DE102018116365A1 - Aktiver schwingungsdämpfer für eine fahrzeug-antriebskomponente - Google Patents

Aktiver schwingungsdämpfer für eine fahrzeug-antriebskomponente Download PDF

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Scott C. Mrdeza
Xiaofeng MAO
Hai Xu
Jeffrey N. Heaton
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Abstract

Ein System beinhaltet einen Schwingungsdämpfer, der zur Drehung mit einem rotierenden Körper gekoppelt ist. Der Schwingungsdämpfer beinhaltet eine oder mehrere Flüssigkeitstaschen. In einer oder mehreren Flüssigkeitstaschen ist ein reaktives Fluid angeordnet. Das reaktive Fluid ist so konfiguriert, dass es eine Eigenschaftsänderung durchläuft, wenn es einer ausgewählten Kraft ausgesetzt wird. Ein Krafterzeugungsmechanismus ist in Bezug auf den Schwingungsdämpfer fest montiert, wobei der Krafterzeugungsmechanismus betreibbar ist, um die gewählte Kraft selektiv zu erzeugen.

Description

  • EINLEITUNG
  • Der Gegenstand der Offenbarung bezieht sich auf Schwingungsdämpfer und insbesondere auf einen aktiven Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug.
  • Mechanische Systeme können während des Betriebs Schwingungen ausgesetzt sein. Insbesondere mechanische Systeme mit rotierenden Komponenten, wie beispielsweise Motoren, oder mit rotierenden Zahnrädern, wie Fahrzeuge und dergleichen, können unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen ausgesetzt sein. Fahrzeuge beinhalten typischerweise eine Antriebsmaschine, die in Form eines Elektromotors, eines Hybridmotors oder eines Verbrennungsmotors ausgeführt werden kann. Die Antriebsmaschine kann im Betrieb Schwingungen bei einer oder mehreren Frequenzen erzeugen.
  • Die Antriebsmaschine liefert typischerweise Kraft für ein Getriebe. Das Getriebe wiederum überträgt die Leistung von der Antriebsmaschine auf beispielsweise eine Differentialbaugruppe. Die Kraftübertragung vom Motor auf das Differential erfolgt typischerweise über einen Antrieb oder eine Kardanwelle. Die Drehung der Antriebswelle kann zu unerwünschten Schwingungen und/oder Geräuschen führen. Insbesondere können die vom mechanischen System erzeugten Schwingungen unerwünschte Geräusche und/oder Vibrationen erzeugen. Die unerwünschten Geräusche oder Vibrationen können zu einer vorzeitigen Ermüdung der zugehörigen Komponenten führen. Die unerwünschten Geräusche und Vibrationen können über mehrere Frequenzen hinweg auftreten oder abhängig von den Fahrbedingungen von einer Frequenz zur anderen wechseln. Aktuelle Schwingungsdämpfer der Antriebswelle werden auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt. Diese Frequenz kann die Schwingungen in anderen Frequenzen nicht dämpfen. Dementsprechend ist es wünschenswert, einen abstimmbaren Schwingungsdämpfer für Antriebswellenanwendungen vorzusehen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein System einen Schwingungsdämpfer, der zur Drehung mit einem rotierenden Körper gekoppelt ist. Der Schwingungsdämpfer beinhaltet eine oder mehrere Flüssigkeitstaschen. In einer oder mehreren Flüssigkeitstaschen ist ein reaktives Fluid angeordnet. Das reaktive Fluid ist so konfiguriert, dass es eine Eigenschaftsänderung durchläuft, wenn es einer ausgewählten Kraft ausgesetzt wird. Ein Krafterzeugungsmechanismus ist in Bezug auf den Schwingungsdämpfer fest montiert, wobei der Krafterzeugungsmechanismus betreibbar ist, um die gewählte Kraft selektiv zu erzeugen.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, wobei die eine oder die mehreren Flüssigkeitstaschen eine Vielzahl von diskreten Flüssigkeitstaschen umfassen.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, wobei die Vielzahl der diskreten Flüssigkeitstaschen in einer ringförmigen Anordnung um den Schwingungsdämpfer angeordnet ist.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungen solche beinhalten, worin der Schwingungsdämpfer einen ersten Abschnitt aus einem ersten Material, einen zweiten Abschnitt aus einem zweiten Material und einen dritten Abschnitt aus einem dritten Material beinhaltet, wobei sich das zweite Material von mindestens einem des ersten Materials und des dritten Materials unterscheidet.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin der zweite Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt angeordnet ist.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin sich das zweite Material von dem ersten und dem dritten Material unterscheidet.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin das erste Material das gleiche wie das dritte Material ist.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, worin das zweite Material ein elastomeres Material umfasst.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, worin das reaktive Fluid ein magnetorheologisches Fluid umfasst.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, worin der Krafterzeugungsmechanismus einen Elektromagneten umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Rahmen, ein Getriebe, eine Differentialbaugruppe, eine Antriebswelle, die das Getriebe und die Differentialbaugruppe mechanisch verbindet, und einen Schwingungsdämpfer, der zur Drehung mit der Antriebswelle gekoppelt ist. Der Schwingungsdämpfer beinhaltet eine oder mehrere Flüssigkeitstaschen. In einer oder mehreren Flüssigkeitstaschen ist ein reaktives Fluid angeordnet. Das reaktive Fluid ist so konfiguriert, dass es eine Eigenschaftsänderung durchläuft, wenn es einer ausgewählten Kraft ausgesetzt wird. Ein Krafterzeugungsmechanismus ist in Bezug auf den Schwingungsdämpfer fest montiert, wobei der Krafterzeugungsmechanismus betreibbar ist, um die gewählte Kraft selektiv zu erzeugen.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, wobei die eine oder die mehreren Flüssigkeitstaschen eine Vielzahl von diskreten Flüssigkeitstaschen umfassen.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, wobei die Vielzahl der diskreten Flüssigkeitstaschen in einer ringförmigen Anordnung um den Schwingungsdämpfer angeordnet ist.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungen solche beinhalten, worin der Schwingungsdämpfer einen ersten Abschnitt aus einem ersten Material, einen zweiten Abschnitt aus einem zweiten Material und einen dritten Abschnitt aus einem dritten Material beinhaltet, wobei sich das zweite Material von mindestens einem des ersten Materials und des dritten Materials unterscheidet.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin der zweite Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt angeordnet ist.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin sich das zweite Material von dem ersten und dem dritten Material unterscheidet.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin das erste Material das gleiche wie das dritte Material ist.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, worin das zweite Material ein elastomeres Material umfasst.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, worin das reaktive Fluid ein magnetorheologisches Fluid umfasst.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, worin der Krafterzeugungsmechanismus einen Elektromagneten umfasst.
  • Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne weiteres hervor.
  • Figurenliste
  • Andere Eigenschaften, Vorteile und Details erscheinen, nur exemplarisch, in der folgenden ausführlichen Beschreibung der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die folgenden Zeichnungen bezieht:
    • 1 ist eine Teilansicht eines Fahrzeughecks mit einem aktiven Schwingungsdämpfer, der gemäß einer exemplarischen Ausführungsform auf einer Antriebswelle montiert ist;
    • 2 ist eine teilweise Querschnittsansicht des aktiven Schwingungsdämpfers von 1 gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform; und
    • 3 ist eine teilweise zerlegte Ansicht des aktiven Schwingungsdämpfers von 1 gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. 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.
  • Ein Fahrzeug, gemäß einer exemplarischen Ausführungsform wird allgemein bei 10 in 1 veranschaulicht. Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen Rahmen 14, der einen Antriebsstrang oder einen Antrieb trägt, von dem ein Teil bei 20 angezeigt wird. Der Antriebsstrang 20 beinhaltet eine Antriebswelle 24, die mechanisch mit einem Differential 28 verbunden ist, das wiederum mechanisch mit einem ersten Rad 30 und einem zweiten Rad 32 über entsprechende erste und zweite Achsen verbunden ist (nicht dargestellt). Im Betrieb kann das Differential 28 unerwünschte Geräusche und/oder Schwingungen erzeugen. Ebenso kann die Antriebswelle 24 unerwünschte Geräusche und/oder Schwingungen erzeugen. Um unerwünschte Geräusche und/oder Schwingungen zu reduzieren, beinhaltet das Fahrzeug 10 ein aktives Schwingungsdämpfersystem 40 in Verbindung mit der Antriebswelle 24.
  • Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das aktive Schwingungsdämpfersystem 40 einen aktiven Schwingungsdämpfer 44 und einen Krafterzeugungsmechanismus 48. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet der aktive Schwingungsdämpfer 44 einen Körper 54 mit einem ersten Abschnitt 56, einem zweiten Abschnitt 58 und einem dritten Abschnitt 60. Der zweite Abschnitt 58 ist radial nach innen vom ersten Abschnitt 56 und der dritte Abschnitt 60 ist radial nach innen vom zweiten Abschnitt 58 angeordnet. Gemäß einem exemplarischen Aspekt ist der erste Abschnitt 56 aus einem ersten Material 63 gebildet, der zweite Abschnitt 58 ist aus einem zweiten Material 65 gebildet und der dritte Abschnitt 60 ist aus einem dritten Material 67 gebildet. Das erste Material 63 und das dritte Material 67 kann ein Metall sein. Weiterhin können das erste Material 63 und das dritte Material 67 ähnliche Materialien sein. Selbstverständlich sollte klar sein, dass die ersten und dritten Materialien 63 und 67 unterschiedlich sein können. Das zweite Material 65 kann ein elastomeres Material, wie beispielsweise Gummi, sein. Zusätzlich beinhaltet der dritte Abschnitt 60 eine zentrale Öffnung 68 zur Aufnahme der Antriebswelle 24.
  • Des Weiteren gemäß einem exemplarischen Aspekt beinhaltet der zweite Abschnitt 58 eine oder mehrere Flüssigkeitstaschen 70, die in einer ringförmigen Anordnung um den Körper 54 angeordnet sind. Die Flüssigkeitstaschen 70 können die Form einer Vielzahl von diskreten Flüssigkeitstaschen annehmen, beispielsweise eine erste Flüssigkeitstasche 72, eine zweite Flüssigkeitstasche 73 und eine dritte Flüssigkeitstasche 74. Die Anzahl der Flüssigkeitstaschen kann variieren. Jede Flüssigkeitstasche 72, 73 und 74 kann mit einem reaktiven Fluid 78 gefüllt sein. Das reaktive Fluid 78 kann eine Zustandsänderung durchlaufen, wenn es einer Aktivierungskraft ausgesetzt wird, die durch den Krafterzeugungsmechanismus 48 bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform kann das reaktive Fluid 78 die Form eines magnetorheologischen (MR) Fluids 81 annehmen, das die Viskosität als Reaktion auf ein Magnetfeld verändern kann.
  • Des Weiteren gemäß noch einem exemplarischen Aspekt ist der Krafterzeugungsmechanismus 48 in Bezug auf den Rahmen 14 fest montiert und kann die Form eines Elektromagnetsystems mit einem ersten Elektromagneten 86 und einem zweiten Elektromagneten 88 annehmen, wie in 3 dargestellt. Die ersten und zweiten Elektromagnete 86 und 88 können funktionsfähig mit einem Schwingungsregler 94 und einem Schwingungssensor 96 verbunden werden. Die ersten und zweiten Elektromagnete 86 und 88 können auch mit einer Energiequelle 100 gekoppelt werden, die Aktivierungsenergie bereitstellt. Die Energiequelle 100 kann eine Batterie umfassen, die mit dem Krafterzeugungsmechanismus 48 verbunden ist, oder sie kann die Form einer Fahrzeugbatterie annehmen (nicht dargestellt).
  • In einer Ausführungsform beinhaltet der Schwingungsregler 94 eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 106 und einen nicht-flüchtigen Speicher 108. Der Schwingungsregler 94 kann wahlweise den ersten und/oder zweiten Elektromagneten 86 und 88 als Reaktion auf eine vom Schwingungssensor 96 erfasste Schwingung in der Antriebswelle 24 aktivieren. Weiterhin kann der Schwingungsregler 94 den ersten und/oder zweiten Elektromagneten 86 und 88 selektiv basierend auf einer Abstimmtabelle im nicht-flüchtigen Speicher 108 aktivieren. Das heißt, der Schwingungsregler 94 kann eine Schwingungsart bestimmen, wie beispielsweise Schwingungen im Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeitsbetrieb, Schwingungen im Zusammenhang mit langsamem Betrieb, Schwingungen im Zusammenhang mit Beschleunigungen und/oder Verzögerungen, und eine ausgewählte Abstimmung basierend auf Werten vornehmen, die in einer Nachschlagetabelle im nicht-flüchtigen Speicher 108 gespeichert sind. So kann beispielsweise die Magnetfeldstärke des einen, des anderen oder sowohl des ersten als auch des zweiten Elektromagneten 86 und 88 so gesteuert werden, dass eine ausgewählte Dämpfung am aktiven Schwingungsdämpfer 44 erreicht wird, um die von der Antriebswelle 24 erzeugten Schwingungen zu dämpfen.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll die vorliegende Offenbarung in keinster Weise einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „enthält“, „aufweist“, „verfügt über“, „ausgestattet mit“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus.
  • Während die obige Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die exemplarischen Ausführungsformen nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.

Claims (10)

  1. System, umfassend: einen Schwingungsdämpfer, der zur Drehung mit einem rotierenden Körper gekoppelt ist, wobei der Schwingungsdämpfer eine oder mehrere Flüssigkeitstaschen beinhaltet; ein reaktives Fluid, das in einer oder mehreren Flüssigkeitstaschen angeordnet ist, wobei das reaktive Fluid so konfiguriert ist, dass es eine Eigenschaftsänderung durch Einwirken einer ausgewählten Kraft durchläuft; und einen Krafterzeugungsmechanismus, der in Bezug auf den Schwingungsdämpfer fest montiert ist, wobei der Krafterzeugungsmechanismus betreibbar ist, um die gewählte Kraft selektiv zu erzeugen.
  2. System nach Anspruch 1, worin die eine oder die mehreren Flüssigkeitstaschen eine Vielzahl von diskreten Flüssigkeitstaschen umfassen.
  3. System nach Anspruch 2, worin die Vielzahl von diskreten Flüssigkeitstaschen in einer ringförmigen Anordnung um den Schwingungsdämpfer angeordnet sind.
  4. System nach Anspruch 2, worin der Schwingungsdämpfer einen ersten Abschnitt aus einem ersten Material, einen zweiten Abschnitt aus einem zweiten Material und einen dritten Abschnitt aus einem dritten Material beinhaltet, wobei sich das zweite Material von mindestens einem des ersten Materials und des dritten Materials unterscheidet.
  5. System nach Anspruch 4, worin der zweite Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt angeordnet ist.
  6. System nach Anspruch 4, worin sich das zweite Material von jedem des ersten Materials und des dritten Materials unterscheidet.
  7. System nach Anspruch 4, worin das erste Material das gleiche wie das dritte Material ist.
  8. System nach Anspruch 4, worin das zweite Material ein elastomeres Material umfasst.
  9. System nach Anspruch 1, worin das reaktive Fluid ein magnetorheologisches Fluid umfasst.
  10. Fahrzeug, umfassend: einen Rahmen, ein Getriebe; eine Differenzialbaugruppe; eine Antriebswelle, die das Getriebe und die Differentialbaugruppe mechanisch verbindet; einen Schwingungsdämpfer, der mit der Antriebswelle drehbar gekoppelt ist, wobei der Schwingungsdämpfer eine oder mehrere Flüssigkeitstaschen beinhaltet; ein reaktives Fluid, das in einer oder mehreren Flüssigkeitstaschen angeordnet ist, wobei das reaktive Fluid so konfiguriert ist, dass es eine Eigenschaftsänderung durch Einwirken einer ausgewählten Kraft durchläuft; und einen Krafterzeugungsmechanismus, der in Bezug auf den Schwingungsdämpfer fest montiert ist, wobei der Krafterzeugungsmechanismus betreibbar ist, um die gewählte Kraft selektiv zu erzeugen.
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