DE10233390A1

DE10233390A1 - Regenerativer Stoßdämpfer

Info

Publication number: DE10233390A1
Application number: DE10233390A
Authority: DE
Inventors: Dale K Bell; Dennis A Kramer
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Technology LLC
Current assignee: ArvinMeritor Technology LLC
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2003-04-24
Also published as: JP2003156099A; US20030030523A1

Abstract

Ein Stoßdämpfer weist einen magnetisierten Tauchkern auf und eine leitfähige Spule, die um den magnetisierten Tauchkern angeordnet ist. Die Spule bildet einen Stromkreis, der eine elektromagnetische Kraft erzeugt, um eine Bewegung des magnetisierten Tauchkerns sowie eines mit dem magnetisierten Tauchkern gekoppelten Rades zu dämpfen. Die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns innerhalb der leitfähigen Spule kann selbst einen Strom erzeugen, der für späteren Verbrauch in einer Batterie gespeichert werden kann.

Description

Diese Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, der eine gesteuerte elektromagnetische Kraft verwendet, um der Bewegung eines magnetisierten, dem Rad zugeordneten Tauchkerns einen veränderbaren Widerstand entgegenzusetzen. Darüber hinaus ist das System dazu in der Lage, Leistung während Zeitspannen zu erzeugen, in denen keine Dämpfung erforderlich ist.

Stoßdämpfersysteme werden gegenwärtig eingesetzt, um von Straßenbedingungen stammende Vibrationen und Erschütterungen zu dämpfen, die ein Fahrzeug erfährt. Typischerweise verwenden solche Dämpfer eine mechanische Feder, einen Hydraulikkolben oder Luftkolben, um die Straßenbedingungen abzumildern. Derartige Systeme bieten jedoch eine begrenzte Möglichkeit, den Dämpfungsgrad während der Herstellung des Fahrzeugs oder schließlich während dessen Betrieb einzustellen. Somit muß ein Hersteller eine große Vielfalt an Stoßdämpfern auf Lager halten, um den bestimmten Anforderungen eines Fahrzeugs und dessen Bediener zu begegnen. Auch hat ein Fahrer keine Möglichkeit, den Dämpfungsgrad der Stoßdämpfer im Hinblick auf wechselnde Straßenbedingungen einzustellen.

Hinzu kommt, daß, während solche Aufhängungssysteme von der Straße aufgenommene Energie in Wärme umwandeln, sie diese Energie nicht nutzbar machen. Über den Verlauf einer bestimmten Fahrt kann tatsächlich ein beträchtlicher Betrag an Energie vom Aufhängungssystem des Fahrzeugs aufgenommen werden. Diese Energie könnte nutzbar gemacht werden, um die elektrischen Systeme des Fahrzeugs mit Strom zu versorgen.

Es besteht ein Bedarf an einem Aufhängungssystem, das eine größere Flexibilität beim Einstellen der Fahrzeugdämpfung bietet, sowie die vom System aufgenommene Energie nutzbar macht und nicht nur in Wärme umwandelt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In der vorliegenden Erfindung wird ein elektromagnetisch magnetisierter Tauchkern als Stoßdämpfer eingesetzt. Diese Vorrichtung erlaubt eine Einstellung der Dämpfungskraft des Stoßdämpfers, indem die vom magnetisierten Tauchkern erfahrene elektromagnetische Kraft eingestellt wird. Es besteht kein Bedarf, die physikalischen Eigenschaften der Feder oder des Kolbens zu ändern. Außerdem kann ein derartiger Stoßdämpfer Teil eines größeren Stromkreises sein, der es dem Fahrzeug ermöglicht, vom Stoßdämpfer aufgenommene Energie zurückzugewinnen.

Die Erfindung umfaßt einen Stoßdämpfer mit einem elektromagnetisch magnetisierten Tauchkern und einem Fahrzeugtragelement wie z. B. ein Rad, das mechanisch mit dem magnetisierten Tauchkern verbunden ist. Eine leitfähige Spule erzeugt ein elektromagnetisches Feld in einer veränderlichen Richtung, entweder entlang der Richtung des magnetischen Feldes oder gegen dieses, wodurch die vom magnetisierten Tauchkern erfahrene magnetische Kraft gesteuert wird. Die Stärke des elektromagnetischen Feldes kann durch Einstellen des Strombetrags durch die Spule oder durch Einstellen der Anzahl an Spulenwicklungen zm Stromkreis eingestellt werden.

Ein Schaltkreis erzeugt das elektromagnetische Feld, indem der Strom "ein-" und "aus-"geschaltet wird. Die Schaltfrequenz ist vorzugsweise höher als die Frequenz der Bewegung des magnetisierten Tauchkerns, um dessen Bewegung sanft zu dämpfen. Als Schalter kann ein Feldeffekttransistor eingesetzt werden.

Zusätzlich zur Stoßdämpfung kann der elektromagnetisch magnetisierte Tauchkern durch seine Bewegung Strom erzeugen. Wenn sich das Rad nach "oben" und "unten" bewegt, tut es der magnetische, magnetisierte Tauchkern ihm gleich. Der sich bewegende magnetisierte Tauchkern erzeugt Strom, der durch die Spule fließt. Diese elektrische Energie kann für einen späteren Verbrauch in einer Batterie gespeichert werden. Alternativ dazu kann diese elektrische Energie rückgeführt werden, um die Dämpfungskraft bereitzustellen, wodurch sich der Betrag an elektrischer Energie vermindert, der zum Betreiben des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers erforderlich ist.

Insgesamt ist ein elektromagnetisch magnetisierter Tauchkern mit einem Rad gekoppelt. Der elektromagnetisch magnetisiere Tauchkern bewegt sich in derselben Richtung wie das Rad. Durch Spulen um den magnetisierten Tauchkern wird eine elektromagnetische Kraft in einer Richtung erzeugt, die der Bewegung des magnetisierten Tauchkerns entgegengesetzt ist, wodurch die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns und des Rades gedämpft wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich dem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform. Die die ausführliche Beschreibung begleitenden Zeichnungen können kurz wie folgt beschrieben werden:
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem magnetisierten Tauchkern, einer um den magnetisierten Tauchkern angeordneten leitfähigen Spule und einem Fahrzeugtragelement.
Fig. 2 zeigt einen Schaltplan der Ausführungsform von Fig. 1.
Fig. 3 stellt ein Spannungsdiagramm des Stroms durch die Spule von Fig. 1 dar.
Fig. 4 stellt eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem magnetisierten Tauchkern, einer leitfähigen Spule, einem Fahrzeugtragelement und einer Batterie dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Erfindung umfaßt einen magnetisierten Tauchkern 10 wie z. B. einen ferromagnetischen magnetisierten Tauchkern, eine leitfähige Spule 14, einen Stromkreis 18, eine Stromquelle 22 und ein Fahrzeugtragelement 26 wie z. B. ein Rad. Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt ist, ist der magnetisierte Tauchkern 10 dem Rad 26 zugeordnet. Die Spule 14 ist an einem schematisch gezeigten Rahmenelement 50 befestigt. Alternativ dazu kann ein Durchschnittsfachmann die Spule 14 so anordnen, daß sie wirkungsmäßig mit dem Rad 26 verbunden ist, und den magnetisierten Tauchkern 10 so anordnen, daß er wirkungsmäßig mit dem Rahmenelement 50 verbunden ist. In jedem Fall bewegt sich das Rad 26 während des Betriebs eines dem Rad 26 zugeordneten Fahrzeugs, wobei sich der magnetisierte Tauchkern 10 relativ zur Spule 14 bewegt.
Der magnetisierte Tauchkern 10 erzeugt naturgemäß ein magnetisches Feld entlang einer vorbestimmten Richtung, wie z. B. in Richtung von Pfeil B. Diese Richtung kann alternativ auch entlang Pfeil A verlaufen. Im Betrieb des Fahrzeugs bewegt sich das Rad 26 in eine Richtung entlang Pfeil A oder Pfeil B. In der vorliegenden Erfindung wird eine leitfähige Spule 14 eingesetzt, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen und daraus folgend Kraft auf den magnetisierten Tauchkern 10, um die Bewegung des Rades 26 zu verlangsamen. Durch Steuern der Bewegung des magnetisierten Tauchkerns 10 kann die Bewegung des Rades 26 gedämpft werden. Wenn sich also das Rad 26 in Richtung von Pfeil A bewegt, dann erzeugt die leitfähige Spule 14 ein elektromagnetisches Feld in derselben Richtung wie das magnetische Feld des magnetisierten Tauchkerns, entlang Pfeil B, wodurch eine elektromagnetische Kraft in Richtung von Pfeil B erzeugt wird.
Andererseits erzeugt dann, wenn sich das Rad 26 in Richtung von Pfeil 13 bewegt, die leitfähige Spule 14 ein elektromagnetisches Feld in Richtung von Pfeil A entgegen des magnetischen Feldes des magnetisierten Tauchkerns 10. Das sich ergebende magnetische Feld führt zu einer elektromagnetischen Kraft in Richtung von Pfeil A, der Bewegung des Rades 26 entgegengesetzt. Die Höhe dieser Kraft kann durch die Anzahl an Wicklungen der Spule 14 oder durch Einstellen der Höhe des Stroms durch den Schaltkreis 18 eingestellt werden. Zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes ist die Stromquelle 22 vorzugsweise ein Schaltkreis. Die Stromquelle 22 kann die Richtung des Stroms auch ändern, um die Richtung des elektromagnetischen Feldes zu ändern. Die Stromquelle 22 kann durch eine Steuereinheit 84 gesteuert werden, die Daten über die Richtung und den Grad der Bewegung des Rades 26 und des magnetisierten Tauchkerns 10 erhalten kann, um den Betrag und die Richtung des von der Spule 14 erzeugten elektromagnetischen Feldes zu steuern. Ein Sensor 80 kann derartige Daten über bekannte Bauelemente erfassen und liefern.
In Fig. 2 ist ein Schaltplan der Ausführungsform von Fig. 1 dargestellt. Es sind der magnetisierte Tauchkern 10 gezeigt, die um den magnetisierten Tauchkern 10 angeordnete leitfähige Spule 14, der Stromkreis 18 sowie die Stromquelle 22, hier ein Stromkreis mit einem Feldeffekttransistor. Bekanntlich erzeugt das "Ein-" und "Aus-"Schalten der Stromquelle 22 ein elektromagnetisches Feld 30. Zur Änderung der Richtung des elektromagnetischen Feldes 30 kann die Richtung des Stroms I geändert werden, um je nach der Fließrichtung des Stroms I eine elektromagnetische Kraft entweder entlang Pfeil A oder B zu erzeugen. Wie oben erwähnt, ist diese elektromagnetische Kraft der Bewegungsrichtung des magnetisierten Tauchkerns 10 entgegengesetzt.
Wie oben erwähnt, ist die Stärke der elektromagnetischen Kraft direkt proportional zur Stromstärke. In Fig. 3 ist ein Spannungsdiagramm des Stroms von Fig. 2 dargestellt. Der Strom I ist direkt proportional zu der Zeitdauer (T_on), in der der Strom "ein"-geschaltet ist und zu der Gesamtdauer (T_T) der Rechteckwelle. Während Einweg-Schaltkreise gezeigt sind, sind gleichgerichtete Doppelweg-Schaltkreise auch möglich, um mit der vollen Phase der Stromerzeugung in der Spule zu arbeiten. Außerdem ist bevorzugt, daß die Frequenz des Stroms I höher liegt als die Frequenz der Schwingung des magnetisierten Tauchkerns 10. Auf diese Weise kann die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns 10 sanft gedämpft werden.
Zusätzlich zur Einstellung der Stärke des elektromagnetischen Feldes durch die Stromstärke kann die Kraft durch Änderung der Spulenanzahl verändert werden. Ein Durchschnittsfachmann könnte die Anzahl an Spulen verändern, indem er mit zusätzlichen Schaltkreisen die Anzahl an Wicklungen auf der Spule zu- oder wegschaltet. Somit kann die Stärke der Kraft eingestellt werden, indem die Anzahl an Wicklungen der Spule erhöht oder erniedrigt wird.
Im Betrieb des Fahrzeugs werden Situationen auftreten, in denen der Betrag an elektrischer Energie, der zum Abfedern der Fahrzeugbewegung erforderlich ist, nominal oder minimal ist. In solchen Fällen können die anderen Aufhängungselemente des Fahrzeugs die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns 10 adäquat dämpfen. Nichtsdestoweniger erzeugt jedoch die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns 10 durch die leitfähige Spule 14 Elektrizität in Form eines Stroms. Dieser Strom kann für späteren Verbrauch in einer Batterie gespeichert werden. Vorzugsweise kann die gespeicherte Energie dann dazu genutzt werden, beim nächsten Dämpfungsbedarf die Spule 14 mit Strom zu versorgen.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der dieses bestimmte Merkmal enthalten ist. Wie oben dargestellt, ist die leitfähige Spule 14 um den magnetisierten Tauchkern 10 angeordnet. Die Stromquelle 22 erzeugt normalerweise Strom, um ein elektromagnetisches Feld 30 entweder in Richtung von Pfeil A oder Pfeil B zu erzeugen. Zusätzlich zu diesen Elementen wird durch einen Schalter 34 gesteuert, ob vom Stromkreis 42 Strom zur Batterie 38 fließt oder von ihr weg. Wenn eine maximale Dämpfung erforderlich ist, ist die Stromquelle 22 "ein"-geschaltet, während der Schalter 34 "aus"-geschaltet ist. Andererseits ist, wenn eine geringere Dämpfung erforderlich ist, die Stromquelle 22 "aus"-geschaltet und der Schalter 34 "ein"-geschaltet, wodurch ein bestimmter Strom zur Batterie 38 fließen kann, aber eine Dämpfung noch erfolgt. In dem Maße, wie die Geschwindigkeit des magnetisierten Tauchkerns 10 zunimmt, nimmt auch die verfügbare elektrische Energie zu, da die Abgabeleistung proportional zur Geschwindigkeit ist. Demgemäß kann die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns L0 verlangsamt werden, wenn die Lasteingänge erheblich sind. Wenn keine erhebliche Dämpfung erforderlich ist, gestattet diese Ausführungsform jedoch auch, daß mit diesen Energieeinträgen von der Fahrbahn die Batterie 38 aufgeladen wird. Für kleine Verschiebungen des magnetisierten Tauchkerns 10 bei niedriger Frequenz, wie z. B. niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten auf ebener Straße, kann es sein, daß der Schaltkreis der Spule Strom von der Batterie zuführen muß, um die erforderliche magnetische Dämpfungskraft zu beeinflussen. Während die Batterie 38 in den Stromkreis einen kleinen Betrag an Widerstand einbringt, was den Strom in der Spule 14 ändert, kann der Widerstand durch Änderungen im Arbeitszyklus des Schalters 34 kompensiert werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann die Steuereinheit 84 in Verbindung mit dem Sensor 80 dazu verwendet werden, die Richtung und den Grad der Bewegung des Rades 26 zu bestimmen. Die Steuereinheit 84 kann somit die Schalter 22 und 34 und den Dämpfungsgrad sowie das Aufladen der Batterie 38 steuern.
Die oben erwähnte Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend. Viele Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung sind hinsichtlich der obigen Lehren möglich. Es sind die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung offenbart worden. Jedoch würde ein Durchschnittsfachmann erkennen, daß bestimmte Modifikationen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegen. Die Erfindung kann also innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche anders als im Einzelnen angegeben realisiert werden. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche werden, um den wahren Umfang und Gehalt dieser Erfindung zu bestimmen.

Claims

1. Stoßdämpfer, mit
einem magnetisierten Tauchkern;
einer leitfähigen Spule, die unter Ausbildung eines Stromkreises um den magnetisierten Tauchkern angeordnet ist; und
einem Fahrzeugtragelement, wobei der magnetisierte Tauchkern oder die Spule so befestigt ist, daß er/sie sich mit dem Fahrzeugtragelement bewegt, und die Spule selektiv betätigt wird, um eine Magnetkraft bereitzustellen, die einer Bewegung des Fahrzeugtragelements entgegenarbeitet.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem das Fahrzeugtragelement am magnetisierten Tauchkern angebracht ist.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem die leitfähige Spule das elektromagnetische Feld um den magnetisierten Tauchkern erzeugt, um seine Bewegung zu verlangsamen.

4. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem der magnetisierte Tauchkern durch die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns einen Strom in der Spule erzeugt.

5. Stoßdämpfer nach Anspruch 4, mit einer Batterie, die in Verbindung mit dem Stromkreis steht.

6. Stoßdämpfer nach Anspruch 5, bei dem die Batterie elektrische Energie speichert, die durch die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns relativ zur Spule erzeugt wurde.

7. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem der Stromkreis einen Schaltkreis aufweist.

8. Stoßdämpfer nach Anspruch 7, bei dem der Schaltkreis einen Feldeffekttransistor aufweist.

9. Stoßdämpfer nach Anspruch 8, bei dem der Schaltkreis bei einer Frequenz schaltet, die höher liegt als die Frequenz der Bewegung des magnetisierten Tauchkerns.

10. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem eine Steuerung die Bewegung des Fahrzeugtragelements erfaßt und die Spule selektiv betätigt, wenn es erwünscht ist, der Bewegung des Fahrzeugtragelements entgegenzuarbeiten.

11. Stoßdämpfer, mit
einem magnetisierten Tauchkern;
einer leitfähigen Spule, die unter Ausbildung eines Stromkreises um den magnetisierten Tauchkern angeordnet ist; und
einem Rad, das so verbunden ist, daß es sich mit dem magnetisierten Tauchkern bewegt, und die Spule selektiv betätigt wird, um einer Bewegung des magnetisierten Tauchkerns und somit des Rades entgegenzuarbeiten; und
einer Steuerung, die die Bewegung des Rades erfaßt und die Spule betätigt, wenn ein Widerstand erwünscht ist.

12. Stoßdämpfer nach Anspruch 11, bei dem der magnetisierte Tauchkern durch die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns einen Strom in der Spule erzeugt.

13. Stoßdämpfer nach Anspruch 12, mit einer Batterie, die in Verbindung mit dem Stromkreis steht.

14. Stoßdämpfer nach Anspruch 13, bei dem die Batterie elektrische Energie speichert, die durch die Bewegung des magnetisierten Tauchkerns um die Spule erzeugt wurde.

15. Stoßdämpfer nach Anspruch 11, bei dem der Stromkreis einen Schaltkreis aufweist.

16. Stoßdämpfer nach Anspruch 15, bei dem der Schaltkreis einen Feldeffekttransistor aufweist.

17. Stoßdämpfer nach Anspruch 16, bei dem der Schaltkreis bei einer Frequenz schaltet, die höher liegt als die Frequenz der Bewegung des magnetisierten Tauchkerns.

18. Verfahren zur Stoßdämpfung, mit den Schritten:
Bewegen eines Rades in einer ersten Richtung; Erzeugen einer elektromagnetischen Kraft in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist; und
Steuern der Bewegung des Rades durch die elektromagnetische Kraft.

19. Verfahren nach Anspruch 18 mit dem Schritt, elektromagnetische Energie aus der Bewegung des magnetisierten Tauchkerns zu erzeugen.

20. Verfahren nach Anspruch 19 mit dem Schritt, die elektromagnetische Energie zu speichern.