DE102018205846B3

DE102018205846B3 - Device for damping vibrations in the suspension of a two-lane vehicle

Info

Publication number: DE102018205846B3
Application number: DE102018205846.6A
Authority: DE
Inventors: Marian Zuscik
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2038-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bedämpfen von Schwingungen in der Radaufhängung eines zweispurigen Fahrzeugs, welches einen passiven Stabilisator mit einem in Fahrzeug-Querrichtung verlaufenden Drehstab und sich endseitig an diesen anschließenden und mit den einander gegenüberliegenden Radaufhängungen einer Achse des Fahrzeugs verbundenen Hebelelementen aufweist und weiterhin zwei jeweils einem Rad der Radaufhängung zugeordnete und am Fahrzeugaufbau gelagerte und als Elektromotoren ausgebildete Aktuatoren mit jeweils einem Antrieb besitzt, mit dem ein Drehmoment auf den dem jeweiligen Rad zugewandten Abschnitt des Stabilisators aufbringbar ist,. Dabei ist jedem Aktuator ein hydraulischer Schwingungsdämpfer in jeder Radaufhängung parallel geschaltet, so dass die Aktuatoren mit den hydraulischen Schwingungsdämpfern als ein Dämpfungssystem fungieren, welches derart ausgelegt ist, dass dessen Eigenfrequenz von derjenigen der ungefederten Masse des Fahrzeugs entkoppelt ist, so dass durch geeignete Regelung des Antriebs der Aktuatoren und somit durch aktive Einleitung von Kräften in das System auch in höheren Frequenzen Schwingungen eines Aufbaus des Fahrzeugs bedämpft werden können. Erfindungsgemäß ist zur Ermittlung der Schwingungen des Fahrzeug-Aufbaus ein Sensor zur Ermittlung der Vertikalbeschleunigung an einem Gehäuse zumindest eines der Aktuatoren direkt oder unter starrer Zwischenschaltung eines weiteren Bauelements indirekt angebracht vorgesehen.The invention relates to a device for damping vibrations in the suspension of a two-lane vehicle, which has a passive stabilizer with a transverse direction in the vehicle transverse torsion bar and at the end of these subsequent and connected to the opposite wheel suspension of an axle of the vehicle lever elements and two further each associated with a wheel of the suspension and mounted on the vehicle body and designed as electric motors actuators, each having a drive, with which a torque on the respective wheel facing portion of the stabilizer can be applied. In this case, each actuator, a hydraulic vibration damper in each suspension connected in parallel, so that the actuators act with the hydraulic vibration dampers as a damping system which is designed such that its natural frequency is decoupled from that of the unsprung mass of the vehicle, so that by appropriate control of Actuator drive and thus by active introduction of forces into the system even in higher frequencies vibrations of a body of the vehicle can be attenuated. According to the invention, to determine the vibrations of the vehicle body, a sensor for determining the vertical acceleration is provided on a housing of at least one of the actuators mounted directly or under the rigid interposition of another component indirectly.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bedämpfen von Schwingungen in der Radaufhängung eines zweispurigen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Als nächstkommender Stand der Technik wird die WO 2017/042055 A1 erachtet.The invention relates to a device for damping vibrations in the suspension of a two-lane vehicle according to the preamble of claim 1. The closest prior art is the WO 2017/042055 A1 considered.

Schwingungen in der Radaufhängung eines zweispurigen Fahrzeugs sind insbesondere Schwingungen des Fahrzeug-Aufbaus gegenüber dem Rad oder den Rädern des Fahrzeugs, aber auch höherfrequente Schwingungen des Fahrzeugs-Aufbaus, die durch andere Einflussfaktoren als durch das Abrollen der Fahrzeug-Räder auf einer Fahrbahn hervorgerufen werden. Eine Bedämpfung von niederfrequenten Fahrzeugaufbau-Schwingungen (üblicherweise in der Größenordnung von 1 Hertz bis 5 Hertz), die aus der Möglichkeit der Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus gegenüber den Rädern aufgrund der zwischengeschalteten Tragfedern resultieren, werden üblicherweise mit hydraulischen Schwingungsdämpfern, die den Tragfedern parallel geschaltet sind, bedämpft. Weiterhin bekannt sind in Form einer Drehstabfeder ausgebildete Querstabilisatoren, welche Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus entgegen wirken, wobei auch derartige Wankbewegungen vorrangig durch die bereits genannten üblichen hydraulischen Schwingungsdämpfer bedämpft werden..Oscillations in the suspension of a two-lane vehicle are in particular vibrations of the vehicle body relative to the wheel or wheels of the vehicle, but also higher-frequency vibrations of the vehicle body, which are caused by factors other than by the rolling of the vehicle wheels on a road. Attenuation of low frequency vehicle body oscillations (typically of the order of 1 Hertz to 5 Hertz) resulting from the possibility of vertical movement of the vehicle body relative to the wheels due to the intermediate suspension springs is usually provided with hydraulic dampers connected in parallel with the suspension springs. damped. Also known are in the form of a torsion bar trained anti-roll bars, which counteract rolling movements of the vehicle body, whereby such rolling movements are primarily damped by the already mentioned conventional hydraulic vibration damper.

In der eingangs genannten Schrift ist ein sich vom bisherigen Stand der Technik unterscheidendes Verfahren zum Bedämpfen von Schwingungen des Fahrzeug-Aufbaus eines zweispurigen Fahrzeugs beschrieben, wobei ein einem Rad zugewandter Endabschnitt eines vorstehend genannten Querstabilisators mittels eines vorzugsweise elektromotorischen Aktuators zumindest geringfügig in sich verdreht bzw. tordiert werden kann, so dass aufgrund der höheren Stellgeschwindigkeiten solcher Aktuatoren den Schwingungen entgegen gerichtete Kräfte in die Radaufhängung eingeleitet werden können, womit eine Bedämpfung von Schwingungen in der Größenordnung bis zu 20 Hertz oder 30 Hertz oder mehr (je nach Systemauslegung) möglich ist.In the above-mentioned document, a different from the prior art method for damping vibrations of the vehicle body of a two-lane vehicle is described, wherein a wheel facing end portion of a aforementioned anti-roll bar by means of a preferably electromotive actuator at least slightly twisted in itself or can be twisted so that due to the higher speeds of such actuators the vibrations opposing forces can be introduced into the suspension, whereby a damping of vibrations in the order of up to 20 hertz or 30 hertz or more (depending on the system design) is possible.

Um Schwingungen des Fahrzeug-Aufbaus insbesondere nach dem vorstehend kurz (bzw. in der genannten WO 2017/042055 A1 umfassend) beschriebenen Verfahren bzw. einer entsprechenden Vorrichtung (insbesondere nach dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1) erfolgreich bedämpfen (bzw. beeinflussen oder kompensieren oder ausregeln) zu können, ist es selbstverständlich erforderlich, diese Schwingungen zunächst zu erkennen und daraufhin mittels einer geeigneten elektronischen Steuereinheit den oder die Aktuatoren der Vorrichtung geeignet anzusteuern. Für die Erkennung der Aufbau-Schwingungen kommt sinnvollerweise zumindest ein Beschleunigungssensor zum Einsatz, so wie dies beispielsweise in der DE 10 2014 219 977 A1 beschrieben ist. In diesem Zusammenhang sei ausdrücklich erwähnt, dass der Inhalt der beiden soweit genannten Schriften, nämlich WO 2017/042055 A1 und DE 10 2014 219 977 A1 soweit erforderlich durch Bezugnahme vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.To vibrations of the vehicle body especially after the above briefly (or in the above WO 2017/042055 A1 comprehensively) (or in particular according to the preamble of present claim 1) successfully dampen (or influence or compensate or compensate), it is of course necessary to first detect these vibrations and then by means of a suitable electronic control unit to control the actuator or actuators of the device suitable. At least one acceleration sensor is expediently used for detecting the build-up vibrations, as is the case for example in the DE 10 2014 219 977 A1 is described. In this context, it is expressly mentioned that the content of the two writings so far mentioned, namely WO 2017/042055 A1 and DE 10 2014 219 977 A1 as far as necessary incorporated by reference in full in the disclosure of the present application.

Hiermit soll insbesondere für eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden, wo bzw. an welcher Stelle des Fahrzeugs ein Beschleunigungssensor zur Ermittlung der zu bedämpfenden Fahrzeugaufbau-Schwingungen in besonders vorteilhafter Weise vorzusehen ist (= Aufgabe der Erfindung).This is to be shown in particular for a device according to the preamble of claim 1, where or at which point of the vehicle, an acceleration sensor for determining the vehicle body vibrations to be damped is provided in a particularly advantageous manner (= object of the invention).

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und ist für eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Schwingungen des Fahrzeug-Aufbaus ein Sensor zur Ermittlung der Vertikalbeschleunigung (des Fahrzeug-Aufbaus) an einem Gehäuse zumindest eines der Aktuatoren direkt oder unter starrer Zwischenschaltung eines weiteren Bauelements indirekt angebracht vorgesehen ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Im Übrigen sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass ein erfindungsgemäß angebrachter Sensor in erfindungsgemäßer Weise auch bei einer etwas vereinfachten Ausführungsform günstig oder geeignet ist, nämlich wenn kein sich zwischen den beiden Radaufhängungen einer Achse erstreckender passiver Stabilisator vorgesehen ist. In einem solchen Fall wirkt jeder Aktuator jeder Einzelradaufhängung über einen vom Drehstab der anderen Radaufhängung unabhängigen Drehstab mit einem sich daran anschließenden Hebelarm auf die zugeordnete Radaufhängung.The solution to this problem results from the features of the independent claim and is for a device according to the preamble of claim 1, characterized in that for determining the vibrations of the vehicle body, a sensor for determining the vertical acceleration (of the vehicle body) on a housing at least one of the actuators is provided indirectly mounted directly or under rigid interposition of another device indirectly. Advantageous developments are content of the dependent claims. Incidentally, it should be expressly pointed out that a sensor according to the present invention is favorable or suitable in a manner according to the invention even in a somewhat simplified embodiment, namely if no passive stabilizer extending between the two wheel suspensions of an axle is provided. In such a case, each actuator of each independent suspension acts via an independent of the torsion bar of the other suspension torsion bar with an adjoining lever arm on the associated suspension.

Grundsätzlich wird somit vorgeschlagen, einen Beschleunigungssensor zur Ermittlung von Fahrzeugaufbau-Schwingungen, bei welchem es sich um ein grundsätzlich bekanntes (und relativ einfaches) Bauelement handelt, nicht an irgend einer beliebigen Stelle des Fahrzeug-Aufbaus anzubringen, sondern im wesentlichen direkt an zumindest einem der erfindungsgemäßen, da im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Aktuatoren bzw. an dessen Gehäuse. Bereits an dieser Stelle sei erwähnt, dass an einem zweispurigen Fahrzeug an einer Achse desselben zwei solche Aktuatoren, nämlich für das linksseitige Rad und für das rechtsseitige Rad, vorgesehen sind, welche aber durchaus in einem einzigen in sich zusammenhängenden Gehäuse vorgesehen sein können, an welchem dann erfindungsgemäß der Sensor zur Ermittlung der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeug-Aufbaus angebracht bzw. befestigt ist. Der wesentliche Vorteil, der mit Anbringung des die Vertikalbeschleunigung (unter anderem des Fahrzeug-Aufbaus) messenden Sensors (= „Beschleunigungssensor“) am Gehäuse des Aktuators erzielt wird, ist die Möglichkeit, mit diesem Sensor zusätzlich zu den Schwingungen des Fahrzeug-Aufbaus schnell und direkt und daher unverfälscht Schwingungen, die vom Aktuator selbst erzeugt werden, erfassen zu können, so dass diese daraufhin quasi direkt am Ort der Entstehung bedämpft werden können.Basically, it is thus proposed not to attach an acceleration sensor for determining vehicle body oscillations, which is a fundamentally known (and relatively simple) component, to any arbitrary point of the vehicle body, but essentially directly to at least one of the vehicle body according to the invention, as mentioned in the preamble of claim 1 actuators or on the housing. Already at this point it should be mentioned that two such actuators, namely for the left-side wheel and for the right-hand wheel, are provided on a two-lane vehicle on an axis of the same, but which may well be provided in a single coherent housing in which Then according to the invention, the sensor for determining the vertical acceleration of the vehicle body is attached or attached. The main advantage achieved by mounting the vertical acceleration (including the vehicle body) measuring sensor (= "acceleration sensor") on the housing of the actuator is the ability to quickly and easily with this sensor in addition to the vibrations of the vehicle body directly and therefore unadulterated vibrations, which are generated by the actuator itself, to be able to detect, so that they can then be damped almost directly at the place of origin.

Es kann der Aktuator bzw. dessen Gehäuse starr oder über ein lediglich geringfügig elastisches Lager am Fahrzeug-Aufbau befestigt sein - in jedem Fall jedoch schwingt der Aktuator zusammen mit dem Fahrzeug-Aufbau (in Frequenzen bis zu ca. 10 Hertz), so dass dessen Schwingungen durch Messung am Aktuator-Gehäuse sicher erkannt werden können. Zusätzlich können mit einem erfindungsgemäß angebrachten Beschleunigungssensor besonders schnell und feinfühlig höherfrequente Schwingungen (nennenswert größer als 10 Hetz) erkannt werden, welche vom Aktuator selbst induziert oder ausgelöst und an den Fahrzeug-Aufbau übertragen werden. Und da das Aktuator-Gehäuse über den eine Drehbewegung ausführenden Teil des Aktuators und den Drehstab auch mit der Masse des zugeordneten Rades mechanisch in Verbindung steht können aus den Signal des erfindungsgemäß angebrachten Beschleunigungssensors auch die Schwingungen des jeweiligen Rades identifiziert bzw. berechnet werden.The actuator or its housing can be rigidly fastened to the vehicle body via a merely slightly elastic bearing, but in any case the actuator oscillates together with the vehicle body (in frequencies up to about 10 hertz), so that its Vibrations can be reliably detected by measurement on the actuator housing. In addition, high-frequency oscillations (appreciably greater than 10 Hz), which are induced or triggered by the actuator itself and are transmitted to the vehicle body, can be detected particularly quickly and sensitively by means of an acceleration sensor fitted according to the invention. And since the actuator housing is also mechanically connected to the mass of the associated wheel via the part of the actuator which carries out a rotational movement, the vibrations of the respective wheel can also be identified or calculated from the signal of the acceleration sensor mounted according to the invention.

Grundsätzlich können bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bedämpfen von Schwingungen in der Radaufhängung eines zweispurigen Fahrzeugs mit zwei Aktuatoren je Fahrzeug-Achse, nämlich einen für das rechte Rad und einem für das linke Rad, an jedem Aktuator ein Beschleunigungssensor erfindungsgemäß angebracht sein. Ein solches System ist nicht nur besonders wirksam und zeichnet sich durch kürzeste Reaktionszeiten (insbesondere beim Bedämpfen von durch den Aktuator hervorgerufenen Schwingungen) aus, sondern kann dann auch vorteilhafterweise autonom ohne Rückgriff auf eine andere am Fahrzeug verbaute Sensorik arbeiten. Es ist aber auch möglich, nur an einem der Achs-Aktuatoren einen Beschleunigungssensor vorzusehen und für den anderen Aktuator dieser Fahrzeug-Achse die Schwingungen über ein geeignetes Modell rechnerisch zu ermitteln.In principle, with an inventive device for damping vibrations in the suspension of a two-lane vehicle with two actuators per vehicle axle, namely one for the right wheel and one for the left wheel, an acceleration sensor may be mounted on each actuator according to the invention. Such a system is not only particularly effective and is characterized by shortest reaction times (especially when damping oscillations caused by the actuator), but can then also advantageously operate autonomously without resorting to another sensor installed on the vehicle. However, it is also possible to provide an acceleration sensor on only one of the axle actuators and to determine the oscillations by way of a suitable model for the other actuator of this vehicle axle.

Was die Anbringung des Beschleunigungssensors am Gehäuse eines erfindungsgemäßen Aktuators betrifft, so ist eine solche wesentlich günstiger als wenn beispielsweise ein Beschleunigungssensor am Gehäuse eines im wesentlichen herkömmlichen hydraulischen Schwingungsdämpfers oder eines aktiven hydraulischen Schwingungsdämpfers, mit welchem aktiv Kräfte gestellt werden können, angebracht wäre, da das am Fahrzeug-Aufbau elastisch befestigte Aktuatorgehäuse funktional quasi der Kolbenstange eines herkömmlichen hydraulischen Schwingungsdämpfers entspricht. Um also mit einem aktiven hydraulischen Schwingungsdämpfer dann, falls dieser überhaupt derartig schnell wie ein erfindungsgemäßer Aktuator Kräfte stellen könnte, ein vergleichbares Resultat zu erzielen, müsste an einem solchen hydraulischen Dämpfer der Beschleunigungssensor an der Kolbenstange angebracht sein, was wegen des damit verbundenen Bauaufwands niemand ernsthaft in Betracht ziehen würde.As for the mounting of the acceleration sensor on the housing of an actuator according to the invention, such is much cheaper than if, for example, an acceleration sensor on the housing of a substantially conventional hydraulic vibration damper or an active hydraulic vibration damper, with which active forces can be provided, would be appropriate since on the vehicle body elastically mounted actuator housing functionally equivalent to the piston rod of a conventional hydraulic vibration damper. In order therefore with an active hydraulic vibration damper, if this ever could provide forces as fast as an inventive actuator, to achieve a comparable result, would be attached to such a hydraulic damper, the acceleration sensor on the piston rod, which seriously because of the associated construction effort would consider.

Während unmissverständlich klar ist, was unter einer erfindungsgemäßen direkten Anbringung bzw. Befestigung des Beschleunigungssensors am Gehäuse des Aktuators (oder der Aktuatoren) zu verstehen ist, sei noch darauf eingegangen, was eine indirekte Anbringung unter starrer bzw. im wesentlichen starrer Zwischenschaltung eines weiteren Bauelements ist. Dieses weitere Bauelement kann bspw. ein Halter für den Beschleunigungssensor sein, welcher jedoch solchermaßen gestaltet sein sollte, dass es das Schwingungsverhalten des Aktuator-Gehäuses nicht verfälscht. Insbesondere jedoch kann dieses weitere Bauelement ein Gehäuse einer elektronischen Steuereinheit oder zumindest der Leistungselektronik für den (erfindungsgemäßen) Aktuator sein. Hierdurch können die erforderlichen Leitungswege für elektrische Leitungen kurz gehalten werden.While it is unequivocally clear what is meant by an inventive direct attachment or attachment of the acceleration sensor to the housing of the actuator (or the actuators), it will be discussed, which is an indirect attachment under rigid or substantially rigid interposition of another device , This further component may, for example, be a holder for the acceleration sensor, which, however, should be designed in such a way that it does not distort the vibration behavior of the actuator housing. In particular, however, this further component may be a housing of an electronic control unit or at least of the power electronics for the (inventive) actuator. As a result, the required cable routes for electrical lines can be kept short.

Weiterhin wird fakultativ vorgeschlagen, neben den Vertikalbeschleunigungen des Aktuator-Gehäuses auch dessen Beschleunigungen in FahrzeugLängsrichtung zu messen, da auch diese zu für Fahrzeug-Insassen (ggf. akustisch) störenden Schwingungen des Fahrzeug-Aufbaus bzw. im Fahrzeug-Aufbau führen können und durch geeignete Ansteuerung des Aktuators wirkungsvoll bedämpft werden können.Furthermore, it is optionally proposed to measure in addition to the vertical accelerations of the actuator housing and its accelerations in the vehicle longitudinal direction, as well as this may lead to vehicle occupants (possibly acoustically) disturbing vibrations of the vehicle body or in the vehicle body and by appropriate Control of the actuator can be effectively damped.

Claims

Device for damping vibrations in the suspension of a two-lane vehicle, which has a passive stabilizer with a vehicle transverse direction extending torsion bar and at the end of these subsequent and connected to the opposing suspension of an axle of the vehicle lever elements and further two each one of the wheel Associated with the suspension and mounted on the vehicle body and designed as electric motors actuators each having a drive with which a torque on the respective wheel facing portion of the stabilizer can be applied, and wherein each actuator, a hydraulic vibration in each suspension in parallel is switched so that the actuators with the hydraulic vibration dampers act as a damping system which is designed such that its natural frequency is decoupled from that of the unsprung mass of the vehicle, so that by suitable control of the drive of the actuators and thus by active introduction of forces vibrations of a structure of the vehicle can be damped in the system even in higher frequencies, characterized in that for determining the vibrations of the vehicle body, a sensor for determining the vertical acceleration on a housing at least one of the actuators directly or under the rigid interposition of another component indirectly is provided attached.

Device after Claim 1 , wherein an acceleration sensor is provided on each actuator.

Device after Claim 1 or 2 wherein an envelope-housing electronic control unit is a holder for the acceleration sensor interposed rigidly between the housing of the actuator and the acceleration sensor.

Device according to one of the preceding claims, wherein the acceleration sensor is designed to also absorb accelerations in the longitudinal axis direction of the vehicle.