-
EINLEITUNG
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Motorschwingungsdämpfer und insbesondere auf ein aktives Dämpfungssystem für einen Antriebsstrang.
-
Bei Antriebssträngen mit rotierenden Wellen oder Kupplungen können Drehschwingungen auftreten und unerwünschte Antriebsstranggeräusche verursachen. Drehschwingungen können durch bewegliche Teile in der Energiequelle oder durch Koppeln mit der Energiequelle in einen Antriebsstrang eingeleitet werden. In Verbrennungsmotoren können die Drehschwingungen und das Geräusch mit Änderungen der Motordrehzahl in der Intensität variieren. Diese Art von Schwingung kann durch die intermittierende Zündung in den Motorzylindern verursacht werden. Wenn das Fahrzeug beschleunigt, kann die Antriebsstrangwelle eine Schwingungsintensitätsspitze bei einer bestimmten Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit erfahren und dann auf normale Schwingungs- oder Hörpegel nach der Spitzenfrequenz abfallen. Verzögerung kann bei der gleichen oder einer anderen Drehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit einen ähnlichen Effekt wie die Beschleunigung verursachen.
-
Abgestimmte Dämpfer vom Stoßdämpfertyp verwenden ein Federelement (in Automobilanwendungen häufig Gummi) und einen Trägheitsring, der typischerweise auf die erste Dreheigenfrequenz der Kardanwelle abgestimmt ist. Dämpfer auf Gummibasis können die Vibration bei bestimmten Motordrehzahlen oder Fahrzeuggeschwindigkeiten reduzieren, wenn ein Anregungsmoment die erste Eigenfrequenz der Kardanwelle, jedoch nicht bei anderen Geschwindigkeiten, anregt. Da einige Fahrzeuge Spitzendrehresonanzfrequenzen haben können, die mit unterschiedlichen Fahrszenarien variieren, können Gummidämpfer in einem Fahrszenario (z. B. Beschleunigung) wirksam sein und sind möglicherweise in einem anderen Fahrszenario (z. B. Verzögerung) nicht wirksam.
-
Es ist wünschenswert, ein aktives Dämpfersystem zu schaffen, das in Echtzeit gesteuert werden kann, um unterschiedliche Dämpfungscharakteristiken einzustellen, um die Drehschwingungen und das Geräusch der Kardanwelle bei allen Frequenzen in allen Fahrszenarien abzuschwächen.
-
DE 10 2011 081 961 A1 betrifft eine als hydraulischer Drehschwingungsdämpfer realisierte Vorrichtung zur Dämpfung einer Schwingung eines Antriebstrangs eines Fahrzeugs. Dabei umfasst die Vorrichtung eine magnetorheologische Flüssigkeit und weist Mittel auf, einen durch die Vorrichtung zu erzeugenden Dämpfungsgrad durch Anlegen eines Magnetfeldes nach einer Auswertung eines Betriebszustandes des Fahrzeugs, insbesondere des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs, variabel einzustellen.
-
In
DE 698 27 180 T2 ist eine Mittellageranordnung für eine Fahrzeugantriebswelle beschrieben, welche eine Dämpferanordnung zur Dämpfung von radialen Schwingungen aufweist.
-
DE 11 2009 000 948 T5 betrifft ein Produkt, das einen Einsatz mit einem Körper aufweist, der einen Hohlraum definiert, wobei ein Füllstoff im Hohlraum gehalten wird. Eine relative Bewegung zwischen dem Körper und dem Füllstoff hilft, Vibrationen in einer Komponente zu dämpfen, wenn der Einsatz in der Komponente getragen wird und wenn die Komponente in Vibration versetzt wird.
-
DE 197 17 692 A1 offenbart einen elektrisch variierbaren Feder-Massen-Schwingkraftkoppler mit variabler Dämpfung.
-
Aus
US 2015 / 0 369 326 A1 ist die Dämpfung von Vibrationen einer rotierenden Welle mittels eines elektrorheologischen Fluids bekannt.
-
Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2006 057 591 A1 eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, Drehschwingungschwingungen in einem Antriebsstrang zu dämpfen. Dazu weist die Vorrichtung ein Dämpfergehäuse mit einem Dämpfungsfluid auf, das eine Welle umgibt, an der Stege befestigt sind, die mit dem Dämpfungsfluid in Verbindung stehen. Eine Steuerung verändert die Viskosität des Dämpfungsfluids.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein aktives Dämpfungssystem für einen Antriebsstrang anzugeben, dass eine verbesserte Dämpfung von Drehschwingungen einer Kardanwelle bewirkt.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein aktives Dämpfungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
KURZDARSTELLUNG
-
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein aktives Dämpfungssystem für einen Antriebsstrang eine Kardanwelle, die zum Übertragen von Motorleistung von einem Motor auf eine Last konfiguriert ist, ein abgedichtetes Dämpfergehäuse, das einen Abschnitt der Kardanwelle umgibt, und ein aktives Dämpfungsfluid, das in dem Dämpfergehäuse enthalten ist. Eine Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids ist basierend auf einer Drehschwingung der Kardanwelle veränderbar. Der Kolben ist so konfiguriert, dass er sich um eine Achse der Kardanwelle dreht. Das System beinhaltet ferner eine Viskositätsänderungseinheit in Verbindung mit dem aktiven Dämpfungsfluid und eine Steuerung, die mit der Viskositätsänderungseinheit wirkverbunden ist. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, zu bewirken, dass die Viskositätsänderungseinheit eine Viskosität der aktiven Dämpfungsflüssigkeit ändert. Die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids ändert die Dämpfungswirkung und weitere Drehschwingungen.
-
In einer anderen exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein aktives Dämpfungssystem für einen Antriebsstrang eine Kardanwelle, die zum Übertragen von Maschinenleistung von einem Motor auf eine Last ausgelegt ist, ein Kupplungszahnrad konzentrisch mit der Kardanwelle und zum Übertragen von Leistung von der Kardanwelle zu einer Dämpfungskupplungsanordnung konfiguriert, ein Trägheitszahnrad in Verbindung mit der Dämpfungskupplungsanordnung, ein hydraulisches Stellglied, das dazu konfiguriert ist, eine hydraulische Kraft über das Hydraulikfluid zu der Dämpfungskupplungsanordnung zu übertragen, und eine Steuerung, die mit dem Hydraulikstellglied wirkverbunden ist. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, eine Drehschwingung der Kardanwelle zu ändern, indem die hydraulische Kraft, die auf die Dämpfungskupplungsanordnung wirkt, geändert wird.
-
In noch einer anderen exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein aktives Dämpfungssystem für einen Antriebsstrang eine Kardanwelle, die zum Übertragen von Maschinenleistung von einem Motor auf eine Last ausgelegt ist, ein hydraulisches Stellglied, das dazu konfiguriert ist, eine hydraulische Kraft über das Hydraulikfluid an das Trägheitszahnrad zu übertragen, und eine Steuerung, die mit dem Hydraulikstellglied wirkverbunden ist. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, eine Drehschwingung der Kardanwelle durch Ändern einer Reibungskraft an dem Trägheitszahnrad zu ändern.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das aktive Dämpfungsfluid ein magnetorheologisches Fluid.
-
In einer anderen exemplarischen Ausführungsform, in der das aktive Dämpfungsfluid ein magnetorheologisches Fluid ist und die Viskositätsänderungseinheit ein Elektromagnet ist, der dazu konfiguriert ist, ein Steuersignal von der Steuerung zu empfangen und die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids in Reaktion auf das Steuersignal mit einem elektromagnetischen Feld zu ändern.
-
In noch einer anderen exemplarischen Ausführungsform ist das aktive Dämpfungsfluid ein elektrorheologisches Fluid (ER-Fluid).
-
In einer exemplarischen Ausführungsform, in der das aktive Dämpfungsfluid ein ER-Fluid ist, ist die Viskositätsänderungseinheit ein Stromgenerator, der dazu konfiguriert ist, ein Steuersignal von der Steuerung zu empfangen und dazu konfiguriert ist, die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids in Reaktion auf das Steuersignal zu ändern.
-
In einer anderen exemplarischen Ausführungsform, in der das aktive Dämpfungsfluid ein ER-Fluid ist, beinhaltet das aktive Dämpfungssystem ferner einen oder mehrere Kolben, die starr an einer Seite der Kardanwelle befestigt sind. Der eine oder die mehreren Kolben sind so konfiguriert, dass sie sich um eine Achse der Kardanwelle drehen. Der eine oder die mehreren Kolben stehen in Verbindung mit dem aktiven Dämpfungsfluid.
-
In noch einer anderen exemplarischen Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, eine Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen und zu bewirken, dass die Viskositätsänderungseinheit eine Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert.
-
In noch einer anderen exemplarischen Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, eine Motordrehzahl zu bestimmen und zu bewirken, dass die Viskositätsänderungseinheit eine Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids basierend auf der Motordrehzahl ändert.
-
In einer anderen exemplarischen Ausführungsform ist die Viskositätsänderungseinheit an der Kardanwelle befestigt und so konfiguriert, dass sie sich mit der Kardanwelle dreht.
-
In noch einer anderen exemplarischen, nicht beanspruchten Ausführungsform beinhaltet das System ein Kupplungszahnrad, ein Trägheitszahnrad und ein hydraulisches Stellglied. Das hydraulische Stellglied ist dazu konfiguriert, ein Steuersignal von der Steuerung zu empfangen und die Drehschwingung der Kardanwelle zu verändern, indem die hydraulische Kraft, die auf die Dämpfungskupplungsanordnung wirkt, in Reaktion auf das Steuersignal geändert wird.
-
In einer anderen exemplarischen, nicht beanspruchten Ausführungsform, die das hydraulische Stellglied beinhaltet, ist die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen und zu bewirken, dass das hydraulische Stellglied die Reibungskraft an dem Trägheitszahnrad ändert.
-
In noch einer anderen exemplarischen, nicht beanspruchten Ausführungsform, die das hydraulische Stellglied beinhaltet, ist die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Motordrehzahl zu bestimmen und zu bewirken, dass das hydraulische Stellglied die Reibungskraft an dem Trägheitszahnrad ändert.
-
In einer anderen exemplarischen, nicht beanspruchten Ausführungsform, die das hydraulische Stellglied beinhaltet, beinhaltet das Dämpfungssystem ein nicht drehendes Gehäuse, in dem das Kupplungszahnrad, die dynamische Kupplungsanordnung und das Trägheitszahnrad montiert sind.
-
In noch einer anderen exemplarischen, nicht beanspruchten Ausführungsform, die das hydraulische Stellglied beinhaltet, ist die Steuerung dazu konfiguriert, eine Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen und die auf die Dämpfungskupplungsanordnung wirkende Hydraulikkraft zu ändern, um die Drehschwingung der Kardanwelle basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit zu ändern.
-
In noch einer anderen exemplarischen, nicht beanspruchten Ausführungsform, die das hydraulische Stellglied beinhaltet, ist die Steuerung dazu konfiguriert, eine Motordrehzahl zu bestimmen und die auf die Dämpfungskupplungsanordnung wirkende Hydraulikkraft zu ändern, um die Drehschwingung der Kardanwelle basierend auf der Motordrehzahl zu ändern.
-
In noch einer anderen exemplarischen, nicht beanspruchten Ausführungsform ist das hydraulische Stellglied dazu konfiguriert, die Drehschwingung der Kardanwelle zu verändern, indem die hydraulische Kraft, die auf ein oder mehrere Dämpfungspolster wirkt, geändert wird.
-
In einer anderen exemplarischen, nicht beanspruchten Ausführungsform beinhaltet das Dämpfungssystem ein nicht drehendes Gehäuse, in dem das Trägheitszahnrad und das eine oder die mehreren Dämpfungspolster montiert sind.
-
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne weiteres hervor.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:
- 1 ist ein Diagramm eines Antriebsstrangs eines exemplarischen Fahrzeugs mit einem aktiven Dämpfungssystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 2 ist ein Diagramm eines aktiven Dämpfungssystems gemäß einer Ausführungsform;
- 3 ist ein Diagramm eines aktiven Dämpfungssystems mit einer Viskositätsänderungseinheit, die dazu konfiguriert ist, sich gemäß einer Ausführungsform mit einer Kardanwelle zu drehen;
- 4 ist ein Diagramm eines aktiven Dämpfungssystems zur aktiven Dämpfung mit einer Dämpfungskupplung gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform; und
- 5 ist ein Diagramm eines aktiven Dämpfungssystems mit einem hydraulischen Stellglied, einem Trägheitszahnrad und Dämpfungspolstern gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder gruppiert) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten, beinhalten kann.
-
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt 1 einen Antriebsstrang in einem exemplarischen Fahrzeug 100 mit einem aktiven Dämpfungssystem 102. Das Fahrzeug 100 kann beispielsweise ein Automobil mit einer Energiequelle/einem Getriebe 104 sein. Die Energiequelle/das Getriebe 104 überträgt Energie über eine Kardanwelle 106 an ein hinteres Differential 108. Das Fahrzeug 100 ist mit einem aktiven Dämpfungssystem 102 konfiguriert, das Fahrzeugschwingungen und Geräusche mindern kann, die aus Drehschwingungen in der Kardanwelle 106 resultieren, wenn sich diese dreht. Das aktive Dämpfungssystem 102 stellt sich aktiv ein, um eine beliebige Anzahl an Resonanzfrequenzen der Schwingung in der Kardanwelle 106 zu kompensieren.
-
In Fahrzeugantriebssträngen mit rotierenden Wellen oder Kupplungen können Drehschwingungen innerhalb der rotierenden Welle auftreten. Bei bestimmten Frequenzen können die Drehschwingungen unerwünschte Antriebsstranggeräusche verursachen, die durch bewegliche Teile in der Leistungsquelle in den Antriebsstrang eingebracht werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Energiequelle/das Getriebe 104 ein Verbrennungsmotor und ein Getriebe sein. In Verbrennungsmotoren können die Drehschwingungen und das Geräusch in der Intensität mit Änderungen der Motordrehzahl (U/min) oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und mit unterschiedlichen Fahrszenarien wie Beschleunigung und Verzögerung variieren. Drehschwingung kann durch die intermittierende Zündung in den Motorzylindern verursacht werden. Wenn das Fahrzeug beschleunigt, kann die Antriebsstrangwelle eine Schwingungsintensitätsspitze bei einer bestimmten Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit erfahren und dann auf normale Hörpegel nach der Spitzenfrequenz abfallen. Verzögerung kann bei der gleichen oder einer anderen Drehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit einen ähnlichen Effekt wie die Beschleunigung verursachen. Resonanzfrequenzen der Schwingung können von Fahrzeug zu Fahrzeug variieren und können auch abhängig von Fahrszenarien wie Beschleunigung und Verzögerung variieren.
-
In einigen Ausführungsformen kann die Energiequelle/das Getriebe 104 ein oder mehrere Elektromotoren sein. Bei Fahrzeugen mit elektromechanischen Antriebssystemen können Drehschwingungen durch Schwankungen der Drehzahl des Rotors des antreibenden Elektromotors (der Leistungsquelle) entstehen. Schwingungen der Winkelgeschwindigkeit, die der mittleren Rotordrehzahl überlagert sind, können eine unterschiedliche Störung des elektromagnetischen Flusses und somit zusätzliche Schwingungen der elektrischen Ströme in den Motorwicklungen verursachen. Dann wird das erzeugte elektromagnetische Drehmoment auch durch zusätzliche variable Zeitkomponenten beeinflusst, die Drehschwingungen des Antriebssystems induzieren. Mechanische Schwingungen des Antriebssystems können mit den elektrischen Schwingungen von Strömen in den Motorwicklungen koppeln und Resonanzfrequenzen von Schwingungen erzeugen, die von Fahrzeug zu Fahrzeug variieren, und können in Bezug auf Fahrszenarien wie Beschleunigung und Verzögerung variieren.
-
Ausführungsformen von aktiven Dämpfungssystemen, die hierin beschrieben sind, können Schwingungsgeräusche in Echtzeit steuern und mildern, indem unterschiedliche Dämpfungseigenschaften angenommen werden, die die Drehschwingungen und das Geräusch der Kardanwelle bei mehreren Frequenzen und in verschiedenen Fahrszenarien abschwächen. Durch Abschwächen oder Eliminieren von mehr als einer Resonanzfrequenz kann die Benutzererfahrung verbessert werden, indem weniger Geräusche und Schwingungen bereitgestellt wird, während ein Fahrzeug mit dem aktiven Dämpfungssystem gefahren wird.
-
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt 2 ein aktives Dämpfungssystem 200 für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs (z. B. des Fahrzeugs 100). Das aktive Dämpfungssystem 200 kann eine Kardanwelle 206 beinhalten, die dazu konfiguriert ist, Motorleistung von einer Energiequelle und/oder einem Getriebe (wie zum Beispiel der Energiequelle und dem Getriebe 104, wie in 1 dargestellt) zu übertragen. Das aktive Dämpfungssystem 200 kann ferner ein abgedichtetes Gehäuse 202, einen oder mehrere Kolben 208, eine Steuerung 212 und eine Viskositätsänderungseinheit 210 beinhalten. Das abgedichtete Gehäuse 202 ist ein nicht-drehendes Gehäuse, das dazu konfiguriert ist, ein aktives Dämpfungsfluid 204 zu enthalten.
-
In einer Ausführungsform kann das aktive Dämpfungssystem 200 einen oder mehrere Kolben 208 enthalten. So kann beispielsweise in einer Ausführungsform mit einem einzelnen Kolben der Kolben 208 eine Stange oder ein anderer gewichteter Vorsprung sein, der an einer Seite der Kardanwelle derart befestigt ist, dass er sich um die Kardanwellenachse 209 drehen kann. Der Kolben 208 ist so konfiguriert, dass er sich innerhalb des Gehäuses 202 durch aktives Dämpfungsfluid 204 dreht. Die Drehung des Kolbens 208 durch aktives Dämpfungsfluid 204 kann die Drehung der Kardanwelle 206 aufrechterhalten, beschleunigen oder verlangsamen, die durch die Steuerung 212 geändert werden kann, um die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 zu variieren.
-
In einer anderen Ausführungsform kann das aktive Dämpfungssystem 200 eine Vielzahl von Kolben umfassen (der zweite einer Vielzahl von in gestrichelten Linien gezeigten Kolben), die gleichmäßig/symmetrisch um die Kardanwelle verteilt sein können, um sicherzustellen, dass Kolben um die Kardanwelle 206 ausgewuchtet sind.
-
Gemäß noch einer anderen, nicht beanspruchten Ausführungsform kann das aktive Dämpfungssystem 200 eine Platte (nicht gezeigt) beinhalten, die dazu konfiguriert ist, sich anstelle des einen oder der mehreren Kolben 208 um die Achse 209 der Kardanwelle zu drehen.
-
In noch einer anderen Ausführungsform kann das aktive Dämpfungssystem 200 nur aktives Dämpfungsfluid 204 ohne den einen oder die mehreren Kolben 208 beinhalten. Dementsprechend kann das aktive Dämpfungssystem 200 den Dämpfungseffekt durch Ändern der Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 ohne einen Kolben oder eine Platte, die starr an der Kardanwelle 206 befestigt sind, erzeugen.
-
Das aktive Dämpfungssystem 200 beinhaltet ferner eine Steuerung 212, die mit der Viskositätsänderungseinheit 210 wirkverbunden ist. Die Steuerung 212 beinhaltet einen Prozessor 214, der unter anderem dazu konfiguriert ist, die Viskositätsänderungseinheit 210 durch Übertragen eines oder mehrerer Signale zu steuern, die bewirken, dass die Viskositätsänderungseinheit 210 die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 ändert.
-
Die Viskositätsänderungseinheit 210 ist dazu konfiguriert, das/die Signal(e) von einem Prozessor 214 zu empfangen. Die Steuersignale können bewirken, dass die Viskositätsänderungseinheit 210 eine Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 ändert. Wie nachstehend ausführlicher erläutert, kann die Viskositätsänderungseinheit 210 die Viskosität des Fluids ändern, indem ein elektrisches oder magnetisches Feld variierender Intensität auf das aktive Dämpfungsfluid 204 übertragen wird. Durch Ändern der Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 kann das aktive Dämpfungssystem 200 eine Drehschwingung in der Kardanwelle 206 in Echtzeit ändern, um Drehschwingungen in der Kardanwelle 206 zu reduzieren oder zu eliminieren.
-
Das Gehäuse 202 kann ein aktives Dämpfungsfluid 204 enthalten, das in dem Gehäuse 202 enthalten ist. Das aktive Dämpfungsfluid 204 kann derart konfiguriert sein, dass eine Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids durch die Viskositätsänderungseinheit 210 basierend auf einer Drehschwingung der Kardanwelle 206 veränderbar ist. Insbesondere kann, wenn die Kardanwelle 206 eine Drehschwingung erfährt, die einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, oder die Kardanwelle 206 bei bestimmten Fahrszenarien mit bestimmten Frequenzen rotiert, die Steuerung 212 die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 ändern, um der Resonanzfrequenz der Schwingung durch Ändern einer Rotationsgeschwindigkeit der Kardanwelle 206 in Echtzeit entgegenzuwirken oder mit dieser zu interferieren.
-
In einigen Ausführungsformen ist der vorbestimmte Schwellenwert in Bezug auf ein bestimmtes Fahrzeugdesign, einen bestimmten Motortyp usw. konfiguriert. Fahrzeuge können Drehschwingungsspitzen erfahren, die je nach Motortyp, Konfiguration mechanischer Verbindungen usw. variieren. Somit sind Fahrzeuge mit einem statischen Drehschwingungsdämpfungssystem (z. B. einem Dämpfer auf Gummibasis) nur für eine Schwingungsfrequenz abgestimmt (üblicherweise die am stärksten ausgeprägte). Es können jedoch mehrere Spitzen von Drehschwingungen durch das Fahrzeug erfahren werden, wodurch statische Drehschwingungsdämpfsysteme in ihrer Wirkung eingeschränkt werden. Gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen können aktive Dämpfungssysteme aktiv physikalische Eigenschaften ändern, um die mehreren Frequenzen unterzubringen, indem die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 angepasst wird oder die Rotationsgeschwindigkeit der Systemkomponenten (wie in den 4 und 5 dargestellt) entsprechend vorbestimmter Kriterien, die in einer Nachschlagetabelle oder einem anderen Datenspeichermechanismus gespeichert sind, aktiv verlangsamt wird. Die vorbestimmten Kriterien können im Voraus durch Experimentieren mit individuellen Fahrzeugkonfigurationen eingestellt werden, um die mehreren Spitzenfrequenzen von Schwingungen für dieses Fahrzeug zu berücksichtigen. Jede Spitzenfrequenz kann von einem Prozessor des Systems durch Überwachen der Motordrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit usw. vorauskalkuliert werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann das aktive Dämpfungsfluid 204 ein magnetorheologisches Fluid (MR-Fluid) sein. Wenn das aktive Dämpfungsfluid 204 ein MR-Fluid ist, ist die Viskositätsänderungseinheit 210 als ein Elektromagnet konfiguriert. MR-Fluid ist eine Art von magnetisch veränderbarem Fluid in einem Träger, wie zum Beispiel einer Art von Öl. Wenn es einem Magnetfeld ausgesetzt wird, erhöht das ER-Fluid seine Viskosität bis zu dem Punkt, an dem es ein viskoelastischer Feststoff wird. Die Fließspannung des Fluids in seinem aktiven („an“) Zustand kann durch Variieren der von der Viskositätsänderungseinheit 210 erzeugten Magnetfeldstärke gesteuert werden. Wenn gemäß einer Ausführungsform das aktive Dämpfungsfluid 204 ein ER-Fluid ist, kann es in der Abwesenheit eines angelegten Magnetfelds eine niedrige Viskosität aufweisen, wird jedoch beim Anlegen eines Magnetfeldes quasi fest. Dementsprechend kann das aktive Dämpfungsfluid 204 Eigenschaften annehmen, die mit einem Feststoff vergleichbar sind, wenn es sich im aktivierten („an“) Zustand befindet, der von einem wasserdünnen Zustand im „Aus“-Zustand bis zu einer Dehngrenze (die Scherspannung, über der Scherung auftritt). Streckspannung (allgemein als scheinbare Streckspannung bezeichnet) hängt von dem Magnetfeld ab, das durch die Viskositätsänderungseinheit 210 (die als ein Elektromagnet konfiguriert ist) erzeugt wird, wenn das Magnetfeld an das aktive Dämpfungsfluid 204 angelegt wird. Wenn es als ein MR-Fluid konfiguriert ist, kann sich aktives Dämpfungsfluid 204 wie ein viskoelastisches Material, unterhalb der Fließspannung (in dem aktivierten oder „eingeschalteten“ Zustand), mit einem komplexen Modul verhalten, von dem auch bekannt ist, dass er von der Magnetfeldintensität abhängt.
-
Dementsprechend kann die Viskositätsänderungseinheit 210 ein Steuersignal von dem Prozessor 214 empfangen und die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 in Reaktion auf das Steuersignal mit einem elektromagnetischen Feld ändern. Insbesondere kann die Viskositätsänderungseinheit 210 ein elektromagnetisches Feld erzeugen, um entweder aktives Dämpfungsfluid 204 durch Ändern der Viskosität zu verdicken oder zu verdünnen.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das aktive Dämpfungsfluid 204 als ein elektrorheologisches Fluid (ER-Fluid) konfiguriert sein. Wenn das aktive Dämpfungsfluid 204 ein ER-Fluid ist, ist die Viskositätsänderungseinheit 210 dazu konfiguriert, ein elektrisches Feld zu ändern, das durch das aktive Dämpfungsfluid 204 hindurchtritt. ER-Fluide sind Suspensionen von extrem feinen nichtleitenden, aber elektrisch aktiven Partikeln (bis zu 50 µm Durchmesser) in einem elektrisch isolierenden Fluid (wie beispielsweise Silikonöl). Ohne ein Feld (z. B. ein „Nicht-Feld“-Zustand) sind die meisten ER-Flüssigkeiten Newton'sche Flüssigkeiten. Die Nicht-Feld-Viskosität ist in vielen Anwendungen eine wichtige Überlegung, da sie das minimale Drehmoment (oder den minimalen Druck) bestimmt, das die Vorrichtung oder der Mechanismus mit der ER-Flüssigkeit unter gegebenen Bedingungen erzeugen kann, genauso wie die Fließspannung das Maximum bestimmt. Die Variation der Nicht-Feld-Viskosität mit der Temperatur kann, gemäß einer Ausführungsform, der von reinem Öl ähnlich sein. Wenn sie als ein ER-Fluid konfiguriert ist, ändert sich die scheinbare Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 in Reaktion auf ein von der Viskositätsänderungseinheit 210 erzeugtes elektrisches Feld reversibel in einer Größenordnung von bis zu 100.000. Zum Beispiel kann das aktive Dämpfungsfluid 204, wenn es als ein ER-Fluid konfiguriert ist, von der Konsistenz eines dünnen Öls (Nicht-Feld-Bedingung) zu der eines Gels (in einem Feld mit hoher Intensität) und zurück gehen, mit Reaktionszeiten von etwa Millisekunden.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann die Viskositätsänderungseinheit 210 ein Steuersignal von der Steuerung 212 empfangen und die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 in Reaktion auf das Steuersignal ändern. In einigen Aspekten kann die Viskositätsänderungseinheit 210 ein elektrisches Feld in der Nähe des aktiven Dämpfungsfluids 204 erhöhen oder verringern.
-
Die Steuerung 212 kann konfiguriert sein, um eine Drehschwingung in der Kardanwelle 206 basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit zu dämpfen. So kann beispielsweise der Prozessor 214 in einer Ausführungsform eine Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmen und bewirken, dass die Viskositätsänderungseinheit 210 eine Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Obwohl in 2 nicht dargestellt, sollte erkannt werden, dass die Steuerung 212 funktional mit einer oder mehreren anderen Steuerungen in dem Fahrzeug 100 verbunden sein kann, die Informationen liefern können, die die Fahrzeuggeschwindigkeit oder Motorumdrehungen pro Minute (U/min) anzeigen.
-
In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung 212 konfiguriert sein, um Drehschwingungen in der Kardanwelle 206 basierend auf der Motordrehzahl zu dämpfen. So kann beispielsweise die Steuerung 212 eine Motordrehzahl bestimmen und bewirken, dass die Viskositätsänderungseinheit eine Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids basierend auf der Motordrehzahl ändert.
-
In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung 212 konfiguriert sein, um Drehschwingungen in der Kardanwelle 206 basierend auf einem oder mehreren Werten zu dämpfen, die in einem computerlesbaren Speicher der Steuerung 212 (nicht in 2 gezeigt) gespeichert sind, die einer bestimmten Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordnet sind. Zum Beispiel kann die Steuerung 212 eine Motordrehzahl bestimmen, eine oder mehrere Einstellungen, Spannungen, Magnetflusswerte usw. basierend auf der Motor- oder Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmen, die eine unerwünschte Drehschwingung abschwächen oder eliminieren und bewirken, dass die Viskositätsänderungseinheit eine Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids basierend auf der Motordrehzahl ändert, um die Schwingung zu beeinflussen.
-
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt 3 ein Diagramm eines aktiven Dämpfungssystems 300 für einen Antriebsstrang. Das aktive Dämpfungssystem 300 kann so konfiguriert sein, dass es ein abgedichtetes Gehäuse 310 beinhaltet, das starr an einer Kardanwelle 306 befestigt ist. Ein Vorteil des Ermöglichens, dass das Gehäuse 310 starr an der Kardanwelle 306 befestigt ist und mit dieser rotiert, ist, dass das aktive Dämpfungssystem 300 in vielfältigen Positionen entlang des Antriebsstrangs angeordnet sein kann. Die Kardanwelle 306 ist so konfiguriert, dass sie Motorleistung von einer Leistungsquelle und/oder einem Getriebe (wie zum Beispiel der Leistungsquelle und dem Getriebe 104, wie in 1 dargestellt) überträgt. Das aktive Dämpfungssystem 300 kann ferner einen oder mehrere Kolben 308, die im Gehäuse 310 konfiguriert sind, eine Steuerung 312 und eine Viskositätsänderungseinheit 320 beinhalten. Das abgedichtete Gehäuse 310 ist so konfiguriert, dass es ein aktives Dämpfungsfluid 204 enthält.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Viskositätsänderungseinheit 320 so konfiguriert, dass sie sich mit der Kardanwelle 306 dreht und Leistung von der Steuerung 312 über ein Leistungskabel 318 empfängt, das sich mit der Kardanwelle 306 dreht. Die Viskositätsänderungseinheit kann so konfiguriert sein, dass sie mit der Steuerung 312 (und dem Prozessor 314) über einen Gleitring 316 verbunden ist, der eine elektrische Verbindung zur Viskositätsänderungseinheit 320 herstellt, wenn er sich um eine Achse 307 der Kardanwelle 306 dreht.
-
Die Scherung kann als die normale Kraft beschrieben werden, die der Bewegung des Kolbens 308 in der aktiven Dämpfungsflüssigkeit 204 (oder und umgekehrt) widersteht. Je größer die Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 ist, desto größer ist die Scherkraft. Wenn die Geschwindigkeitsänderung in Bezug auf sowohl den einen oder die mehreren Kolben 308 und das aktive Dämpfungsfluid 204 zunimmt, nimmt auch die auf das Fluid wirkende Scherkraft zu. Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse 310 starr mit der Kardanwelle 306 verbunden und so konfiguriert, dass es sich mit der Kardanwelle 306 dreht. Der Kolben 308 ist dazu konfiguriert, sich durch aktives Dämpfungsfluid 204 zu bewegen. Wenn sich die Kurbel dreht, erzeugen Änderungen des Momentums des/der Kolben 308 (während der Beschleunigung und Verzögerung) eine Scherkraft in dem Dämpfungsfluid 204, die aktiv durch Ändern der Viskosität des aktiven Dämpfungsfluids 204 gesteuert werden kann. Wenn das Fahrzeug 100 beschleunigt oder verlangsamt, können die Oberwellen das Gehäuse 310 oszillieren. Die Oszillationsenergie wird durch Scherkraft der das Dämpfungsfluid 204 verformenden Kolben und die thermische Energie in dem aktiven Dämpfungsfluid 204 in thermische Energie umgewandelt. Die Wärme wird durch das Gehäuse 310 an die Atmosphäre abgegeben.
-
Ähnlich dem aktiven Dämpfungssystem 200 kann die Viskositätsänderungseinheit 320 konfiguriert sein, um ein Magnetfeld zu erzeugen oder ein elektrisches Feld direkt an das aktive Dämpfungsfluid 204 anzulegen. Dementsprechend bewirkt die Steuerung 312, dass das aktive Dämpfungsfluid 204 die Viskosität ändert. Das aktive Dämpfungsfluid 204 verformt sich innerhalb des aktiven Dämpfergehäuses 310, wenn sich der Kolben 308 innerhalb des Gehäuses dreht. Wenn sich das aktive Dämpfungsfluid 204 verdickt oder verdünnt, erfährt das Fluid eine Änderung im Rotationsmoment. Der Unterschied in diesen zwei Drehzahlen (des Kolbens 308 und der aktiven Dämpfungsflüssigkeit 204) ist die Menge an Energie, die in die aktive Dämpfungsflüssigkeit 204 eingebracht wird. Das Fluid erfährt eine Scherkraft, die den Oberwellen in der Kardanwelle 306 entgegenwirkt und die Oberwellen in der Kardanwelle 306 als Wärme ableitet.
-
Gemäß einem anderen, nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel zeigt 4 ein aktives Dämpfungssystem 400 zur aktiven Dämpfung mit einer Dämpfungskupplungsanordnung 416. Das aktive Dämpfungssystem 400 beinhaltet eine Kardanwelle 406, die zum Übertragen von Maschinenleistung von einem Motor und/oder Getriebe (nicht dargestellt) auf eine Last (nicht dargestellt) konfiguriert ist, ein Kupplungszahnrad 408 konzentrisch mit der Kardanwelle 406, eine Dämpfungskupplungsanordnung 416, ein Trägheitszahnrad 422 und ein oder mehrere hydraulische Stellglieder 420. Das aktive Dämpfungssystem 400 kann ferner ein sich nicht drehendes Gehäuse 403 beinhalten, in dem das Trägheitszahnrad 422 und andere Komponenten montiert sind.
-
Das/die hydraulischen Stellglied(er) 420 kann/können beispielsweise ein oder mehrere hydraulische Zylinder oder ein anderer Mechanismus sein, der dazu konfiguriert ist, Kraft über einen unidirektionalen Hub bereitzustellen, gekoppelt mit einem oder mehreren Hydraulikmotoren, die dazu konfiguriert sind, den Zylindern Energie zuzuführen.
-
Anstatt die Viskosität eines den sich drehenden Kolben umgebenden Fluids zu ändern, wie in den 1 - 3, ist das aktive Dämpfungssystem 400 dazu konfiguriert, eine Schwingung aktiv zu dämpfen, indem eine hydraulische Kraft 404 über einen oder mehrere hydraulische Stellglieder 420 kommuniziert wird. Die Steuerung 412 bewirkt über den Prozessor 414, dass das eine oder die mehreren hydraulischen Stellglieder 420 die hydraulische Kraft 404 an die Dämpfungskupplungsanordnung 416 überträgt und die Kupplungsscheiben 402 mit einer variierenden Kraft zusammendrückt.
-
Die Steuerung 412 kann die auf die Kupplungsscheiben 402 aufgebrachte hydraulische Kraft 404 variieren, um eine bestimmte Dämpfungswirkung zu erzielen. Die angewandte hydraulische Kraft 404 variiert basierend auf einem oder mehreren Werten, die in einem computerlesbaren Speicher (nicht dargestellt, aber in einer oder mehreren Steuerungen 112, 212, 312, 412 und 512 beinhaltet) gespeichert sind, die einer bestimmten Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordnet sind. Zum Beispiel kann die Steuerung 412 eine Motordrehzahl bestimmen, eine oder mehrere Einstellungen, Spannungen, Magnetflusswerte usw. basierend auf der Motor- oder Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmen und bewirken, dass das eine oder die mehreren hydraulischen Stellglieder 420 eine hydraulische Kraft ändern, die auf die Dämpfungskupplungsanordnung basierend auf der Motordrehzahl aufgebracht wird. In einigen Aspekten können die Kupplungsscheiben 402 vollständig offen sein (wobei keine hydraulische Kraft auf die Dämpfungskupplungsanordnung 416 aufgebracht wird), um die Schwingung bei einer Spitzenfrequenz der Schwingung zu mildern. Gemäß anderen Aspekten können andere Schwingungsspitzenfrequenzen durch variierende Niveaus des Eingriffs der Kupplungsscheiben 402 gemildert werden, indem über die Steuerung 412 eine hydraulische Kraft an der Dämpfungskupplungsanordnung 416 angelegt wird. Dementsprechend ist die Steuerung 412 dazu konfiguriert, die Hydraulikkraft und ferner eine Drehzahl des Trägheitszahnrads 422 über die Dämpfungskupplungsanordnung 416 zu ändern, die eine Drehschwingung der Kardanwelle 406 ändern kann. In einigen Aspekten kann das Kupplungszahnrad 418 die Oberwellenenergie in der Kardanwelle 306 aufnehmen und die über die Kupplungsscheiben 402 empfangene Energie an das Trägheitszahnrad 422 abführen.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung 412 dazu konfiguriert, eine Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen und zu bewirken, dass das eine oder die mehreren hydraulischen Stellglieder 420 die hydraulische Kraft und ferner die Drehgeschwindigkeit des Trägheitszahnrads 422 basierend auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 ändert.
-
Gemäß einer weiteren nicht beanspruchten Ausführungsform zeigt 5 ein aktives Dämpfungssystem 500 mit einer starr mit einem Kupplungszahnrad 502 verbundenen Kardanwelle 506, einem mit dem Kupplungszahnrad 502 in Verbindung stehenden Trägheitszahnrad 508, einem oder mehreren mit dem Trägheitszahnrad 508 in Verbindung stehenden Dämpfungspolstern 510 und einem oder mehreren hydraulischen Stellgliedern 516, die dazu konfiguriert sind, eine hydraulische Kraft 507 auf das eine oder die mehreren Dämpfungspolster 510 auszuüben. In einer anderen exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Dämpfungssystem 500 ein nicht drehendes Gehäuse 504, in dem das Trägheitszahnrad 508 und das eine oder die mehreren Dämpfungspolster 510 montiert sind. Das aktive Dämpfungssystem beinhaltet eine Steuerung 512 mit einem oder mehreren Prozessoren 514.
-
In einigen Aspekten kann die in 5 dargestellte Ausführungsform über den Prozessor 514, eine Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmen und die Drehgeschwindigkeit des Trägheitszahnrads 508 über den einen oder die mehreren hydraulischen Stellglieder 516 basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit ändern. In anderen Aspekten kann die Steuerung 512 die auf die Dämpfungspolster 510 wirkende hydraulische Kraft und ferner die Drehzahl des Trägheitszahnrads 508 über den einen oder die mehreren hydraulischen Stellglieder 516 basierend auf der Motordrehzahl oder der Fahrzeuggeschwindigkeit ändern. Das hydraulische Stellglied 516 kann konfiguriert sein, um die Drehgeschwindigkeit des Trägheitszahnrads 508 zu ändern, indem eine hydraulische Kraft 507 auf ein oder mehrere Dämpfungspolster 510 aufgebracht wird.
