DE102017120274A1

DE102017120274A1 - Intelligente, aktive Halterung

Info

Publication number: DE102017120274A1
Application number: DE102017120274.9A
Authority: DE
Inventors: Seung-Won Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-09-05
Also published as: CN108656915A; US20180281579A1; KR20180110372A; US10538154B2; KR102322368B1; DE102017120274B4

Abstract

Eine intelligente, aktive Halterungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, eine komplizierte Verdrahtung zum Verbinden einer Steuereinrichtung, einer Halterung und einer Verbrennungsmotor-ECU, einen Vakuumunterdruckschlauch und eine Steuereinrichtung zu beseitigen, kann aufweisen: einen Isolator (13), welcher in einem Gehäuse (10) angeordnet ist, um eine Flüssigkeitskammer zu definieren, eine untere Öffnung-Platte (16), welche in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, um die Flüssigkeitskammer in eine obere Flüssigkeitskammer (C1) und eine unter Flüssigkeitskammer (C2) zu unterteilen, eine obere Öffnung-Platte (17), welche über der unteren Öffnung-Platte (16) angeordnet ist, eine Membran (18), welche zwischen der unteren Öffnung-Platte (16) und der oberen Öffnung-Platte (17) angeordnet ist, ein Diaphragma (19), welches unter der unteren Öffnung-Platte (16) in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, eine Luftkammer (21), welche zwischen der Membran (18) und der unteren Öffnung-Platte (16) definiert ist, ein Magnetventil (40), welches mit der Luftkammer (21) verbunden ist, und einen Generator (20), welcher an dem Diaphragma (19) angeordnet ist, wobei der Generator (20) durch Bewegung oder Verformung des Diaphragmas (19) elektrische Energie erzeugt, um die elektrische Energie als eine Betätigungsleistung des Magnetventils (40) zu liefern.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Halterung. Insbesondere betrifft sie eine intelligente, aktive Halterung, welche dazu eingerichtet ist, eine komplizierte Verdrahtung zum Verbinden einer Steuereinrichtung, einer Halterung und einer Verbrennungsmotor-ECU, einen Vakuumunterdruckschlauch und eine Steuereinrichtung zu beseitigen, um eine Verringerung der Kosten und des Gewichts und eine Verbesserung hinsichtlich der Baugruppenanordnung/-gestaltung (Engl.: „package layout“) zu erzielen.
Beschreibung der bezogenen Technik
So wie Technologien für Fahrzeuge weiterentwickelt werden und Verbraucheransprüche bezüglich geringer Vibrationen und geringem Lärm steigen, werden kontinuierlich Anstrengungen unternommen, die Fahrqualität von Fahrzeugen zu maximieren, indem Geräusche, Vibrationen und Stöße analysiert werden.
Die Vibration, welche in einem spezifischen Drehzahlbereich eines Verbrennungsmotors auftritt, während ein Fahrzeug fährt, wird in einer spezifischen Frequenz durch die Fahrzeugkarosserie an den Innenraum des Fahrzeugs übertragen, wobei die explosionsartigen Komponenten (z.B. die Frequenzkomponenten bei Verbrennungstakten) des Verbrennungsmotors erheblich den Innenraum des Fahrzeugs beeinflussen.
Vibrationen treten im Allgemeinen strukturell immer im Verbrennungsmotor des Fahrzeugs durch eine periodische Variation einer Zentralposition aufgrund der vertikalen Bewegung eines Kolbens und einer Pleuelstange, eine Trägheitskraft eines sich hin und her bewegenden Abschnitts, welcher in einem Zylinder axial wirkt, eine Trägheitskraft der Pleuelstange, welche sich von einer Seite zur anderen Seite einer Kurbelwelle dreht, eine periodischen Variation des auf die Kurbelwelle aufgebrachten Drehmoments, etc. auf.
Dementsprechend ist eine Motorhalterung (z.B. ein Motorlager bzw. eine Motoraufhängung) zwischen dem Verbrennungsmotor und der Fahrzeugkarosserie angebracht, um den Verbrennungsmotor abzustützen bzw. zu lagern und gleichzeitig die Geräusche und Vibration, welche von dem Verbrennungsmotor übertragen werden, zu dämpfen. Die Motorhalterung wird größtenteils eingeteilt in eine Gummi-Motorhalterung, eine Luftdämpfung-Halterung und eine flüssigkeitsgefüllte (bzw. flüssigkeitsdichte) Motorhalterung.
Unter diesen weist die flüssigkeitsgefüllte Motorhalterung (Flüssigkeit-Halterung oder auch „Motorhalterung vom Flüssigkeitsgefüllt-Typ“) eine Struktur auf, bei welcher eine Flüssigkeit, welche unterhalb eines Isolators gefüllt ist, in eine obere und eine untere Flüssigkeitskammer einströmt, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen. Die flüssigkeitsgefüllte Motorhalterung weist einen Vorteil dahingehend auf, dass alle höherfrequenten Vibrationen (Kleine-Verschiebung-Vibrationen) und alle niederfrequenten Vibrationen (Große-Verschiebung-Vibrationen) mit dieser Gelegenheit gedämpft werden.
In jüngsten Jahren wurden eine aktive Motorhalterung, semiaktive Motorhalterungen, etc. entwickelt, um die Vibrationsisolierungseigenschaften der flüssigkeitsgefüllten Motorhalterung zu verbessern.
Die aktive Motorhalterung erzeugt eine Steuerungskraft der gleichen Frequenz wie die Vibrationskomponente, welche die schlimmste NVH-Leistung (wobei NVH kurz für Geräusch, Vibration und Rauheit steht; in Englisch „Noise, Vibration, and Harshness“) erzeugt, um eine an eine Fahrzeugkarosserie übertragene Vibration unter den Vibrationen, welche gemäß dem Fahrzustand, dem Motorzustand und dem Beschleunigungssignal eines Fahrzeugs auf die Motorhalterung aufgebracht werden, zu verringern, wodurch die Fahrqualität und die Laufleistung sowie Reiseleistung (z.B. Reisekomfort, Fahrverhalten, etc.) des Fahrzeugs verbessert werden.
Zahlreiche Arten von semiaktive Halterungen sind Teil der koreanischen Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern 10-2013-0003749 und 10-2013-0003751 und dergleichen.
Eine semiaktive Halterung, welche zwischen einem Verbrennungsmotor, d.h. einem Antriebsstrang, und einer Fahrzeugkaroserie angeordnet ist, verringert im Allgemeinen effektiv eine Vibration, welche aufgrund des Betriebs des Verbrennungsmotors verursacht wird, durch Steuern der Dynamikcharakteristik der Halterung in einer Ein/Aus-Weise.
Die semiaktive Halterung ist in eine semiaktive Halterung vom Vakuumunterdruck-Typ, welche einen inneren Kanal, der eine obere und eine untere Flüssigkeitskammer verbindet, und eine Luftkammer, welche mit einem Luftversorgungskanal verbunden ist, um als ein Charakteristikveränderungsmittel (bzw. Eigenschaftsveränderungsmittel) zu fungieren, und welche den inneren Kanal auf eine Bypass-Art steuert, aufweist, und in eine elektronische semiaktive Halterung, welche einen inneren Kanal auf eine Volumen-Steifigkeit-Art mittels eines Magnetventils steuert, eingeteilt.
Die semiaktiven Halterungen vom Bypass-Typ und vom Volumen-Steifigkeit-Typ neigen dazu, unterschiedlich ausgeführt zu sein oder unterschiedliche Dynamikcharakteristiken zu haben. Wie in 1 dargestellt, weist die semiaktive Halterung vom Bypass-Typ in einem niederfrequenten Bereich einen höheren Verlustfaktor (Dämpfung) als die semiaktive Halterung vom Volumen-Steifigkeit-Typ auf.
Wie in 2 dargestellt, weist die semiaktive Halterung vom Bypass-Typ in einem niederfrequenten Bereich eine niedrigere Dynamikcharakteristik als die semiaktive Halterung vom Volumen-Steifigkeit-Typ auf, wohingegen die semiaktive Halterung vom Bypass-Typ in einem höherfrequenten Bereich eine höhere Dynamikcharakteristik als die semiaktive Halterung vom Volumen-Steifigkeit-Typ aufweist.
Die typische semiaktive Halterung vom Bypass-Typ verwendet hauptsächlich einen Vakuumdruck (bzw. Unterdruck) in dem Verbrennungsmotor (Ansaugkrümmer), jedoch kann sie eine räumliche Anordnung schwierig machen oder eine Beeinträchtigung aufgrund von Verbrennungsgegendruck verursachen.
Der Verlustfaktor (Dämpfung) und die Dynamikcharakteristik der elektronischen semiaktiven Halterung, welche auf die Volumen-Steifigkeit-Art gesteuert wird, können ferner gesteuert werden unter Verwendung eines elektronischen Magnetventils als eine Betätigungseinrichtung, und das elektronische Magnetventil wird geöffnet oder geschlossen, so dass die Luftkammer als das Charakteristikveränderungsmittel selektiv mit der Atmosphäre (z.B. Umgebungsluft) in Verbindung steht.
Das heißt, dass, wenn das Magnetventil, welches gesteuert wird, so dass es elektronisch öffenbar oder schließbar ist, geschlossen ist, ein Luftstrom zwischen der Luftkammer und der Atmosphäre blockiert ist, und die Luftkammer wird hart bzw. starr, während sie die Luft darin dicht verschließt. Dadurch wird der Verlustfaktor (Dämpfung) der Halterung erhöht, um die Fahrqualität des Fahrzeugs zu erhöhen.
Wenn andererseits das Magnetventil geöffnet ist, dann strömt Luft zwischen der Luftkammer und der Atmosphäre. Die Luftkammer wird folglich weich bzw. nachgiebig, um die Dynamikcharakteristik der semiaktiven Halterung zu verringern (um eine Isolierungsleistung zu verbessern).
Das Magnetventil wird außerdem geöffnet, so dass Luft in die Luftkammer hinein / aus der Luftkammer heraus strömen kann (eine Verringerung der Dynamikcharakteristik), während das Fahrzeug im Leerlauf ist, wohingegen das Magnetventil geschlossen wird, so dass Luft in der Luftkammer gehalten werden kann und ein Strömen zwischen der Luftkammer und der Atmosphäre blockiert werden kann (eine Erhöhung des Verlustfaktors), während das Fahrzeug fährt.
Der Verlustfaktor und die Dynamikcharakteristik der semiaktiven Halterung können unter Verwendung des Magnetventils gesteuert werden, um den Spalt zwischen der Luftkammer und der Atmosphäre zu öffnen oder zu verschließen, und das Magnetventil kann mit geringer Leistung gesteuert werden.
Die elektronische semiaktive Halterung weist eine niedrigere höherfrequente Dynamikcharakteristik (in einem breiten Bereich) als die semiaktive Halterung vom Vakuumunterdruck-Typ auf und verwendet eine elektromagnetische Kraft. Die elektronische semiaktive Halterung beeinträchtigt folglich nicht die Verbrennungsmotorleistung, da es keine Beeinträchtigung des Verbrennungsdrucks gibt. Außerdem ist die Anwendung der elektronischen semiaktiven Halterung gestiegen, da die elektronische semiaktive Halterung Drähte (Verdrahtungen), deren räumliche Anordnung und Ausgestaltung einfach festgelegt werden können, anstatt von Schläuchen zum Übertragen von Vakuumunterdruck nutzt.
Bei der Motorhalterungstechnologie steht unterdessen eine Fahrtvibrationsverringerung im Konflikt mit einer Leerlaufvibrationsverringerung.
Die Motorhalterung kann einen hohen Verlustfaktor (Dämpfung) haben, um eine Fahrtvibration zu verbessern, und kann eine niedrige Dynamikcharakteristik in einem niederfrequenten Bereich haben, um eine Leerlaufvibration zu verbessern.
Da die Flüssigkeit-Halterung eine hohe Dynamikcharakteristik hat, wenn die Dämpfung der Flüssigkeit-Halterung aufgrund ihrer Charakteristik groß ist, ist jedoch der Isolierungsfaktor der Flüssigkeit-Halterung schlecht. Wenn die Dynamikcharakteristik der Flüssigkeit-Halterung niedrig ist, ist ihre Dämpfung gering.
Folglich ist es schwierig, dass die Motorhalterung der Fahrtvibrationsverringerung und der Leerlaufvibrationsverringerung gleichzeitig gerecht wird.
Die Anwendung der semiaktiven Halterung, deren Eigenschaften für jeden Fahrzustand variieren, wurde dementsprechend ausgeweitet.
Um die Dämpfungsleistung zu erhöhen, während das Fahrzeug fährt, und die dynamischen Eigenschaften zu verringern, während das Fahrzeug im Leerlauf ist, wird die semiaktive Halterung in einer elektronischen Weise und einer Vakuumunterdruck-Weise gesteuert.
Die semiaktive Halterung erfordert jedoch viele zusätzliche Vorrichtungen, welche eine hochpreisige Steuereinrichtung, die mit einer Verbrennungsmotor-ECU (kurz für „elektronische Verbrennungsmotorsteuereinheit“, wobei „ECU“ vom Englischen „electronic control unit“ abgeleitet ist) verbunden ist, eine komplizierte Verdrahtung zum Verbinden der Steuereinrichtung, der Halterung (Magnetventil) und der Verbrennungsmotor-ECU, und, zusätzlich zum Magnetventil als Betätigungseinrichtung, einen Vakuumunterdruckschlauch aufweisen, was zu einer Erhöhung von Kosten und Gewicht führen kann.
Außerdem ist es schwierig, die semiaktive Halterung anzuwenden, da sie hinsichtlich einer Gestaltung und räumlichen Anordnung umliegender Baugruppen nachteilig ist.
Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören.
Erläuterung der Erfindung
Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, eine intelligente, aktive Halterung zu schaffen, welche dazu eingerichtet ist, eine komplizierte Verdrahtung, welche zum Verbinden einer Steuereinrichtung, einer Halterung und einer Verbrennungsmotor-ECU dient, einen Vakuumunterdruckschlauch und eine Steuereinrichtung zu beseitigen, um eine Verringerung der Kosten und des Gewichts und eine Verbesserung hinsichtlich der (räumlichen) Baugruppenanordnung/-gestaltung zu erzielen.
Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, eine intelligente, aktive Halterung für ein Fahrzeug (z.B. ein Kraftfahrzeug) zu schaffen, wobei die intelligente, aktive Halterung dazu eingerichtet ist, ohne eine Steuereinrichtung eine Fahrtvibration (eine Erhöhung der Dämpfung und des Verlustfaktors) und eine Leerlaufvibration (eine Verringerung der Dynamikcharakteristik) gemäß dem Fahr-/Betriebszustand eines Fahrzeugs und eines Verbrennungsmotors automatisch zu steuern.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist eine intelligente, aktive (Motor-)Halterung bzw. intelligente, aktive (Motor-)Befestigung (beispielsweise intelligentes, aktives (Motor-)Lager bzw. intelligente, aktive (Motor-)Aufhängung) auf: einen Isolator (z.B. Isolierungselement), welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, um einen inneren Kern zu fixieren und eine Flüssigkeitskammer zu definieren, eine untere Öffnung-Platte (z.B. untere Düsenöffnungsplatte), welche in dem Gehäuse angeordnet ist, um die Flüssigkeitskammer in eine obere Flüssigkeitskammer und eine unter Flüssigkeitskammer zu unterteilen, und welche eine Öffnung (z.B. Düsenöffnung) zum Leiten eines Fluidstroms zwischen der oberen Flüssigkeitskammer und der unteren Flüssigkeitskammer aufweist, eine obere Öffnung-Platte (z.B. obere Düsenöffnungsplatte), welche über der unteren Öffnung-Platte angeordnet ist, eine (z.B. eine erste) Membran, welche zwischen der unteren Öffnung-Platte und der oberen Öffnung-Platte angeordnet ist, ein Diaphragma (bzw. eine weitere (z.B. zweite) Membran, nachfolgend kurz „Diaphragma“), welches unter der unteren Öffnung-Platte in dem Gehäuse angeordnet ist, um zusammen mit der unteren Öffnung-Platte die untere Flüssigkeitskammer zu definieren, eine Luftkammer, welche zwischen der Membran und der unteren Öffnung-Platte definiert ist, ein Magnetventil (z.B. Elektromagnetventil, Solenoid-Ventil), welches mit der Luftkammer verbunden (z.B. fluidverbunden) ist und öffnet oder schließt, so dass die Luftkammer selektiv mit der Atmosphäre (z.B. Umgebungsluft) kommuniziert (bzw. in Fluidverbindung steht), und einen Generator, welcher an dem Diaphragma angeordnet ist, wobei der Generator durch Bewegung oder Verformung des Diaphragmas elektrische Energie bzw. elektrische Leistung (nachfolgend kurz: „elektrische Energie“) erzeugt, um die elektrische Energie als eine Betätigungsleistung bzw. Betätigungsenergie (nachfolgend kurz: „Betätigungsleistung“) des Magnetventils zu liefern.
Das Magnetventil kann ein Magnetventil vom Normalerweise-Geöffnet-Typ sein, welches dazu eingerichtet ist, mit der ihm als Betätigungsleistung zugeführten elektrischen Leistung von dem Generator geschlossen zu werden.
Die intelligente, aktive Halterung kann ferner einen Leistungswandler aufweisen, welcher dazu eingerichtet ist, eine von dem Generator ausgegebene elektrische Leistung zu wandeln, um die elektrische Leistung als die Betätigungsleistung des Magnetventils zu liefern.
Der Leistungswandler kann eine Gleichrichterschaltung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, eine von dem Generator ausgegebene AC-Leistung (kurz für Wechselstrom-Leistung) in eine DC-Leistung (kurz für Gleichstrom-Leistung) umzuwandeln, um die umgewandelte DC-Leistung dem Magnetventil zuzuführen (bzw. darauf anzuwenden).
Außerdem kann ein Ausgangsanschluss des Generators mit einem Eingangsanschluss des Leistungswandlers durch eine Verdrahtung (z.B. ein oder mehrere Drähte und/oder Kabel, etc.) direkt verbunden sein und kann ein Ausgangsanschluss des Leistungswandlers, über welchen die umgewandelte elektrische Energie bzw. Leistung ausgegeben wird, mit einem Leistungseingangsanschluss des Magnetventils durch eine Verdrahtung (z.B. ein oder mehrere Drähte und/oder Kabel, etc.) direkt verbunden sein.
Der Generator kann ein Nano-Generator sein, welcher integral (z.B. stofflich einstückig) oder monolithisch an dem Diaphragma angeordnet ist, wobei der Nano-Generator z.B. eine Elektrode und einen Verbundwerkstoff aufweist, welcher ein nanopartikelgroßes piezoelektrisches Material aufweist.
Der Nano-Generator kann eine Struktur aufweisen, bei welcher der Verbundwerkstoff auf dem als ein Substrat dienenden Diaphragma als eine Schicht aufgebracht (z.B. auflaminiert, in Form einer (Oberflächen-)Beschichtung aufgebracht (bspw. aufgewachsen), etc.) ist.
Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend diskutiert.
Es ist zu verstehen, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-...“ oder irgendein ähnlicher Begriff, welcher hier verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen, wie z.B. Personenkraftfahrzeuge, einschließlich sogenannter Sportnutzfahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, zahlreiche kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl an Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen einschließt und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge für alternative Treibstoffe (z.B. Treibstoffe, welche aus anderen Ressourcen als Erdöl hergestellt werden) einschließt. Ein Hybridfahrzeug, auf welches hier Bezug genommen wird, ist ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Energiequellen hat, z.B. Fahrzeuge, welche sowohl mit Benzin als auch elektrisch betrieben werden.
Die obigen und andere Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend diskutiert.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen andere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder darin detaillierter ausgeführt werden.
Figurenliste

1 ist ein Graph, welcher Verlustfaktoren von Halterungen vom Bypass-Typ und vom Volumen-Steifigkeit-Typ darstellt,
2 ist ein Graph, welcher Dynamikcharakteristiken von Halterungen vom Bypass-Typ und vom Volumen-Steifigkeit-Typ darstellt,
3 ist eine Querschnittansicht, welche eine Struktur einer intelligenten, aktiven Halterung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
4 ist eine Querschnittansicht, welche eine Struktur eines Nano-Generators darstellt, und
5 ist ein Diagramm, welches eine Struktur eines Leistungswandlers in der intelligenten, aktiven Halterung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Es ist zu verstehen, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, einschließlich z.B. konkrete Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden (zumindest) teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
In den Figuren beziehen sich durchgehend durch diverse Figuren der Zeichnungen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, enthalten sein können.
Nachstehend wird nun im Detail Bezug auf diverse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben sind. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es zu verstehen, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Abwandlungen und andere Ausführungsformen abzudecken, welche in dem Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, eingeschlossen sind.
Es ist ferner zu verstehen, dass in der gesamten Beschreibung, wenn eine Komponente als irgendeinen Bestandteil/Bauteil „aufweisend“ bezeichnet wird, sie weitere Bestandteile/Bauteile nicht ausschließt, sondern sie die weiteren Bestandteile/Bauteile aufweisen kann, falls nicht explizit das Gegenteil beschrieben ist.
Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, eine intelligente, aktive Halterung bereitzustellen, welche dazu eingerichtet ist, eine komplizierte Verdrahtung zum Verbinden einer Steuereinrichtung, einer Halterung und einer Verbrennungsmotor-ECU, einen Vakuumunterdruckschlauch und eine Steuereinrichtung zu beseitigen und eine Verringerung der Kosten und des Gewichts und eine Verbesserung hinsichtlich der (räumlichen) Baugruppenanordnung/-gestaltung zu erzielen.
Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, eine intelligente, aktive Halterung für ein Fahrzeug (z.B. ein Kraftfahrzeug) bereitzustellen, die dazu eingerichtet ist, ohne eine Steuereinrichtung eine Fahrtvibration (eine Erhöhung der Dämpfung und des Verlustfaktors) und eine Leerlaufvibration (eine Verringerung der Dynamikcharakteristik) gemäß dem Fahr-/Betriebszustand eines Fahrzeugs und eines Verbrennungsmotors automatisch zu steuern.
Die intelligente, aktive Halterung der vorliegenden Erfindung kann als eine Fahrzeug-Halterung verwendet werden. Die intelligente, aktive Halterung ist anwendbar auf einen Antriebsstrang in dem Fahrzeug und ist nutzbringend bzw. vorteilhaft anwendbar als eine Motorhalterung (z.B. ein Motorlager bzw. eine Motoraufhängung) des Fahrzeugs.
Die intelligente, aktive Halterung der vorliegenden Erfindung dient dazu, eine konventionelle elektronische, aktive Halterung, welche ein Magnetventil aufweist und die Vibration auf eine Volumen-Steifigkeit-Art steuert, aus den flüssigkeitsgefüllten Halterungen zu verbessern. Nachstehend wird eine intelligente, aktive Halterung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 ist eine Querschnittansicht, welche eine Struktur einer intelligenten, aktiven Halterung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die intelligente, aktive Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist für eine Vibrationsisolierung angeordnet zwischen einer zu montierenden (bzw. zu lagernden) Vorrichtung, welche beispielsweise einen Verbrennungsmotor mit einschließt, und einer Fahrzeugkarosserie, und weist einen Zentralbolzen 14, welcher an der zu montierenden Vorrichtung (z.B. dem Verbrennungsmotor) befestigt ist, einen inneren Kern 15, durch welchen der Zentralbolzen 14 verbunden ist, und einen Isolator 13, welcher integral mit dem inneren Kern 15 ausgebildet ist und ein Gummimaterial aufweist, auf.
Der Isolator 13 wird auch als ein Hauptgummi oder ein Halterungsgummi (z.B. Lagergummi) bezeichnet, ist an dem oberen Abschnitt eines Gehäuses 10 positioniert, um den inneren Kern 15 zu fixieren, und definiert eine Flüssigkeitskammer darin.
Das Gehäuse 10 weist einen oberen Körper 11 und einen unteren Körper 12 auf und ist zusammengesetzt durch Einsetzen des unteren Abschnitts des Isolators 13 in den unteren Körper 12 des Gehäuses 10. In dem vorliegenden Fall ist der untere Körper 12 des Gehäuses 10 derart (z.B. mit dem Isolator 13) verbunden, so dass er den unteren Abschnitt des Isolators 13 umgibt.
Der untere Körper 12 des Gehäuses 10 ist an der Fahrzeugkarosserie durch ein Befestigungselement befestigt.
In dem Gehäuse 10 ist die Flüssigkeitskammer in eine obere Flüssigkeitskammer C1 und eine untere Flüssigkeitskammer C2 unterteilt und ist eine untere Öffnung-Platte 16, welche eine Öffnung 16a aufweist, angeordnet, um einen Fluidstrom zwischen der oberen Flüssigkeitskammer C1 und der unteren Flüssigkeitskammer C2 zu leiten.
Außerdem ist die untere Öffnung-Platte 16 mit einer (z.B. einer ersten) Membran 18 versehen.
In dem vorliegenden Fall ist eine obere Öffnung-Platte 17 oberhalb der unteren Öffnung-Platte 16 in dem Gehäuse 10 montiert, und die Membran 18 kann zwischen die untere Öffnung-Platte 16 und die obere Öffnung-Platte 17 eingebracht und zwischen diesen angeordnet sein.
Die obere Öffnung-Platte 17 weist ein darin ausgebildetes Loch auf, und die obere Flüssigkeitskammer C1 steht durch das Loch der oberen Öffnung-Platte 17 in (Fluid-)Verbindung mit der Öffnung 16a als ein Fluidkanal der unteren Öffnung-Platte 16, so dass ein Fluid (z.B. eine Flüssigkeit) zwischen diesen strömen kann.
Außerdem ist ein Diaphragma (z.B. eine weitere (z.B. eine zweite) Membran) 19, welches die untere Flüssigkeitskammer C2 definiert, unterhalb der unteren Öffnung-Platte 16 in dem Gehäuse 10 angeordnet.
Die Halterung, welche die obige Struktur hat, weist die obere Flüssigkeitskammer C1 zwischen der unteren Öffnung-Platte 16 und dem Isolator 13 auf und weist die untere Flüssigkeitskammer C2 zwischen der unteren Öffnung-Platte 16 und dem Diaphragma 19 auf.
Der Isolator 13 und das Diaphragma 19 definieren folglich die Flüssigkeitskammer in dem Gehäuse 10, und die untere Öffnung-Platte 16 und die Membran 18 unterteilen die Flüssigkeitskammer in die obere Flüssigkeitskammer C1, welche zwischen der unteren Öffnung-Platte 16 und dem Isolator 13 definiert ist, um mit einem Fluid gefüllt zu sein, und die untere Flüssigkeitskammer C2, welche zwischen der unteren Öffnung-Platte 16 und dem Diaphragma 19 definiert ist, um mit einem Fluid gefüllt zu sein.
Das Diaphragma 19 kann gemäß dem auf die Halterung aufgebrachten Vibrationszustand, dem durch die Vibration bedingten Fluidstrom-Zustand zwischen der oberen und der unteren Flüssigkeitskammer C1 und C2 und dem Fluiddruck-Zustand in der unteren Flüssigkeitskammer C2 verformt werden. Wenn das Diaphragma 19 verformt wird, wird auch das Fassungsvermögen der unteren Flüssigkeitskammer C2, welche mit dem Fluid gefüllt ist, verändert.
Außerdem ist eine Luftkammer 21, welche als ein Charakteristikveränderungsmittel eingerichtet ist, zwischen der Membran 18 und der unteren Öffnung-Platte 16 in dem Gehäuse 10 bereitgestellt, und Luft strömt von der Atmosphäre in die Luftkammer 21 ein / aus der Luftkammer 21 zur Atmosphäre hin aus.
Außerdem ist ein Magnetventil (z.B. Elektromagnetventil) 40, welches durch ihm zugeführte elektrische Energie bzw. Leistung betrieben wird, zur Verbindung mit der Luftkammer 21 angeordnet (z.B. derart angeordnet, dass es mit der Luftkammer 21 verbunden ist) und außerhalb des Gehäuses 10 positioniert.
Das Magnetventil 40 wird geöffnet oder geschlossen, so dass die Luftkammer 21 selektiv mit der Atmosphäre in Verbindung ist und kann ein Ventil vom Normalerweise-Geöffnet-Typ sein.
Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung ein Magnetventil 40 vom Normalerweise-Geöffnet-Typ verwenden kann, welches eingerichtet ist, so dass in einem Normalerweise-Geöffnet-Zustand, wenn eine Betätigungsleistung an eine (Elektro-)Magnetspule angelegt wird, das Ventil geschlossen wird. Das Magnetventil 40 ist aufgrund einer darin eingebauten Feder in einem Geöffnet-Zustand (AUS-Zustand), wenn die Betätigungsleistung nicht daran geliefert wird, wohingegen das Magnetventil 40 nur dann geschlossen ist (EIN-Zustand), wenn die Betätigungsleistung daran geliefert wird.
Bei der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn das Magnetventil 40 mittels der ihm zugeführten Betätigungsleistung geschlossen wird, folglich ein Luftstrom zwischen der Luftkammer 21 und der Atmosphäre blockiert. Da die Luftkammer 21 in sich abgedichtet ist, so dass sie hart bzw. starr wird, wird folglich der Verlustfaktor (Dämpfung) der Halterung erhöht.
Wenn andererseits die Betätigungsleistung nicht an das Magnetventil 40 geliefert wird und das Magnetventil 40 geöffnet ist, kann Luft zwischen der Luftkammer 21 und der Atmosphäre strömen. Da die Luftkammer weich bzw. nachgiebig wird, wird folglich die Dynamikcharakteristik der Halterung verringert (Isolierungsleistung wird verbessert).
Die intelligente, aktive Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner einen Generator 20 auf, welcher eine elektrische Energie erzeugt mittels der Verformung des Diaphragmas 19 gemäß dem auf die Halterung aufgebrachten Vibrationszustand, dem durch die Vibration bedingten Fluidstrom-Zustand zwischen der oberen und der unteren Flüssigkeitskammer C1 und C2 und dem Fluiddruck-Zustand in der unteren Flüssigkeitskammer C2.
In dem vorliegenden Fall kann der Generator 20 ein Nano-Generator sein, welcher einen Nano-Verbundwerkstoff, der ein nanopartikelgroßes piezoelektrisches Material, das eine elektrische Energie erzeugt, wenn eine physische Kraft, welche Druck oder Biegung umfasst, darauf aufgebracht wird, aufweist, und eine Elektrode aufweist, und der Nano-Generator 20 kann integral mit dem Diaphragma 19 angebracht sein.
Der Nano-Generator 20 ist unter Verwendung des Nano-Verbundwerkstoffs, welcher piezoelektrische Nanopartikel, d.h. ein piezoelektrisches Material im Größenbereich von Partikeln im Nanobereich, welche elektrische Energie erzeugen, wenn eine physische Kraft darauf aufgebracht wird, aufweist, eingerichtet, wobei in diesem Fall der Nano-Generator 20 unter Verwendung des Diaphragmas 19 als ein Substrat, auf welches der Verbundwerkstoff als eine Schicht aufgebracht (z.B. auflaminiert, in Form einer Beschichtung aufgebracht, etc.) wird, mit dem Diaphragma 19 integriert sein kann. Durch solch eine Struktur erzeugt der Nano-Generator 20 an dem Diaphragma 19 Elektrizität gemäß der Bewegung und der Verformung des Diaphragmas 19.
Die intelligente, aktive Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass der mit dem Diaphragma integrierte Nano-Generator 20 autonom Elektrizität erzeugt, wenn eine physische Kraft, einschließlich einer Biegung, auf das in dem Gehäuse 10 angeordnete Diaphragma 19 aufgebracht wird.
Da in der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Nano-Generator 20, welcher den piezoelektrische Nanopartikel aufweisenden Verbundwerkstoff aufweist, integral an / mit dem Diaphragma 19 ausgebildet ist, erzeugt der Nano-Generator 20 autonom elektrische Energie bzw. elektrische Leistung, um das Magnetventil 40 zu betätigen.
Wenn eine starke externe Vibration auf die Halterung durch den Zentralbolzen 14 und den inneren Kern 15 aufgebracht wird, wird das Diaphragma 19 durch den Druck oder die Kraft, welcher/welche durch ein Fluid übertragen wird, wiederholt verformt, und der Nano-Generator 20 erzeugt während der wiederholten Verformung, einschließlich Biegung, des Diaphragmas 19 Elektrizität.
In der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wandelt der Leistungswandler 30 die elektrische Energie, welche in dem Nano-Generator 20 durch die wiederholte Verformung des Diaphragmas 19 gemäß der starken, darauf aufgebrachten Vibration erzeugt wird, in eine DC-Leistung (bzw. DC-Energie) um, und die umgewandelte DC-Leistung wird dem Magnetventil 40 als Betätigungsleistung zugeführt.
Der Leistungswandler 30 wandelt die Leistung, welche durch den mit dem Diaphragma 19 integrierten Nano-Generator 20 erzeugt wird, in eine DC-Leistung, um die DC-Leistung als eine Betätigungsleistung des Magnetventils 40 zuzuführen. Im Fall, dass das Magnetventil 40 ein Ventil vom Normalerweise-Geöffnet-Typ ist, wird das Magnetventil 40 immer dann geschlossen (Betätigung eingeschaltet), wenn der Nano-Generator 20 durch die Verformung des Diaphragmas 19 elektrische Energie erzeugt, nämlich wenn elektrische Energie (elektrische Leistung), welche durch den Betrieb des Nano-Generators 20 erzeugt wird, daran zugeführt wird.
Wenn außerdem der Nano-Generator 20 keine elektrische Leistung erzeugt, nämlich wenn das Diaphragma 19 nicht verformt wird, so dass der Nano-Generator 20 keine elektrische Energie erzeugt, dann wird eine Betätigungsleistung bzw. Betätigungsenergie nicht an das Magnetventil 40 geliefert, so dass das Magnetventil 40 in einem Geöffnet-Zustand (Betätigung ausgeschaltet) gehalten wird.
Das bekannte Magnetventil 40, welches an der Halterung angeordnet ist, kann mittels geringer Leistung betätigt und gesteuert werden, und daher kann das Magnetventil 40 mit der elektrischen Leistung des piezoelektrischen Nano-Generators 20 geöffnet oder geschlossen werden.
Bei der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die elektrische Leistung, welche durch den Nano-Generator erzeugt wird, dem Magnetventil 40 selektiv zugeführt je nachdem, ob das Diaphragma verformt wird und der Nano-Generator elektrische Leistung erzeugt oder ob nicht, und das Magnetventil wird je nachdem, ob ihm die elektrische Leistung zugeführt wird oder ob nicht, geöffnet oder geschlossen.
In der bezogenen Technik ist eine separate Steuereinrichtung, welche mit einer Verbrennungsmotor-ECU verbunden ist, vorgesehen, und diese Steuereinrichtung steuert das Öffnen oder Schließen eines Magnetventils basierend auf den Fahrzeug-Fahrinformationen, welche eine von der Verbrennungsmotor-ECU erhaltene Verbrennungsmotordrehzahl einschließen. In der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn der mit dem Diaphragma 19 integrierte Nano-Generator 20 autonom elektrische Leistung erzeugt, ohne eine separate Steuereinrichtung und ohne den Vorgang des elektronischen Steuerns des Magnetventils durch die Steuereinrichtung hingegen das Magnetventil 40 durch die von dem Diaphragma 19 aus durch den Leistungswandler 30 übertragene elektrische Leistung automatisch betätigt.
Der Nano-Generator, welcher dazu eingerichtet ist, Elektrizität aus dem Verbundwerkstoff, welcher die piezoelektrischen Nanopartikeln aufweist, zu erzeugen, ist bereits entwickelt und durch diverse Studien bekannt, und diverse Arten oder Formen von piezoelektrischen Materialien sind bekannt.
Der Nano-Generator ist ein Generator, welcher Elektrizität unter Verwendung eines nanopartikelgroßen piezoelektrischen Materials erzeugt, und weist eine Elektrode und einen Plattenverbundwerkstoff, welcher darin ein piezoelektrisches Material aufweist, auf. Der Nano-Generator nutzt einen piezoelektrischen Effekt, d.h. eine Eigenschaft des Erzeugens von Elektrizität, wenn eine physische Kraft, die Druck oder Biegung umfasst, auf den Verbundwerkstoff angewendet wird.
Zinkoxid (ZnO), welches in dem weltweit ersten Nano-Generator-Konzept, das von Professor Wang, Zhong Lin und dessen Team, Georgia Tech., USA, im Jahr 2005 verwendet wird, ist als das piezoelektrische Material zur Entwicklung des Nano-Generators bekannt.
Außerdem hat das Team von Professor Wang im Jahr 2010 einen Nano-Generator mit verbesserter Effizienz unter Verwendung von Bariumtitanat (BaTiO₃, auch Barium-Oxid-Titanat) als eine keramisches, dünnes Membranmaterial, welches eine 15 bis 20fach höhere piezoelektrische Eigenschaft als Zinkoxid hat, entwickelt.
Nano-Generatoren wurden jüngst durch viele Wissenschaftler entwickelt, und es wurden zahlreiche Nano-Generatoren, welche in großen Stückzahlen mit niedrigen Kosten unter Verwendung von Nanoverbundwerkstoffen gefertigt werden können, entwickelt.
Da der neueste Nano-Generator durch einen einfachen Beschichtungsvorgang unter Verwendung eines piezoelektrischen Materials, welches Bariumtitanat aufweist, hergestellt wird, kann er außerdem einfach mit geringen Kosten in einem weiten Bereich (z.B. flächendeckend) hergestellt werden.
Beispielsweise ist, wie in 4 dargestellt, ein Nano-Generator 1 bekannt, welcher ein flexibles Substrat 2, Elektroden 3 und 4 und eine Verbundwerkstoffschicht (Piezoelektrisches-Element-Schicht) 6 als ein Verbundwerkstoff, welcher piezoelektrische Nanopartikel 5, welche darauf als eine Schicht aufgebracht (z.B. auflaminiert, in Form einer Beschichtung aufgebracht, etc.) sind, aufweist.
Außerdem ist ein laminierter, flexibler Nano-Generator bekannt, bei welchem eine Piezoelektrisches-Element-Schicht, welche piezoelektrische Nanopartikel und ein Hochpolymer aufweist, auf ein flexibles Substrat in einer Mehrschicht-Weise aufgebracht (z.B. auflaminiert, in Form einer Beschichtung aufgebracht, etc.) ist ( Koreanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 10-2016-0100053 , etc.).
Ferner ist eine Technik zum Herstellen eines Nano-Generators, welcher eine große Fläche einer Membranstruktur aufweist, durch einen einfachen Beschichtungsvorgang des Beschichtens eines Substrates mit einem Gemisch, welches durch Mischen von Bariumtitanat als hocheffiziente piezoelektrische Nanopartikel und von Kohlenstoffnanoröhren oder Graphenoxid (RGO), welche einen großen spezifischen Oberflächenbereich und hohe elektrische Leitfähigkeit haben, mit Polydimethylsiloxan (PDMS) erhalten wird, bekannt.
Folglich kann bei der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Diaphragma vom Volumen-Steifigkeit-Typ als ein nanokomplex-artiger Selbsterzeuger (z.B. Elektrizität-Selbsterzeuger) eingerichtet sein, wenn das Diaphragma, das als eine große Fläche einer Gummimembran ausgebildet ist, mit einem Verbundwerkstoff, welcher ein nanopartikelgroßes piezoelektrisches Material, das Bariumtitanat aufweist, unter Verwendung der obigen Nano-Generator-Herstellungstechnik beschichtet wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht speziell auf die Struktur oder das Herstellungsverfahren des Nano-Generators beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann irgendeinen von bekannten Nano-Generatoren übernehmen oder nutzen so lange der Nano-Generator elektrische Energie durch Aufbringen einer physischen Kraft auf einen Verbundwerkstoff, welcher piezoelektrische Nanopartikel (piezoelektrisches Material) aufweist, erzeugt, wenn ein Diaphragma verformt, beispielsweise verbogen, wird.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht speziell auf den Typ oder die Form des piezoelektrischen Materials und den Typ eines Gemischs, welches einen Verbundwerkstoff zusammen mit piezoelektrischen Material bildet, beschränkt. Da diverse Nano-Generatoren bekannt sind, wird die detaillierte Beschreibung der Struktur und des Herstellungsverfahrens davon weggelassen.
Der mit dem Diaphragma 19 integrierte Nano-Generator 20 kann außerdem durch Anbringen und Fixieren eines separaten Nano-Generators an die dünne Membran eines Diaphragmas unter Verwendung von Klebstoff oder eines Fixiermittels ausgebildet sein. Alternativ kann der mit dem Diaphragma 19 integrierte Nano-Generator 20 durch Beschichten eines als ein Substrat dienenden Diaphragmas mit einem Verbundwerkstoff, welcher piezoelektrische Nanopartikel aufweist, ausgebildet sein.
5 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel des Leistungswandlers, welcher die AC-Leistung, die durch piezoelektrische Energie, d.h. die Verformung, einschließlich Verbiegung, des Diaphragmas, erzeugt wird, umwandelt, darstellt und welches einen einfachen Vollbrückenwandler als den Leistungswandler, welcher eine Gleichrichterschaltung, die eine Diode D und einen Kondensator C nutzt, aufweist, darstellt.
In 5 bezieht sich eine Last auf ein Magnetventil.
5 stellt den Leistungswandler 30 vom Vollbrückentyp dar, welcher dazu eingerichtet ist, die von dem Nano-Generator erzeugte elektrische Energie von AC-Leistung in DC-Leistung umzuwandeln und die umgewandelte DC-Leistung auf das Magnetventil 40 als eine Betätigungseinrichtung, insbesondere an eine Magnetspule in dem Ventil, anzuwenden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Da es diverse bekannte Leistungswandler, welche AC-Leistung in DC-Leistung durch Gleichrichten von erzeugter elektrischer Leistung und darauffolgendem Ausgeben der umgewandelten Leistung wandeln, gibt, wird die detaillierte Beschreibung davon in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weggelassen. Die vorliegende Erfindung kann unter Berücksichtigung der Ausgangsleistung des Nano-Generators einen geeigneten Leistungswandler aus den bekannten Leistungswandlern übernehmen und nutzen.
In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrode als der Ausgangsanschluss des mit dem Diaphragma 19 integrierten Nano-Generators 20 mit einem Eingangsanschluss des Leistungswandlers 30 durch eine Verdrahtung (z.B. Verkabelung) direkt verbunden und ist der Ausgangsanschluss des Leistungswandlers 30, über welchen die umgewandelte Leistung ausgegeben wird, durch eine Verdrahtung (z.B. Verkabelung) mit einem Energieversorgungsverbinder 41 als der Leistungseingangsanschluss des Magnetventils 40 direkt verbunden.
Die durch den Nano-Generator 20 erzeugte elektrische Leistung kann folglich in den Leistungswandler 30 eingeben werden, so dass sie in DC-Leistung umgewandelt wird, und die umgewandelte DC-Leistung, welche aus dem Leistungswandler 30 ausgegeben wird, kann dem Magnetventil 40 zugeführt werden.
Der Nano-Generator 20 erzeugt folglich elektrische Leistung, wenn das Diaphragma 19 in der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch eine Vibration bewegt und verformt wird, und die elektrische Leistung wird verwendet, um das Magnetventil 40 zu betätigen.
Die durch den Nano-Generator 20 erzeugte elektrische Leistung erhöht sich, wenn die Bewegung des Diaphragmas 19 größer / stärker wird, beispielsweise während das Fahrzeug auf einer unebenen Straße (z.B. Straße mit Schlaglöchern, Bodenwellen, etc.) fährt, und das Magnetventil 40 kann betätigt werden, so dass es geschlossen wird, wenn die durch den Nano-Generator 20 erzeugte elektrische Leistung sich erhöht und ein bestimmtes Niveau erreicht.
Andererseits wird das Diaphragma 19 während des Verbrennungsmotorleerlaufs nur geringfügig oder gar nicht bewegt. Da der Nano-Generator 20 deshalb keine elektrische Leistung oder nur einen geringen Betrag an elektrischer Leistung erzeugt, wird das Magnetventil 40 durch die darin eingebaute Feder geöffnet (oder geschlossen, je nach Art des Ventils).
Die intelligente, aktive Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist keine zusätzliche Energiespeichervorrichtung oder separate Steuereinrichtung auf. Der Nano-Generator 20 erzeugt und liefert autonom elektrische Energie nur dann, wenn das Diaphragma 19 bewegt (verformt, zum Beispiel verbogen) wird, ohne einen spezifischen Steuerungsvorgang, wobei das Magnetventil 40 als eine Betätigungseinrichtung automatisch durch die gelieferte Leistung betätigt wird.
Nachstehend wird der Betrieb der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine starke bzw. große Vibration tritt aufgrund einer Straßenanregung, einer Fahrzeugkarosserievibration, einer Bewegung eines Antriebsstrangs, etc. auf, während das Fahrzeug fährt, wobei der Zentralbolzen 14 und der innere Kern 15 durch die externe Vibration, welche von dem Verbrennungsmotor aus übertragen wird, in hohem Maße vertikal bewegt werden.
Zur gleichen Zeit, wenn der Strom des Fluids, welches sich von der oberen Flüssigkeitskammer C1 zur unteren Flüssigkeitskammer C2 bewegt, in der Halterung ansteigt, wird das Diaphragma 19 in hohem Maße gedehnt und gebogen.
Wenn außerdem der innere Kern 15 durch die Vibration in hohem Maße vertikal bewegt wird, tritt ein großer Fluidstrom zwischen der oberen Flüssigkeitskammer C1 und der unteren Flüssigkeitskammer C2 auf, und das Diaphragma 19 wird weiter wiederholt gedehnt und zusammengezogen (bzw. expandiert und kontrahiert).
Die durch den mit dem Diaphragma 19 integrierten Nano-Generator 20 erzeugte AC-Leistung wird in den Leistungswandler 30 eingegeben, und die durch den Leistungswandler 30 umgewandelte DC-Leistung wird dem Magnetventil 40, welches als eine Betätigungseinrichtung dient, zugeführt.
Das Magnetventil 40 vom Normalerweise-Geöffnet-Typ wird folglich geschlossen, und Luft wird in der Luftkammer 21, welche als ein Charakteristikveränderungsmittel dient, gehalten, während der Spalt zwischen der Luftkammer 21 und der Atmosphäre blockiert ist (z.B. durch das geschlossene Ventil gesperrt ist).
Die Charakteristik der Halterung wird somit verändert, so dass sie die Charakteristik der Flüssigkeit-Halterung repräsentiert, mit der Konsequenz, dass die Luftkammer 21 fest bzw. hart wird, um die Fahrqualität des Fahrzeugs zu verbessern, indem der Verlustfaktor (Dämpfung) der Halterung erhöht wird.
Andererseits wird eine schwache bzw. kleine Vibration auf die Halterung aufgebracht, während der Verbrennungsmotor sich im Leerlauf befindet.
In diesem Fall wird der innere Kern 15 vertikal geringfügig bewegt und wird das Diaphragma 19 folglich nicht verändert und nicht verformt (oder nur geringfügig verformt). Der Nano-Generator 20 erzeugt daher keine elektrische Leistung (oder erzeugt nur eine geringfügige elektrische Leistung, welche zum Betätigen des Magnetventils nicht ausreichend ist).
Da folglich eine elektrische Leistung nicht (oder nicht im geeigneten Maße) an das Magnetventil 40 geliefert wird, ist das Magnetventil 40 aufgrund der Kraft der Feder geöffnet und befindet es sich einem Zustand, in welchem Luft in die Luftkammer 21 hinein/aus der Luftkammer 21 heraus strömt, d.h. in einem Zustand, in welchem die Luftkammer 21 in Richtung zur Atmosphäre hin offen ist.
Die Charakteristik der Halterung wird somit verändert, so dass sie die Charakteristik der Volumen-Steifigkeit-Charakteristik repräsentiert, mit der Konsequenz, dass die Dynamikcharakteristik der Halterung verringert wird und eine Vibrationsisolierungsleistung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Fahrzeugkarosserie erhöht wird.
Durch solch eine Struktur wird in der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der mit dem Diaphragma integral ausgebildete Nano-Generator betrieben, sodass er gemäß der Bewegung des Diaphragmas automatisch eingeschaltet/ausgeschaltet wird, und wird das Magnetventil, welches durch elektrische Leistung des Nano-Generators betrieben wird, automatisch danach eingeschaltet/ausgeschaltet, ob ihm elektrische Leistung von dem Nano-Generator zugeführt wird oder ob nicht, wodurch eine komplizierte Verdrahtung zum Verbinden einer Steuereinrichtung, einer Halterung und einer Verbrennungsmotor-ECU, und ein Vakuumunterdruckschlauch sowie eine konventionelle Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs des Magnetventils beseitigt wird.
Es ist somit ersichtlich möglich, die Bauteilezahl zu verringern und eine Verringerung von Kosten und Gewicht und eine Verbesserung der (räumlichen) Baugruppenanordnung/-gestaltung zu erzielen.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird in der intelligenten, aktiven Halterung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der mit dem Diaphragma integral ausgebildete Nano-Generator betrieben, sodass er gemäß der Bewegung des Diaphragmas automatisch eingeschaltet/ausgeschaltet wird, und wird das Magnetventil, welches durch elektrische Leistung des Nano-Generators betrieben wird, automatisch danach eingeschaltet/ausgeschaltet, ob ihm elektrische Leistung von dem Nano-Generator zugeführt wird oder ob nicht, wodurch eine komplizierte Verdrahtung zum Verbinden einer Steuereinrichtung, einer Halterung und einer Verbrennungsmotor-ECU, und ein Vakuumunterdruckschlauch sowie eine konventionelle Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs des Magnetventils beseitigt wird.
Es ist somit ersichtlich möglich, die Bauteilezahl zu verringern und eine Verringerung von Kosten und Gewicht und eine Verbesserung der (räumlichen) Baugruppenanordnung/-gestaltung zu erzielen.
Die intelligente, aktive Halterung der vorliegenden Erfindung ist nutzbringend bzw. vorteilhaft anwendbar auf eine Motorhalterung (z.B. ein Motorlager bzw. eine Motoraufhängung).
Zur Erleichterung der Erklärung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „ober...“, „unter...“, „inner...“, „äußer...“, „hoch“, „runter“, „aufwärts“, „abwärts“, „vorder... “, „hinter...“, „vorne“, „hinten“ „nach innen / einwärts“, „nach außen / auswärts“, „innerhalb, „außerhalb“, „innen“, „außen“, „nach vorne / vorwärts“ und „nach hinten / rückwärts“ dazu verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf deren Positionen, wie sie in den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben.
Die vorhergehenden Beschreibungen von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienten dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020130003749 [0009]
KR 1020130003751 [0009]
KR 1020160100053 [0090]

Claims

Intelligente, aktive Halterungsvorrichtung, aufweisend: einen Isolator (13), welcher in einem Gehäuse (10) angeordnet ist, um einen inneren Kern (15) zu fixieren und eine Flüssigkeitskammer zu definieren, eine untere Öffnung-Platte (16), welche in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, um die Flüssigkeitskammer in eine obere Flüssigkeitskammer (C1) und eine unter Flüssigkeitskammer (C2) zu unterteilen, und welche eine Öffnung (16a) zum Leiten eines Fluidstroms zwischen der oberen Flüssigkeitskammer (C1) und der unteren Flüssigkeitskammer (C2) aufweist, eine obere Öffnung-Platte (17), welche über der unteren Öffnung-Platte (16) angeordnet ist, eine Membran (18), welche zwischen der unteren Öffnung-Platte (16) und der oberen Öffnung-Platte (17) angeordnet ist, ein Diaphragma (19), welches unter der unteren Öffnung-Platte (16) in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, um zusammen mit der unteren Öffnung-Platte (16) die untere Flüssigkeitskammer (C2) zu definieren, eine Luftkammer (21), welche zwischen der Membran (18) und der unteren Öffnung-Platte (16) definiert ist, ein Magnetventil (40), welches mit der Luftkammer (21) verbunden ist, wobei die Luftkammer (21) selektiv mit der Atmosphäre in Fluidverbindung steht, und einen Generator (20), welcher an dem Diaphragma (19) angeordnet ist, wobei der Generator (20) durch Bewegung oder Verformung des Diaphragmas (19) elektrische Energie erzeugt, um die elektrische Energie als eine Betätigungsleistung des Magnetventils (40) zu liefern.
Intelligente, aktive Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Magnetventil (40) ein Normalerweise-Geöffnet-Typ-Magnetventil ist, welches dazu eingerichtet ist, mit der ihm als Betätigungsleistung zugeführten elektrischen Leistung von dem Generator (20) geschlossen zu werden.
Intelligente, aktive Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend einen Leistungswandler (30), welcher dazu eingerichtet ist, eine von dem Generator (20) ausgegebene elektrische Leistung zu wandeln, um die elektrische Leistung als die Betätigungsleistung des Magnetventils (40) zu liefern.
Intelligente, aktive Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Leistungswandler (30) eine Gleichrichterschaltung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine von dem Generator (20) ausgegebene AC-Leistung in eine DC-Leistung umzuwandeln, um die umgewandelte DC-Leistung dem Magnetventil (40) zuzuführen.
Intelligente, aktive Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei ein Ausgangsanschluss des Generators (20) mit einem Eingangsanschluss des Leistungswandlers (30) durch eine Verdrahtung direkt verbunden ist und ein Ausgangsanschluss des Leistungswandlers (30), über welchen die umgewandelte elektrische Leistung ausgegeben wird, mit einem Leistungseingangsanschluss des Magnetventils (40) durch eine Verdrahtung direkt verbunden ist.
Intelligente, aktive Halterungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Generator (20) ein Nano-Generator ist, welcher integral mit dem Diaphragma (19) angebracht ist, wobei der Nano-Generator eine Elektrode (3, 4) und einen Verbundwerkstoff (6) aufweist, welcher ein nanopartikelgroßes piezoelektrisches Material aufweist.
Intelligente, aktive Halterungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Nano-Generator (20) eine Struktur aufweist, bei welcher der Verbundwerkstoff auf dem als ein Substrat dienenden Diaphragma (19) als eine Schicht aufgebracht ist.