mittels eines Modells den gewünschten Trimmzustand berechnen, welcher als Vorwärtsbefehl einem Trimmsteuerungssystem bereit gestellt, welches ein Steuersignal an einen Aktuator sendet, um eine Vibrationsisolation unabhängig von den externen Kräften, die auf die Nutzlast einwirken, zu erreichen. Für die Bodenanregung kann sich das Element mit negativer Steifigkeit, das aktives dynamisches Trimmen umfasst, als eine weiche Feder in Passivausführung verhalten und für Karosserieanregung kann sich das Element mit negativer Steifigkeit, das aktives dynamisches Trimmen umfasst, als eine harte Feder in Passivausführung verhalten. Die Verwendung von Elementen mit negativer Steifigkeit in einer passiven Aufhängung kann angemessen leistungsfähige Schwingungsisolation bieten, ohne dafür aktive dynamische Trimmbetätigung zu benötigen. Aktive dynamische Trimmbetätigung kann in allen bekannten Durchführungsvarianten der Grundlagentechnologie negativer Steifigkeit genutzt werden, die Federn und Gelenke, einen Knickstab, Hydraulik, Magnetik und Wellrohre umfasst. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die aktive dynamische Trimmbetätigung in einer Fahrzeugaufhängung eingesetzt wird, kann der Querstabilisator entfernt werden, Gewicht und Kosten zu senken und um das Verhalten bei der Geradeausfahrt zu verbessern. Aktive dynamische Trimmbetätigung eines Elements mit negativer Steifigkeit kann in verschieden Produkten durchgeführt werden, einschließlich automobiler Motoraufhängungsbefestigungen. Aktive dynamische Trimmbetätigung eines Elements mit negativer Steifigkeit kann in jedem Transportsystem durchgeführt werden, einschließlich Luft- und Wasserfahrzeuge, die Nutzlaständerungen oder anderen externen Kräften unterliegen, die auf die Nutzlast einwirken. Jede Methode für die Betätigung kann für das Trimmen verwendet werden, einschließlich elektrische und hydraulische Betätigung.
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4 zeigt ein Aufhängungssystem, das ein Element 430 mit negativer Steifigkeit und einen aktiven Trimmmechanismus 434 umfasst, während der Auslenkung, die aus einer Laständerung resultiert. In Phase 401 sind die Last 448 und die positive Feder 452 im Gleichgewicht. Das Element 430 mit negativer Steifigkeit hat keine Kraftkomponenten in Richtung der Strebe. In Phase 402 ist die Last 450 wegen statischer oder dynamischer Laständerungen erhöht. In Phase 402 sind die Last 450 und die positive Feder 452 nicht im Gleichgewicht. Das Element 430 mit negativer Steifigkeit hat eine Kraftkomponente in Richtung der Strebe, da das Element mit negativer Steifigkeit eine Auslenkung 442 von der Trimmlinie 460 aufweist. In Phase 403 bleibt die Last 450 erhöht. Ein Aktuator des aktiven Trimmmechanismus 434 kann betätigt werden, um die Anlenkpunkte 437 des Elements 430 mit negativer Steifigkeit so zu bewegen, dass das Element 430 mit negativer Steifigkeit in eine neue getrimmte Position gebracht wird und der aktive Trimmmechanismus 434 bewegt die Anlenkpunkte 437 in einem vertikalen Bereich 435 so, dass das Element 430 mit negativer Steifigkeit keine Kraftkomponente in Richtung der Strebe aufweist. Die Ausführung der Aufhängung in 4 ist beispielhaft und jede Ausführung des Elements mit negativer Steifigkeit und jede Aufhängung kann mit der aktiven dynamischen Trimmung verwendet werden.
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5 zeigt ein beispielhaftes Steuersystem, das eine Vorwärtssteuerung eines aktiven Trimmmechanismuses 534 in einem Aufhängungssystem umfasst, das aktives, dynamische Trimmen aufweist. Das Aufhängungssystem umfasst eine positive Feder 552 und ein Element 530 mit negativer Steifigkeit unter eine Last 548. Last 548 hat eine tatsächliche Aufhängungsauslenkung 544 verursacht. Das Sensorsystem 510 umfasst Brems- und Gaspedalsensoren 512 ebenso wie Beschleunigungssensoren 514. Sensoren des Sensorsystems 510 können jeden auf dem Gebiet bekannte Sensor umfassen. Sensorsystem 510 kann zusätzlich jeden Sensor umfassen, der die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs erkennt. Das Sensorsystem gibt Sensormessungen 516 von Sensor 512 und 514 aus und leitet sie an das Vorwärsmodul 518 weiter. Das beispielhafte Steuersystem kann ein Steuermodul für den aktiven Trimmmechanismus 534 umfassen. Das Steuermodul kann ein Vorwärtsmodul 518 und ein Trimmsteuermodul 524 beinhalten. Das Vorwärtsmodul 518 und das Trimmsteuermodul 524 können auch unabhängige elektronische Steuermodule sein. Das Vorwärtsmodul 518 umfasst ein Modell, welches die Beziehung zwischen Brems- und Gaspedal und der Aufhängungsauslenkung gibt. Das Modell kann zusätzlich oder alternativ die Beziehung zwischen Längsbeschleunigung und Aufhängungsauslenkung geben. Das Model kann zusätzlich die Aufhängungsauslenkung in Abhängigkeit vom Lenkwinkel und der Querbeschleunigung für die passive Aufhängung ohne negative Steifigkeit zur Verfügung stellen.
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Das Modell des Vorwärtsmoduls kann alternativ eine Wertetabelle umfassen, die die Beziehung zwischen den Sensormessungen 516 und der Aufhängungsauslenkung zur Verfügung stellt. Vorwärtmodul 518 bestimmt eine Aufhängungsauslenkung basierend auf der Eingabe der Sensormessungen 516 vom Sensorsystem 510 und schätzt einen gewünschten Trimmzustand 520 basierend auf der festgestellten Aufhängungsauslenkung. Der gewünschte Trimmzustand 520 wird mit dem tatsächlichen Trimmzustand 550 am Punkt 522 basierend auf der gemessenen tatsächlichen Trimmauslenkung 542, verglichen. Der verglichene Trimmzustand 523 wird dann in das Trimmsteuersystem 524 eingegeben. Unter Nutzung von Positionssteuerung und Kraftsteuerung bestimmt das Trimmsteuersystem 524 die Signaleingabe 526 für den aktiven Trimmmechanismus 534, der eine neue getrimmte Position des Elements 530 mit negativer Steifheit unter Last 548 erreicht. Dies wird erreicht, indem die Anlenkpunkte 537 vertikal innerhalb des Bereichs 535 bewegt werden. Der aktive Trimmmechanismus 534 kann ein Linear- oder Rotationsaktuator sein und kann jeden Aktuator umfassen, einschließlich elektrisch und hydraulisch. Der aktive Trimmmechanismus bewegt die Anlenkpunkte 537 des Elements 530 mit negativer Steifigkeit in Relation zur positiven Feder 552 in beide vertikale Richtungen 535 in Relation zur positiven Feder 552. Die beispielhafte Vorwärtskontrolle des aktiven Trimmmechanismus resultiert in einer Trennung von Fahrt und Handhabung. Dementsprechend wird die verbesserte Fahrtleistung erreicht, indem das Element mit negativer Steifigkeit einbezogen wird, während die gewünschte Handhabungsleistung des passiven Aufhängungssystems ohne Element negativer Steifigkeit auch erreicht werden kann.
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6 zeigt einen beispielhaften Prozess einer Vorwärtssteuerung eines aktiven Trimmmechanismuses in einem Aufhängungssystem, das aktives, dynamische Trimmen aufweist, wie in
5 gezeigt. Tabelle 1 wird als Schlüssel bereitgestellt, in der numerisch beschriftete Blöcke und entsprechende Funktionen wie folgt dargelegt sind.
Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 602 | Überwachung mindestens einer Sensoreinrichtung, die ausgebildet ist, Systembetriebsparameter zu messen |
| 604 | Bestimmung eines gewünschten Trimmzustandes des aktiven Trimmmechanismus basierend auf den überwachten Sensormessungen und einem tatsächlichen Trimmzustand basierend auf einer gemessenen tatsächlichen Trimmauslenkung |
| 606 | Vergleich des gewünschten Trimmzustandes und eines tatsächlichen Trimmzustandes |
| 608 | Erzeugung einer Signaleingabe für den aktiven Trimmmechanismus basierend auf dem Vergleich des gewünschten Trimmzustandes und dem tatsächlichen Trimmzustand |
| 610 | Steuerung des aktiven Trimmmechanismus basieren auf der erzeugten Signaleingabe, um die eine Vielzahl von Anlenkpunkten des Elements mit negativer Steifigkeit zu bewegen, um eine getrimmte Position des Elements mit negativer Steifigkeit zu erreichen. |
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7 zeigt ein beispielhaftes Steuersystem, das eine Vorwärtssteuerung eines aktiven Trimmmechanismuses 734 in einem Aufhängungssystem umfasst, das aktives, dynamische Trimmen aufweist. Eine gewünschter Aufhängugszustand 718, definiert von Beschleunigung, Geschwindigkeit und Auslenkung der Aufhängung, wird in ein Steuersystem 720 für die Karosseriebewegung eingegeben. Ein tatsächlicher Aufhängungszustand, definiert von Beschleunigung, Geschwindigkeit und Auslenkung der Aufhängung, wird zudem bestimmt, basierend auf der tatsächlichen Aufhängugsauslenkung 744 und wird als Rückkopplung in das Steuersystem 720 für die Karosseriebewegung eingegeben. Das Steuersystem für die Karosseriebewegung kann jede bekannte Methode verwenden, einschließlich einer Linearer-Quadratischen-Gausschen (LQG) Steuerung, um eine optimale Rückkopplungssteuersignal 726 zum aktiven Trimmmechanismus 734 herzustellen, der die Trimmpunkte 737 in einer optimalen Weise bewegt, um die beste Leistung zu erreichen. Der aktive Trimmmechanismus 734 kann ein Linear- oder Rotationsaktuator sein und kann jeden Aktuator umfassen, einschließlich elektrisch und hydraulisch. Der aktive Trimmmechanismus bewegt die Anlenkpunkte 737 des Elements 730 mit negativer Steifigkeit in Relation zur positiven Feder 752 in beide vertikale Richtungen 735 in Relation zur positiven Feder 752.
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Die Rückkopplungssteuermethode kann als Alternative zur Vorwärtssteuermethode aus 4 verwendet werden, oder kann zusätzlich zur Vorwärtssteuermethode verwendet werden. In einem Ausführungsbeispiel benötigt die Rückkopplungssteuermethode des aktiven Trimmmechanismus keine Bestimmung des tatsächlichen Trimmzustandes 550 oder die Trimmpositionssteuerung 524.
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8 zeigt das Heben 804, Rollen 806 und Nicken 808 während des Bremsen eines Fahrzeugs, das eine passive Aufhängung ohne Element 812 mit negativer Steifigkeit umfasst, von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit ohne aktive Trimmung 814 umfasst, von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit mit aktiver Trimmung 816 umfasst. Für jeden Graph 801, 802 und 803 bremst das Fahrzeug in Sekunde 2 mit einer Beschleunigung von 1,8 m/s2. Graph 801 zeigt das Heben in Metern 804, über eine Zeit in Sekunden 810 für jedes Fahrzeugs, das eine passive Aufhängung ohne Element 812 mit negativer Steifigkeit umfasst, von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit ohne aktive Trimmung 814 umfasst und von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit mit aktiver Trimmung 816 umfasst. Graph 802 zeigt das Rollen in Grad 806, über eine Zeit in Sekunden 810 für jedes Fahrzeugs, das eine passive Aufhängung ohne Element 812 mit negativer Steifigkeit umfasst, von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit ohne aktive Trimmung 814 umfasst und von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit mit aktiver Trimmung 816 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel wird aktive Trimmung 816 durch die Verwendung von sowohl Vorwärts- als auch Rückkopplungssteuerung erreicht. Graph 803 zeigt das Nicken in Grad 808, über eine Zeit in Sekunden 810 für jedes Fahrzeugs, das eine passive Aufhängung ohne Element 812 mit negativer Steifigkeit umfasst, von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit ohne aktive Trimmung 814 umfasst und von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit mit aktiver Trimmung 816 umfasst. Graph 803 zeigt deutlich, dass das Nicken 808 eines bremsenden Fahrzeugs, das ein Element mit negatives Steifigkeit und aktive Trimmung 816 umfasst, signifikant kleiner ist, als ein Fahrzeug, ohne aktive Trimmung oder Element mit negativer Steifigkeit.
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9 zeigt die Ergebnisse der Trimmsteuerungssimulation eines aktiven dynamischen Trimmsystems, das eine Regelung mit einem 5 Hz Aktuator nutzt. Jeder Graph in 9 zeigt das Liniendiagramm jeweils eines Fahrzeugs, das eine passive Aufhängung ohne Element 901 mit negativer Steifigkeit umfasst, von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit ohne aktive Trimmung 902 umfasst, von einem Fahrzeug, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit mit aktiver Trimmung mit einem 5 Hz-Aktuator 903 umfasst. Graph 910 zeigt die Hebebeschleunigung 912 in Schwerkraft (g) in Abhängigkeit von Zeit 911 in Sekunden. Graph 920 zeigt das Rollen 922 in Grad in Abhängigkeit von Zeit 921 in Sekunden. Graph 930 zeigt das Nicken 932 in Grad in Abhängigkeit von Zeit 931 in Sekunden. Das Nicken des Fahrzeugs, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit und aktive Trimmung mit 5 Hz-Aktuator 903 umfasst, hat gezeigt, dass es eine wesentlich weniger drastische Veränderung erfährt als Fahrzeuge ohne aktive Trimmsteuerung 901 und 902. Graph 940 zeigt die Hebebeschleunigung 942 in Schwerkraft (g) in Abhängigkeit von Frequenz 941 in Herz (Hz). Wie aus den Liniendiagrammen 901, 902, 903 ersichtlich wird, resultiert eine niedrigere Resonanz in einer verbesserten Fahrt (Verringerten Hebebeschleunigung). Liniendiagramm 903 des Fahrzeugs, das eine passive Aufhängung mit einem Element mit negativer Steifigkeit und aktive Trimmung mit 5 Hz-Aktuator umfasst, hat darüber hinaus gezeigt, dass es eine geringere Hebebeschleunigung aufweist, als Fahrzeuge ohne aktive Trimmsteuerung, Lieniendiagramme 901 und 902. Graph 950 zeigt das Rollrate 952 in Grad/Sekunde in Abhängigkeit von Frequenz 951 in Herz. Da ein Querstabilisator vorhanden ist, zeigt das Fahrzeug mit einem Element 902 mit negativer Steifigkeit keine signifikante Verbesserung gegenüber dem Fahrzeug, das weder eine aktive Trimmsteuerung noch eine negative Steifigkeit 901 hat. Allerdings wird die Rollrate mit aktiver Trimmsteuerung und negativer Steifigkeit 903 reduziert. Graph 960 zeigt das Nicken 962 in Grad/Sekunde in Abhängigkeit von Frequenz 961 in Herz. Graph 970 zeigt das Heben 972 in Metern in Abhängigkeit von Zeit 971 in Sekunden.
