DE102021002903A1 - Active vibration damping system in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein aktives Schwingungsdämpfungssystem (1) einer Radaufhängung (R) eines Fahrzeuges mit einem an einem Fahrwerk angeordneten, ein Innenrohr (2.1) und ein Außenrohr (2.2) umfassenden Differentialzylinder (2) und einer über ein Kopflager mit diesem in Wirkverbindung stehenden, an einem Fahrzeugaufbau angeordneten Kolbenstange (4) mit einem Kolben (3), welcher den Differentialzylinder (2) in eine untere Arbeitskammer (A1) und eine obere Arbeitskammer (A2) unterteilt, wobei eine Bewegung zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau zu einer Bewegung des Kolbens (3) relativ zu dem Differentialzylinder (2) führt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- ein Proportionalventil (5) innerhalb des Kolbens (3) angeordnet ist, so dass die Arbeitskammern (A1, A2) bei geöffnetem Proportionalventil (5) fluidisch miteinander koppelbar sind,- an dem Kolben (3) ein umlaufendes Kolbenband (10) sowie eine Anzahl von ringförmig ausgebildeten, zum Antrieb des Kolbens (3) vorgesehenen Permanentmagneten (P) angeordnet sind,- zwischen dem Innenrohr (2.1) und dem Außenrohr (2.2) ein Stator angeordnet ist, so dass eine elektromagnetische Kraft zwischen dem Stator und den Permanentmagneten (P) an dem Kolben (3) entsteht,,- an der Kolbenstange (4) eine diese abschnittsweise umlaufende Druckfeder (D) zur Erzeugung einer wegabhängigen Zusatzkraft bei einer Ausfederbewegung angeordnet ist,- im Fuß des Differentialzylinders (2) zwei hydraulische Widerstände (7, 8) und eine Anzahl von Rückschlagventilen (6), mittels welcher die hydraulischen Widerstände (7, 8) verschaltet sind, in einem gemeinsamen Gehäuse (11) angeordnet und zur Kopplung der Arbeitskammern (A1, A2) mit einem Hydraulikspeicher (9) vorgesehen sind und- das Gehäuse (11) einen Hydraulikstrom des Außenrohres (2.2), einer unteren Arbeitskammer (A1) und des Hydraulikspeichers (9) fluidisch miteinander verbindet.The invention relates to an active vibration damping system (1) of a wheel suspension (R) of a vehicle with a differential cylinder (2) arranged on a chassis, comprising an inner tube (2.1) and an outer tube (2.2) and a differential cylinder (2) that is in operative connection therewith via a head bearing, on a vehicle body arranged piston rod (4) with a piston (3) which divides the differential cylinder (2) into a lower working chamber (A1) and an upper working chamber (A2), with a movement between the chassis and the vehicle body to a movement of the Piston (3) leads relative to the differential cylinder (2). According to the invention it is provided that - a proportional valve (5) is arranged inside the piston (3) so that the working chambers (A1, A2) can be fluidically coupled to one another when the proportional valve (5) is open, - a circumferential piston band on the piston (3) (10) and a number of ring-shaped permanent magnets (P) provided for driving the piston (3) are arranged, - a stator is arranged between the inner tube (2.1) and the outer tube (2.2), so that an electromagnetic force between the Stator and the permanent magnet (P) on the piston (3) is created ,, - a compression spring (D) running around this section by section is arranged on the piston rod (4) to generate a path-dependent additional force during a rebound movement, - in the foot of the differential cylinder (2) two hydraulic resistors (7, 8) and a number of check valves (6), by means of which the hydraulic resistors (7, 8) are interconnected, arranged in a common housing (11) d are provided for coupling the working chambers (A1, A2) with a hydraulic accumulator (9) and - the housing (11) fluidly connects a hydraulic flow of the outer tube (2.2), a lower working chamber (A1) and the hydraulic accumulator (9) with one another.
Description
Die Erfindung betrifft ein aktives Schwingungsdämpfungssystem einer Radaufhängung eines Fahrzeuges mit einem an einem Fahrwerk angeordneten, ein Innenrohr und ein Außenrohr umfassenden Differentialzylinder und einer über ein Kopflager mit diesem in Wirkverbindung stehenden, an einem Fahrzeugaufbau angeordneten Kolbenstange mit einem Kolben, welcher den Differentialzylinder in eine untere Arbeitskammer und eine obere Arbeitskammer unterteilt, wobei eine Bewegung zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau zu einer Bewegung des Kolbens relativ zu dem Differentialzylinder führt.The invention relates to an active vibration damping system of a wheel suspension of a vehicle with a differential cylinder arranged on a chassis, comprising an inner tube and an outer tube, and a piston rod with a piston, which is arranged on a vehicle body and which is in operative connection therewith via a head bearing, and which converts the differential cylinder into a lower one Working chamber and an upper working chamber divided, wherein a movement between the chassis and the vehicle body leads to a movement of the piston relative to the differential cylinder.
Aus der
Darüber hinaus beschreibt die
Eine Statoranordnung ist durch eine sphärische Lageranordnung mit der Kolbenstange gekoppelt. Die Statoranordnung schließt eine Vielzahl von Spulen ein, die bei Erregung eine aktive Dämpfungskraft auf die Kolbenstange ausüben. Die Spulen erzeugen auch aus axialen Bewegungen der Kolbenstange relativ zum Außenrohr Elektrizität. Ein oder mehrere Gleitlager sind radial zwischen den Spulen und dem Magnetrotor in einem Gleitsitz angeordnet, um die Statoranordnung zu stabilisieren.A stator assembly is coupled to the piston rod by a spherical bearing assembly. The stator assembly includes a plurality of coils which, when energized, exert an active damping force on the piston rod. The coils also generate electricity from axial movements of the piston rod relative to the outer tube. One or more slide bearings are arranged radially between the coils and the magnet rotor in a sliding fit in order to stabilize the stator arrangement.
Weiterhin offenbart die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aktives Schwingungsdämpfungssystem einer Radaufhängung eines Fahrzeuges anzugeben.The invention is based on the object of specifying an active vibration damping system for a wheel suspension of a vehicle.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein aktives Schwingungsdämpfungssystem gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by an active vibration damping system which has the features specified in claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.
Ein aktives Schwingungsdämpfungssystem einer Radaufhängung eines Fahrzeuges umfasst einen an einem Fahrwerk angeordneten, ein Innenrohr und ein Außenrohr umfassenden Differentialzylinder und eine über ein Kopflager mit diesem in Wirkverbindung stehenden, an einem Fahrzeugaufbau angeordnete Kolbenstange mit einem Kolben, welcher den Differentialzylinder in eine untere Arbeitskammer und eine obere Arbeitskammer unterteilt, wobei eine Bewegung zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau zu einer Bewegung des Kolbens relativ zu dem Differentialzylinder führt. Erfindungsgemäß ist innerhalb des Kolbens ein Proportionalventil angeordnet, so dass die Arbeitskammern bei geöffnetem Proportionalventil fluidisch miteinander koppelbar sind, wobei das Proportionalventil über eine innerhalb der Kolbenstange verlaufende elektrische Leitung mit einem Fahrzeugbordnetz verbunden ist. An dem Kolben ist umlaufend ein Kolbenband angeordnet, welches entlang des Innenrohres gleitet, wobei an dem Kolben zudem eine Anzahl von ringförmig und zum Antrieb des Kolbens ausgebildete Permanentmagnete angeordnet sind. Das Innenrohr ist aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, beispielsweise Kunststoff gebildet. Zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ist ein Stator angeordnet, welcher einen Eisenkern und mehrphasige Statorwicklungen umfasst und zur Erzeugung eines wandernden Magnetfeldes vorgesehen ist, so dass eine elektromagnetische Kraft zwischen dem Stator und den Permanentmagneten an dem Kolben entsteht. An der Kolbenstange ist eine diese abschnittsweise umlaufende Druckfeder zur Erzeugung einer wegabhängigen Zusatzkraft bei einer Ausfederbewegung angeordnet. Im Fuß des Differentialzylinders sind zwei hydraulische Widerstände und eine Anzahl von Rückschlagventilen, mittels welcher die hydraulischen Widerstände verschaltet sind, in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und zur Kopplung der Arbeitskammern mit einem Hydraulikspeicher vorgesehen und das Gehäuse verbindet einen Hydraulikstrom aus dem Außenrohr, einer unteren Arbeitskammer und des Hydraulikspeichers fluidisch miteinander.An active vibration damping system of a wheel suspension of a vehicle comprises a differential cylinder, which is arranged on a chassis, comprises an inner tube and an outer tube, and a piston rod, which is in operative connection with this via a head bearing and is arranged on a vehicle body, with a piston which converts the differential cylinder into a lower working chamber and a divided upper working chamber, wherein a movement between the chassis and the vehicle body leads to a movement of the piston relative to the differential cylinder. According to the invention, a proportional valve is arranged inside the piston so that the working chambers can be fluidically coupled to one another when the proportional valve is open, the proportional valve being connected to a vehicle electrical system via an electrical line running inside the piston rod. A piston band is arranged circumferentially on the piston and slides along the inner tube, with a number of ring-shaped permanent magnets designed to drive the piston also being arranged on the piston. The inner tube is off an electrically non-conductive material, such as plastic. A stator is arranged between the inner tube and the outer tube, which comprises an iron core and multiphase stator windings and is intended to generate a moving magnetic field, so that an electromagnetic force is created between the stator and the permanent magnets on the piston. On the piston rod there is arranged a compression spring that runs around it in sections to generate a path-dependent additional force during a rebound movement. In the foot of the differential cylinder, two hydraulic resistors and a number of check valves, by means of which the hydraulic resistors are interconnected, are arranged in a common housing and are provided for coupling the working chambers to a hydraulic accumulator and the housing connects a hydraulic flow from the outer tube, a lower working chamber and of the hydraulic accumulator fluidly with one another.
Komponenten des aktiven Schwingungsdämpfungssystems bilden einen elektromagnetischen Linearmotor, mittels dessen bei geöffnetem Proportionsventil eine elektromagnetische Dämpfungsleistung erbracht wird, da eine hydraulische Dämpfungsleistung bei geöffnetem Proportionalventil vergleichsweise gering ist.Components of the active vibration damping system form an electromagnetic linear motor, by means of which electromagnetic damping power is provided when the proportional valve is open, since hydraulic damping power is comparatively low when the proportional valve is open.
Mittels des Linearantriebes können mit verhältnismäßig hoher Dynamik Kräfte generiert werden, wodurch ein Fahrzeugaufbau und ein Fahrzeugrad der Radaufhängung elektromagnetisch gedämpft werden und eine dabei erzeugte elektrische Energie kann in ein Fahrzeugbordnetz eingespeist werden.By means of the linear drive, forces can be generated with relatively high dynamics, as a result of which a vehicle body and a vehicle wheel of the wheel suspension are electromagnetically damped and the electrical energy generated in the process can be fed into a vehicle electrical system.
In Abhängigkeit einer Fahrsituation kann das Schwingungsdämpfungssystem über den Linearmotor auch aktive Kräfte zwischen dem Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau erzeugen, beispielsweise um den Fahrzeugaufbau bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges abzustützen.Depending on a driving situation, the vibration damping system can also generate active forces between the vehicle wheel and the vehicle body via the linear motor, for example in order to support the vehicle body when the vehicle is cornering.
Mittels dieses Schwingungsdämpfungssystems kann die hydraulische Dämpfung stufenlos erhöht werden, insbesondere indem das Proportionalventil geschlossen wird.By means of this vibration damping system, the hydraulic damping can be increased continuously, in particular by closing the proportional valve.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:
-
1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Schwingungsdämpfungssystems einer Radaufhängung eines Fahrzeuges, -
2 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt eines Differentialzylinders und eines Kolbens des Schwingungsdämpfungssystems, -
3 schematisch einen Querschnitt des Differentialzylinders und -
4 schematisch einen weiteren vergrößerten Ausschnitt des Differentialzylinders und des Kolbens des Schwingungsdämpfungssystems.
-
1 schematically a sectional illustration of a vibration damping system of a wheel suspension of a vehicle, -
2 schematically an enlarged section of a differential cylinder and a piston of the vibration damping system, -
3 schematically a cross section of the differential cylinder and -
4th schematically a further enlarged section of the differential cylinder and the piston of the vibration damping system.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Ein solches Schwingungsdämpfungssystem
Im Allgemeinen sind Stoßdämpfersysteme mit hydraulischen Dämpfungselementen, wie z.
Stoßdämpfersysteme mit elektromechanischen Wandlern bieten gegenüber den Stoßdämpfersystemen mit hydraulischen Dämpfungselementen den Vorteil, dass die mechanische Energie nicht nur in Wärme, sondern auch in elektrische Energie umgewandelt werden kann, die elektrischen Verbrauchern des Fahrzeuges zur Verfügung gestellt werden kann.Shock absorber systems with electromechanical converters offer the advantage over shock absorber systems with hydraulic damping elements that the mechanical energy can be converted not only into heat, but also into electrical energy that can be made available to the electrical consumers of the vehicle.
Problematisch bei einem Stoßdämpfersystem mit elektromechanischem Wandler ist derzeit, dass eine Kraftdichte des elektromechanischen Wandlers deutlich geringer ist als die Kraftdichte bei Verwendung hydraulischer Dämpfungselemente.The problem with a shock absorber system with an electromechanical converter is currently that a force density of the electromechanical converter is significantly lower than the force density when using hydraulic damping elements.
Gemäß dem Stand der Technik wird daher ein Elektromotor verwendet, der über eine hydraulische Pumpe mit Arbeitskammern
Im Folgenden wird ein kombiniertes hydraulisches und elektromechanisches Schwingungsdämpfungssystem
Das Schwingungsdämpfungssystem
Der Differentialzylinder
Die beiden Arbeitskammern
Unter dem Proportionalventil
An einem unteren Ende des Kolbens
Darüber hinaus ist eine Anzahl von ringförmig ausgebildeten Permanentmagneten
Zusammen mit im Differentialzylinder
Bei geöffnetem Proportionalventil
Wie oben beschrieben, ist die Kraftdichte eines elektromagnetischen Wandlers begrenzt, so dass eine Dampfleistung in vergleichsweise vielen Fahrsituationen zu gering sein kann.As described above, the power density of an electromagnetic converter is limited, so that a steam output can be too low in a comparatively large number of driving situations.
Um die hydraulische Dämpfung stufenlos zu erhöhen, wird das Proportionalventil
Mittels des elektromagnetischen Linearantriebes wird Dämpfleistung in elektrische Energie gewandelt und moderate Kräfte können hochdynamisch geregelt und/oder gesteuert werden, während über einen Hydraulikkreislauf bei Bedarf deutlich höhere Dämpfkräfte erzeugt werden können, die den elektromagnetischen Kräften überlagert sind.By means of the electromagnetic linear drive, damping power is converted into electrical energy and moderate forces can be regulated and / or controlled in a highly dynamic manner, while significantly higher damping forces can be generated via a hydraulic circuit, which are superimposed on the electromagnetic forces.
Gemäß dem in
Wie oben beschrieben, ist an dem Kolben
Das Innenrohr
An der Kolbenstange
Im Fuß des Differentialzylinders
Der Hydraulikspeicher
Der Differentialzylinder
Zudem weist der Differentialzylinder
Anstelle eines Stators mit eisen behafteten Zähnen kann auch ein eisenloser Stator eingesetzt werden.Instead of a stator with iron-afflicted teeth, an ironless stator can also be used.
Ein Eisenkern der Statorwicklung
In dem in
Durch diese freien Zwischenräume
Ein eisenbehafteter Stator kann Rastmomente erzeugen, die in Bezug auf eine beschriebene Anwendung unerwünscht sind, da diese unharmonischen Rastmomente die Dämpferkräfte überlagern können. Das Rastmoment kann durch eine geeignete Wahl von Magnetpolen und Statorzähnen, beispielsweise 12 Statorzähne auf 10 Magnetpole, 15 Statorzähne auf 14 Magnetpole oder 18 Statorzähne auf 16 Magnetpole minimiert werden. Zusätzlich können Polschrägungen an den Permanentmagneten
Dabei sind die Statorzähne und Magnetpole im Bereich der ringförmig ausgebildeten Permanentmagnete
Zudem können die Rastmomente durch an einer Außenseite konvex geformte Permanentmagnete
Die Steuereinheit
Wie in
Anhand einer kombinierten Auswertung erfasster Signale der Hallsensoren
Auf der Platine
Zudem kann ein ebenfalls nicht näher dargestellter weiterer Temperatursensor vorgesehen sein, der von Öl umgeben ist, so dass die Steuereinheit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 2021/0101435 A1 [0002]US 2021/0101435 A1 [0002]
- DE 112019000948 T5 [0003]DE 112019000948 T5 [0003]
- EP 1196300 B1 [0005]EP 1196300 B1 [0005]
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- 2021-06-07 DE DE102021002903.8A patent/DE102021002903A1/en active Pending
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