DE10205769A1

DE10205769A1 - Active suspension for motor vehicle, has e.g. pivoting bearing for attaching stator or rotor of linear motor to steering rod or carrier

Info

Publication number: DE10205769A1
Application number: DE2002105769
Authority: DE
Inventors: Hans Kocherscheidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-21

Abstract

A first element (stator 3a or rotor 3b) of an electric linear motor (3) is coupled to the vehicle body (2), and a second element is coupled to the steering rod or carrier guiding the respective vehicle wheel. The free end of the element (stator 3a or rotor 3b) associated with the wheel is attached to the steering rod or carrier (1), without any lateral force, e.g. using pivoting bearing.

Description

Die Erfindung betrifft eine insbesondere aktive Radaufhängung eines Fahrzeugs mit einem zwischen dem Fahrzeug-Aufbau und letztlich einem Rad abgestützten elektrischen Linearmotor, von dem das erste Element (Läufer oder Stator) letztlich am Fahrzeug-Aufbau und das zweite Element (Stator oder Läufer) an einem letztlich das jeweilige Fahrzeug-Rad führenden Lenker oder Träger angelenkt ist, und geht aus von der EP 0 363 158 B1. The invention relates to a particularly active suspension of a Vehicle with one between the vehicle body and ultimately one Wheel-based electric linear motor, of which the first element (Rotor or stator) ultimately on the vehicle body and the second element (Stator or rotor) on the respective vehicle wheel leading handlebar or carrier is articulated, and proceeds from the EP 0 363 158 B1.

Eine sog. aktive Fahrzeug-Radaufhängung bietet eine Vielzahl von Freiheiten hinsichtlich der Auslegung und Regelung eines Fahrzeug-Fahrwerks in seiner Gesamtheit. Dies ist in der o. g. Schrift teilweise ausführlich beschrieben. Hierzu wird in dieser Schrift u. a. ein elektrischer Linearmotor vorgeschlagen, bestehend aus einem Stator und einem gegenüber diesem längs verschiebbaren, kolbenartig ausgebildeten Läufer, wobei der Stator fest mit dem Fahrzeug-Aufbau verbunden ist, während das freie Ende des Läufers an einem letztlich das jeweilige Fahrzeug-Rad führenden Lenker oder Träger angelenkt ist. Dabei wird als Stator dasjenige Bauteil des Linearmotors bezeichnet, welches mit den elektrischen Wicklungen zu Erzeugung eines Magnetfeldes versehen ist, während der Läufer aus magnetischen Material besteht und gegenüber dem Stator bewegt werden kann. So-called active vehicle wheel suspension offers a variety of Freedoms with regard to the design and control of a vehicle chassis in its entirety. This is in the above. Script partially detailed described. For this purpose u. a. an electric linear motor proposed, consisting of a stator and a longitudinally opposite displaceable, piston-like rotor, the stator with connected to the vehicle body while the free end of the runner on a handlebar or carrier ultimately leading the respective vehicle wheel is articulated. The component of the linear motor is used as the stator referred to, which with the electrical windings to produce a Magnetic field is provided, while the rotor made of magnetic material exists and can be moved relative to the stator.

In der Praxis werden jedoch noch keine Fahrzeuge mit einer derartigen aktiven Radaufhängung angeboten. Eine Ursache hierfür mag in der relativ starken Beanspruchung von Radaufhängungsbauteilen und der demgegenüber relativ empfindlichen Struktur eines Linearmotors liegen. In practice, however, no vehicles with such a active suspension. One reason for this may be the relative heavy use of suspension components and the on the other hand, there are relatively sensitive structures of a linear motor.

Hiemit soll nun aufgezeigt werden, wie ein elektrischer Linearmotor günstig in einer Fahrzeug-Radaufhängung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 verbaut werden kann, ohne diesen Linearmotor dabei unsachgemäß zu belasten (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung). The purpose of this is to show how an electric linear motor is cheap in a vehicle wheel suspension according to the preamble of claim 1 can be installed without improperly using this linear motor burden (= object of the present invention).

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des dem Rad zugeordneten Elements des Linearmotors (Stator oder Läufer) im wesentlichen querkraftfrei am besagten Lenker oder Träger befestigt ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. The solution to this problem is characterized in that the free end of the linear motor element (stator or rotor) assigned to the wheel is attached to said handlebar or carrier essentially without lateral force. Advantageous training and further education are included in the subclaims.

Elektrische Linearmotoren sind zur Aufnahme bzw. Übertragung von Kräften in Richtung ihrer Längsachse, längs derer der Läufer des Linearmotors gegenüber dem Linearmotor-Stator verschoben wird, sehr gut geeignet, andererseits jedoch empfindlich gegenüber eingeleiteten Querkräften, also Kräften, deren Wirkrichtung (zumindest teilweise) quer zur Linearmotor- Längsachse verläuft. Erfindungsgemäß wird nun in dem am meisten kritischen Bereich sichergestellt, dass die Einleitung von Querkräften in den Linearmotor so gering wie möglich gehalten wird. Dies kann durch eine im wesentlichen querkraftfreie Lagerung des dem Rad zugewandten freien Ende des Linearmotors erreicht werden, wobei bevorzugt zur Verbindung des Linearmotors mit dem letztlich das Rad führenden Lenker oder Träger ein Radial-Gelenk-Lager vorgesehen sein kann. Bei derartigen Radial- Gelenk-Lagern handelt es sich um gängige Bauelemente, von denen bspw. eines in der DE 40 38 185 A1 gezeigt ist. Electric linear motors are used to absorb or transmit forces in the direction of its longitudinal axis, along which the rotor of the linear motor compared to the linear motor stator, very suitable, on the other hand, however, sensitive to transverse forces, ie Forces whose direction of action (at least partially) transversely to the linear motor Longitudinal axis runs. According to the invention is now the most critical area ensures that the introduction of shear forces into the Linear motor is kept as low as possible. This can be done by an im essential lateral force-free storage of the free wheel facing End of the linear motor can be reached, preferably for connection of the linear motor with the handlebar or carrier ultimately leading the wheel a radial spherical plain bearing can be provided. With such radial Spherical bearings are common components, of which, for example. one is shown in DE 40 38 185 A1.

Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Magnetspulen zur Erzeugung eines Magnetfelds im am Fahrzeug- Aufbau befestigten Stator des Linearmotors vorgesehen sind, während der Läufer des Linearmotors als Permanentmagnet ausgeführt ist und das freie Ende des Läufers am letztlich das Rad führenden Lenker oder Träger im wesentlichen querkraftfrei angelenkt wird. Damit kann der relativ robust ausführbare Stator im wesentlichen fest mit dem Fzg.-Aufbau verbunden sein, so bspw. über ein im wesentlichen übliches Stützlager, wie es auch für Federbeine verwendet wird, während der empfindlichere Läufer durch das genannte Radial-Gelenk-Lager oder dgl. vor zu hohen ungünstigen Belastungen geschützt wird. Vorteilhafterweise muss dabei nur das im wesentlichen fest mit dem Aufbau verbundene Element des Linearmotors von extern mit elektrischer Energie versorgt werden. In the sense of an advantageous development of the invention, it is proposed that that the magnetic coils for generating a magnetic field in the vehicle Attached stator of the linear motor are provided during the construction Runner of the linear motor is designed as a permanent magnet and the free one End of the runner on the handlebar or carrier ultimately leading the wheel is articulated essentially free of lateral force. It can be relatively robust executable stator essentially firmly connected to the vehicle body be, for example. About an essentially usual support bearing, as it is for Shocks are used while the more sensitive runner runs through the called radial spherical plain bearings or the like. Before too high unfavorable Loads is protected. Advantageously, only that in the Element of the linear motor which is firmly connected to the structure from the outside be supplied with electrical energy.

Als zusätzliche Verstärkungsmaßnahme, insbesondere um die Belastung des Läufers noch weiter zu verringern, kann der - wie üblich koaxial innerhalb des Stators angeordnete - Läufer mit einem Stützrohr versehen werden, das koaxial außerhalb des Stators und sich dabei an dessen Außenwand abstützend verläuft. Hierdurch wird der Läufer quasi zweifach durch den Stator geführt, nämlich zum einen - wie üblich - innerhalb des Stators und zum anderen auf bzw. entlang der Stator-Außenwand, wobei selbstverständlich die Formgebung der Stator-Aussenwand geeignet zylindrisch gewählt ist, um ein (bevorzugt kreiszylindrisches) Stützrohr, das fest mit dem Läufer, d. h. mit dessen stets aus dem Stator herausragenden Abschnitt verbunden ist, auf dieser Außenwand längsverschieblich führen zu können. As an additional reinforcement measure, especially around the load to reduce the rotor even further - as usual, coaxial Arranged within the stator - provide the rotor with a support tube become, the coaxial outside of the stator and thereby at the Supporting outer wall. As a result, the runner becomes almost double passed through the stator, namely - as usual - within the Stator and the other on or along the stator outer wall, wherein of course, the shape of the stator outer wall is suitable is chosen cylindrical to a (preferably circular cylindrical) support tube, the firmly with the runner, d. H. with its always protruding from the stator Section is connected to move longitudinally on this outer wall can.

Als weitere Maßnahme zur Verringerung der Belastung des Linearmotors kann dieser geeignet gekühlt, insbesondere flüssigkeitsgekühlt werden. Hierdurch kann die bei der Energie-Umwandlung im Linearmotor freigesetzte Wärme gezielt abgeführt werden. Dies kann insbesondere auch dann erforderlich sein, wenn der Linearmotor die Funktion eines in üblichen Radaufhängungen stets vorhandenen Dämpfers übernimmt. Dabei empfiehlt es sich, insbesondere dasjenige Element des Linearmotors durch Zufuhr und Abfuhr von Kühlflüssigkeit zu kühlen, das praktisch fest mit dem Fahrzeug- Aufbau verbunden ist. As a further measure to reduce the load on the linear motor this can be suitably cooled, in particular liquid-cooled. As a result, the energy released in the linear motor can be converted Heat can be dissipated in a targeted manner. This can also be the case in particular be required if the linear motor has the function of a conventional one Suspension always available damper takes over. Recommends it, in particular that element of the linear motor by supply and Coolant drainage to cool, which is practically fixed to the vehicle Construction is connected.

In der beigefügten Figur ist vereinfacht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Im wesentlichen ist nur ein zwischen einem Rad- Träger 1 und dem Fahrzeug-Aufbau 2 abgestützter Linearmotor 3 mit den zugehörigen Anlenkelementen teilweise im Schnitt dargestellt. A preferred exemplary embodiment of the invention is shown in simplified form in the accompanying figure. Essentially, only a linear motor 3, supported between a wheel carrier 1 and the vehicle body 2 , with the associated articulation elements is partially shown in section.

Mit der Bezugsziffer 3a ist der Stator des Linearmotors 3 und mit der Bezugsziffer 3b dessen Läufer bezeichnet. Letzterer ist gegenüber dem Stator 3a längs der Längsachse 4 des Linearmotors verschiebbbar geführt. Wie bereits erwähnt ist das obere Ende des Stators 3a letztlich am Fzg.- Aufbau befestigt, und zwar hier über ein am Gehäuse des Stators 3a vorgesehenes Gewinde, mit dem er in einem im wesentlichen üblichen Stützlager 5 verschraubt ist. Mit seinem (freien) unteren Ende ist der Läufer 3b des Linearmotors 3 mit dem nur teilweise dargestellten Rad-Träger 1 verbunden, der seinerseits ein nicht dargestelltes Rad des Fahrzeugs führt. The reference number 3 a denotes the stator of the linear motor 3 and the reference number 3 b denotes the rotor. The latter is slidably guided along the longitudinal axis 4 of the linear motor relative to the stator 3 a. As already mentioned, the upper end of the stator 3 a is ultimately fastened to the vehicle structure, specifically here via a thread provided on the housing of the stator 3 a, with which it is screwed into an essentially conventional support bearing 5 . With its (free) lower end, the rotor 3 b of the linear motor 3 is connected to the wheel carrier 1 , which is only partially shown and which in turn guides a wheel of the vehicle, not shown.

Die Verbindung zwischen dem unteren bzw. freien Ende des Läufers 3b und dem Rad-Träger 1 erfolgt über ein im wesentlichen querkraftfreies Radial- Gelenk-Lager 7, wie weiter oben ausführlich erläutert wurde. Als zusätzliche Verstärkungsmaßnahme, insbesondere um die mechanische Belastung des Läufers 3b noch weiter zu verringern, ist am Läufer 3b ein Stützrohr 6 befestigt, das koaxial außerhalb des Stators 3a und sich dabei an dessen Außenwand abstützend verläuft. The connection between the lower or free end of the rotor 3 b and the wheel carrier 1 takes place via an essentially lateral force-free radial joint bearing 7 , as was explained in detail above. As an additional reinforcement measure, in particular to further reduce the mechanical load on the rotor 3 b, a support tube 6 is fastened to the rotor 3 b, which extends coaxially outside the stator 3 a and is supported on the outer wall thereof.

Nicht figürlich dargestellt sind die weiter oben beschriebenen Maßnahmen zur Kühlung des Stators 3a, in dem ebenfalls nicht dargestellte Elektromagnet-Spulen vorgesehen sind, unter deren Kräftewirkung der Läufer 3b gegenüer dem Läufer 3a verschoben werden kann, aber es kann ohnehin eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Insbesondere kann der Linearmotor als aktives Stellglied in einer Fahrzeug-Radaufhängung wirken, er kann aber auch lediglich als Dämpfer fungieren, wenn die elektrischen Wicklungen kurzgeschlossen werden und die aus einer Relativbewegung resultierende Gegen-EMK (elektromotorische Kraft) als Dämpferkraft wirkt. The measures described above for cooling the stator 3 a, in which electromagnet coils, also not shown, are provided, are not shown in the figures, under the force of which the rotor 3 b can be displaced relative to the rotor 3 a, but there can be a multitude of them anyway Details, particularly of a constructive nature, may be designed to deviate from the exemplary embodiment shown, without departing from the content of the claims. In particular, the linear motor can act as an active actuator in a vehicle wheel suspension, but it can also only act as a damper if the electrical windings are short-circuited and the back emf (electromotive force) resulting from a relative movement acts as a damper force.

Claims

1. Wheel suspension, in particular active wheel suspension, of a vehicle with an electric linear motor ( 3 ) supported between the vehicle body ( 2 ) and ultimately a wheel, of which the first element (rotor 3 b or stator 3 a) ultimately on the vehicle body ( 2 ) and the second element (stator 3 a or rotor 3 b) is articulated to a handlebar or carrier ( 1 ) ultimately leading the respective vehicle wheel, characterized in that the free end of the element of the linear motor (stator 3 a or runner 3 b) is attached essentially free of lateral force on said handlebar or support ( 1 ).

2. Wheel suspension according to claim 1, characterized in that a radial spherical plain bearing ( 7 ) is provided for connection to the handlebar or support ( 1 ).

3. Wheel suspension according to claim 1 or 2, characterized in that magnetic coils for generating a magnetic field in the stator ( 3 a) of the linear motor ( 3 ) attached to the vehicle body ( 2 ) are provided, while the rotor ( 3 b) of the linear motor ( 3 ) is designed as a permanent magnet.

4. Wheel suspension according to one of the preceding claims, characterized in that the coaxially arranged inside the stator ( 3 a) rotor ( 3 b) is provided with a support tube ( 6 ) which coaxially outside the stator ( 3 a) and thereby whose outer wall is supportive.

5. Wheel suspension according to one of the preceding claims, characterized in that the linear motor ( 3 ) takes over the function of a damper and / or an active actuator and is cooled by special measures, in particular liquid-cooled.