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Bereich
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Die vorliegende Offenbarung betrifft passive, semiaktive und aktive Aufhängungssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung passive, semiaktive, und aktive Aufhängungssysteme, welche die während der Dämpfung des Aufhängungssystems erzeugte Energie zurückgewinnen.
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Hintergrund
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Dieser Abschnitt bietet Hintergrundinformationen bzgl. der vorliegenden Offenbarung und ist nicht notwendigerweise Stand der Technik.
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Aufhängungssysteme werden eingesetzt, um den Fahrzeugkörper (gefederten Abschnitt) von den Fahrzeugrädern und den Achsen (ungefederter Abschnitt) zu filtern bzw. zu isolieren, wenn das Fahrzeug über vertikale Fahrzeugoberflächenunebenheiten fährt und, um die Bewegung des Fahrzeugkörpers und der Räder zu steuern. Zusätzlich werden Aufhängungssysteme auch verwendet, um eine durchschnittliche Fahrzeughöhe aufrecht zu erhalten, und um eine erhöhte Fahrzeugstabilität während des Fahrens bereit zu stellen. Das übliche passive Aufhängungssystem umfasst eine Feder und eine Dämpfungsvorrichtung parallel zur Feder, die zwischen dem gefederten Abschnitt und dem ungefederten Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Hydraulische Aktuatoren, wie Stoßdämpfer und/oder Federbeine, werden in Verbindung mit herkömmlichen passiven Aufhängungssystemen eingesetzt, um die unerwünschten Vibrationen, die während des Fahrens auftreten, zu absorbieren. Zur Absorption dieser unerwünschten Vibrationen umfassen die hydraulischen Aktuatoren einen Kolben, der innerhalb eines Druckzylinders des hydraulischen Aktuators angeordnet ist. Der Kolben ist über eine Kolbenstange mit dem ungefederten Abschnitt oder der Aufhängung und dem gefederten Abschnitt oder dem Fahrzeugkörper verbunden. Das Druckrohr ist mit dem jeweils anderen ungefederten Abschnitt und gefederten Abschnitt des Fahrzeugs verbunden. Da der Kolben den Fluss an Dämpfungsfluid in der Arbeitskammer des hydraulischen Aktuators beschränken kann, wenn der Kolben innerhalb des Druckzylinders versetzt wird, kann der hydraulische Aktuator eine Dämpfungskraft erzeugen, die den Vibrationen der Aufhängung entgegen wirkt. Je stärker das Dämpfungsfluid innerhalb der Arbeitskammer durch den Kolben beschränkt wird, desto größer sind die durch den hydraulischen Aktuator erzeugten Dämpfungskräfte.
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In den letzten Jahren stieg das Interesse an automobilen Aufhängungssystemen, die einen verbesserten Komfort und ein verbessertes Straßen-Handlung gegenüber den herkömmlichen passiven Aufhängungssystemen bieten. Diese Verbesserungen werden im Allgemeinen durch die Verwendung eines „intelligenten” Aufhängungssystem erreicht, das in der Lage ist, die durch die hydraulischen Aktuatoren erzeugten Dämpfungskräfte elektronisch zu steuern.
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Es gibt unterschiedliche Abstufungen zur Erreichung des „intelligenten” Aufhängungssystems, die semiaktive oder vollständig aktive Aufhängungssysteme genannt werden. Einige Systeme steuern und erzeugen die Dämpfungskräfte auf Basis der gegen die Bewegung des Kolbens wirkenden dynamischen Kräfte.
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Andere Systeme steuern und erzeugen die Dämpfungskräfte auf Basis der statischen oder langsam veränderlichen dynamischen Kräfte, die auf den Kolben unabhängig von der Geschwindigkeit des Kolbens in dem Druckrohr wirken. Andere, aufwändigere Systeme können variable Dämpfungskräfte während der Ausfederung und der Einfederung der hydraulischen Aktuatoren unabhängig von der Position und Bewegung des Kolbens in dem Druckrohr erzeugen.
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Sowohl bei passiven, semiaktiven und aktiven Aufhängungssystemen erzeugt die Bewegung in den hydraulischen Aktuatoren Energie, die in Wärme des Fluids des hydraulischen Aktuators und den Bauteilen des Aktuators umgewandelt wird.
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Zusammenfassung
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Der Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine vollständige Offenbarung des gesamten Bereichs oder all ihrer Merkmale.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft die Technik mit einem System, das die in passiven, semiaktiven oder aktiven Aufhängungssystemen erzeugte Energie erfasst, so dass sie später wieder genutzt werden kann. Die erfasste Energie wird in einem oder mehreren Akkumulatoren in Form von unter Druck stehendem Fluid gespeichert.
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Weitere Anwendungsgebiete werden durch die hier bereitgestellte Beschreibung klar. Die Beschreibung und speziellen Ausführungsbeispiele in der Zusammenfassung dienen lediglich dem Zwecke der Illustration und sind nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
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Zeichnungen
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich dem Zwecke der Darstellung ausgewählter Ausführungsbeispiele und nicht aller möglichen Implementierungen, sie sollen ferner den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem energieauffangenden Aufhängungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische Ansicht des in 1 gezeigten hydraulischen Aktuators, in der die Bauteile des hydraulischen Aktuators gezeigt sind;
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3 ist eine schematische Ansicht eines Flussteiler-Subsystems, in dem die gesteuerten Drosseln gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Offenbarung parallel sind;
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4 ist eine schematische Ansicht eines Flussteiler-Subsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Offenbarung;
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5 ist eine schematische Ansicht eines Flussteiler-Subsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Offenbarung;
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6 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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7 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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8 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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9 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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10 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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11 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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12 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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13 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß 7, welche die passive Krafterzeugung ohne Rückgewinnung zeigt;
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14 ist eine schematische Ansicht des hydraulischen Aktuators gemäß 7, die eine passive Krafterzeugung mit Rückgewinnung zeigt;
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15 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß 7, die eine aktive Krafterzeugung und eine hohe passive Krafterzeugung zeigt;
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16 ist eine schematische Ansicht des hydraulischen Aktuators gemäß 7, die eine aktive und passive Krafterzeugung mit Entkopplung zeigt;
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17 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß 7, die eine aktive und passive Krafterzeugung mit Entkopplung und Boost zeigt;
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18 ist eine schematische Ansicht des hydraulischen Aktuators gemäß 7, das einen linearen Steuerungsmodus zeigt;
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19 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß 7, die einen Pumpenmodus für den Hochdruckspeicher zeigt;
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20 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß 7, die einen Regenerationsmodus zeigt;
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21 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators, die alternative Ausbildungen zeigt;
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22 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators, die alternative Ausführungen zeigt;
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23 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators, die alternative Ausführungen zeigt;
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24 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators, die alternative Ausführungen zeigt; und
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25 ist eine schematische Ansicht eines hydraulischen Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Teile in allen Ansichten der Zeichnungen.
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Detaillierte Beschreibung
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Beispielhafte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung zu beschränken. In 1 ist ein Fahrzeug mit dem Aufhängungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt, das im Allgemeinen mit den Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Das Fahrzeug 10 umfasst eine hintere Aufhängung 12, eine vordere Aufhängung 14 und einen Fahrzeugkörper 16. Die hintere Aufhängung 12 weist eine sich quer erstreckende hintere Achsanordnung (nicht gezeigt) auf, die angepasst ist, ein Paar Hinterräder 18 operativ zu tragen. Die hintere Achsanordnung ist an dem Körper 16 durch ein Paar hydraulische Aktuatoren 20 und durch ein Paar Federn 22 befestigt. In ähnlicher Weise umfasst die vordere Aufhängung 14 eine sich quer erstreckende vordere Achsanordnung (nicht gezeigt), die ausgebildet ist, ein Paar Vorderräder 24 operativ zu tragen. Die vordere Achsanordnung ist an dem Fahrzeugkörper durch ein Paar hydraulische Aktuatoren 26 und durch ein Paar Federn 28 befestigt. Die hydraulischen Aktuatoren 20 und 26 dienen zur Dämpfung der Relativbewegung des ungefederten Abschnitts (d. h. vordere und hintere Aufhängungen 12, 14) bzgl. des gefederten Abschnitts (d. h. des Körpers 16) des Fahrzeugs 10. Sensoren (nicht gezeigt) an jedem Rad 18 und jedem Rad 24 sensieren die Position und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Fahrzeugkörpers 16 bzgl. der hinteren Aufhängung 12 und der vorderen Aufhängung 14. Auch wenn das Fahrzeug 10 als ein Passagierkraftfahrzeug mit vorderen und hinteren Achsanordnungen gezeigt ist, können die hydraulischen Aktuatoren 20 und 26 mit anderen Fahrzeugarten und bei anderen Anwendungen eingesetzt werden inklusive, aber jedoch nicht darauf beschränkt, Fahrzeuge mit nicht-unabhängigen vorderen und/oder nicht-unabhängigen hinteren Aufhängungen, Fahrzeuge mit unabhängigen vorderen und/oder unabhängigen hinteren Aufhängern oder anderen aus der Technik bekannten Aufhängungssystemen. Ferner betrifft der Ausdruck „hydraulische Dämpfer”, wie er hier verwendet wird, Stoßdämpfer und hydraulische Dämpfer im Allgemeinen und umfasst somit auch McPherson-Federbeine und andere aus der Technik bekannte hydraulische Dämpfer.
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Bezugnehmend auf 2 ist ein hydraulischer Aktuator 20 schematisch dargestellt. Auch wenn 2 nur den hydraulischen Aktuator 20 zeigt, umfasst der hydraulische Aktuator 26 dieselben Komponenten, die nachstehend für den hydraulischen Aktuator 20 diskutiert werden. Der einzige Unterschied zwischen den hydraulischen Aktuatoren 20 und 26 kann in der Art und Weise liegen, wie der hydraulische Aktuator an der gefederten und/oder ungefederten Masse des Fahrzeugs befestigt wird.
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Bezugnehmend auf 2 umfasst der hydraulische Aktuator 20 einen Aktuator 30, ein Niederdruckspeicher-Subsystem 32, ein oder mehrere Druckteiler-Subsysteme 34, einen Hochdruckspeicher 36, ein Flusssteuer-Subsystem 38 und ein Flussteiler-Subsystem 40.
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Der Aktuator 30 umfasst ein Druckrohr 42, einen Kolben 44, der ein Druckrohr 42 in eine obere Arbeitskammer und eine Ausgleichskammer 46 und eine untere Arbeitskammer oder Kompressionskammer 48 unterteilt, und eine Kolbenstange 50, die sich durch ein Ende des Druckrohrs 42 erstreckt. Wie in 2 dargestellt ist der Kolben 44 ein geschlossener Kolben ohne Ventilsteuerung, um den Fluidfluss durch den Kolben 44 zu steuern, jedoch kann der Kolben 44 eine Ventilsteuerung umfassen, um den Fluidfluss zwischen der oberen Arbeitskammer 46 und der unteren Arbeitskammer 48 zu steuern. Ein erster Fluidanschluss 52 stellt einen Zugang zur oberen Arbeitskammer 46 her und ein zweiter Fluidanschluss 54 stellt einen Zugang zur unteren Arbeitskammer 48 her.
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Das Niederdruckspeicher-Subsystem 32 umfasst einen Niederdruckspeicher 60, ein erstes Rückschlagventil 62 und ein zweites Rückschlagventil 64. Das erste Rückschlagventil 62 ermöglicht einen Fluidfluss von dem Niederdruckspeicher 60 zur oberen Arbeitskammer 46, verhindert jedoch einen Fluidfluss von der oberen Arbeitskammer 46 zum Niederdruckspeicher 60. Das zweite Rückschlagventil 64 ermöglicht einen Fluidfluss von dem Niederdruckspeicher 60 zur unteren Arbeitskammer 48, verhindert jedoch einen Fluidfluss von der unteren Arbeitskammer 48 zum Niederdruckspeicher 60. Der Niederdruckspeicher 60 ist sowohl mit dem ersten als auch dem zweiten Rückschlagventil 62 und 64, als auch mit dem Flusssteuer-Subsystem 38 und beiden Druckteiler-Subsystemen 34 verbunden.
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Die zwei in 2 gezeigten Druckteiler-Subsysteme 34 umfassen ein Ausfederungs-Druckteiler-Subsystem 34 (das obere Druckteiler-Subsystem) und ein Einfederungs-Druckteiler-Subsystem 34 (das untere Druckteiler-Subsystem). Jedes Druckteiler-Subsystem 34 umfasst eine erste gesteuerte Drossel 66, eine zweite gesteuerte Drossel 68 und ein Rückschlagventil 70. In dem Ausfederungs-Druckteiler-Subsystem 34 ist die erste gesteuerte Drossel 66 zwischen der oberen Arbeitskammer 46 und dem Rückschlagventil 70 und die zweite gesteuerte Drossel 68 in dem Niederdruckspeicher 60 und dem Rückschlagventil 70 angeordnet. In dem Kompressions-Druckteiler-Subsystem 34 ist die erste gesteuerte Drossel 66 zwischen der unteren Arbeitskammer 48 und dem Rückschlagventil 70 und die zweite gesteuerte Drossel 68 zwischen dem Niederdruckspeicher 60 und dem Rückschlagventil 70 angeordnet. Jedes Rückschlagventil 70 ermöglicht einen Fluidfluss von dem Druckteiler-Subsystem 34 zu dem Hochdruckspeicher 36, verhindert jedoch einen Fluidfluss von dem Hochdruckspeicher 36 zu dem Druckteiler-Subsystem 34.
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Das Druckteiler-Subsystem 34 erfüllt zwei Funktionen. Erstens erzeugt das Druckteiler-Subsystem 34 einen angeforderten Druck in der oberen Arbeitskammer 46 und/oder der unteren Arbeitskammer 48. Zweitens zapft das Druckteiler-Subsystem 34 einen Teil der verfügbaren hydraulischen Energie ab und gewinnt die verfügbare hydraulische Energie zurück. Das allgemeine Prinzip ist, die erste und zweite gesteuerte Drossel 66 und 68 zu nutzen, um ein Zwischendruck-Level zwischen den Drosseln zu erzeugen, bei dem die hydraulische Energie zurückgewonnen werden kann. Das erlaubt, die Möglichkeit aufrecht zu erhalten, einen geforderten Kammerdruck durch Nutzung der ersten gesteuerten Drossel zu erzeugen. Die erste und zweite gesteuerte Drossel 66 und 68 können beschränkender Art sein oder sie können durch Druck oder anderweitig gesteuerte Drosseln sein. Auch wenn die ersten und zweiten Drosseln 66 und 68 durch ein Symbol einer gesteuerten Drossel dargestellt sind, bedeutet dies nicht, dass der Offenbarungsgehalt diesbezüglich beschränkt ist.
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Wie in 2 dargestellt sind die erste und zweite gesteuerte Drossel 66 und 68 in Serie positioniert. Die erste gesteuerte Drossel 66 verbindet die obere Arbeitskammer 46 oder untere Arbeitskammer 48 mit dem Zwischendruck-Level. Von diesem Zwischendruck-Level kann, in Abhängigkeit von dem Druck bei dem Zwischendruck-Level bzgl. dem Druck im Hochdruckspeicher 36, Energie zurückgewonnen und im Hochdruckspeicher 36 gespeichert werden, anstelle von über die zweite gesteuerte Drossel 68 aufgenommen zu werden, die das Zwischendruck-Level mit dem Niederdruckspeicher 60 verbindet. Das Rückschlagventil 70 verhindert einen Fluidfluss zurück aus dem Hochdruckspeicher 36 zu dem Zwischendruck-Level, wenn der Druck des Zwischendruck-Levels geringer ist als der Druck in dem Hochdruckspeicher 36.
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3 zeigt ein Druckteiler-Subsystem 34', das anstelle dem einen oder den beiden Druckteiler-Subsystemen 34 verwendet werden kann. Wie in 3 dargestellt, umfasst das Druckteiler-Subsystem 34' eine erste gesteuerte Drossel 66, eine zweite gesteuerte Drossel 68 und ein Rückschlagventil 70, wobei die erste und zweite gesteuerte Drossel parallel positioniert sind. Wenn die erste und zweite gesteuerte Drossel parallel positioniert werden, sind sowohl die erste als auch die zweite gesteuerte Drossel 66 und 68 unmittelbar mit der oberen Arbeitskammer 46 oder der unteren Arbeitskammer 48 verbunden. Wenn der Druck in der oberen Arbeitskammer 46 oder der unteren Arbeitskammer 48 höher ist als der Druck in der Hochdruckkammer 36, kann Energie dadurch zurückgewonnen werden, dass der Fluidfluss durch die erste gesteuerte Drossel 66 zu dem Hochdruckspeicher 36 geführt wird. Die zweite gesteuerte Drossel 68 führt den Fluidfluss zum Niederdruckspeicher 60, wenn der Druck in der oberen Arbeitskammer 46 oder der unteren Arbeitskammer 48 zu gering wird, um Energie zurückzugewinnen. Das Rückschlagventil 70 verhindert, dass Hochdruckfluid von dem Hochdruckspeicher zur oberen Arbeitskammer 46 oder unteren Arbeitskammer 48 zurück fließt.
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Wieder bezugnehmend zu 2 wird ein Hochdruckspeicher 36 verwendet, um die rückgewonnene hydraulische Energie zu speichern. Der Hochdruckspeicher 36 ist mit dem Aktuator 30 und das Niederdruckspeicher-Subsystem 32 durch beide Druckteiler-Subsysteme 34 und das Flussteiler-Subsystem 40 durch das Flusssteuer-Subsystem 38 verbunden.
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Das Flusssteuer-Subsystem 38 umfasst ein hydraulisches Ventil 76 und ein Rückschlagventil 78. Das Flusssteuer-Subsystem 38 weist eine geforderte Fließrate auf und hat die Funktion, die in dem Hochdruckspeicher 36 gespeicherte Energie wiederzuverwenden. Das hydraulische Ventil 76 ist mit dem Hochdruckspeicher 36 verbunden, um auf die gespeicherte hydraulische Energie zugreifen zu können. Das hydraulische Ventil 76 führt die Energie zu dem Flussteiler-Subsystem 40. Das Rückschlagventil 78 verhindert den Fluidfluss, von dem hydraulischen Ventil 76 unmittelbar in den Niederdruckspeicher 60 zu fließen.
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Das Flussteiler-Subsystem 40 umfasst eine Pumpe 80 und ein hydraulisches Umschaltventil 82. Die Pumpe 80 umfasst eine Pumpe und einen Motor, der auch verwendet werden kann als Turbine/Generator, wie nachstehend beschrieben. Auch wenn die Pumpe 80 als Teil des Flussteiler-Subsystems 40 dargestellt ist, kann die Pumpe 80 ein Teil des Flusssteuer-Subsystems 38 sein. Das Flussteiler-Subsystem 40 steuert die hydraulische Energie von der Pumpe 80 und/oder dem Hochdruckspeicher 36. Die Pumpe 80 erhält Fluid von dem hydraulischen Ventil 76 des Flussteuer-Subsystems 38 und/oder von dem Niederdruckspeicher 60. Das Fluid von der Pumpe 80 wird zu dem hydraulischen Umschaltventil 82 geleitet. Das hydraulische Umschaltventil 82 kann den Fluidfluss zur oberen Arbeitskammer 46 und/oder unteren Arbeitskammer 48 in Abhängigkeit davon leiten, wo er gebraucht wird. Das hydraulische Umschaltventil 82 kann auch den Fluss zwischen der oberen Arbeitskammer 46 und der unteren Arbeitskammer 48 in einer durchgängig gesteuerten Weise teilen. Auch wenn das hydraulische Umschaltventil 82 unter Verwendung eines Schaltventils dargestellt ist, soll dies den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
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4 zeigt ein Flussteiler-Subsystem 40' gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, welches das Flusssteuer-Subsystem 38 und Flussteiler-Subsystem 40 ersetzen kann. Das Flussteiler-Subsystem 40' umfasst eine erste Pumpe 80, eine zweite Pumpe 80, ein hydraulisches Ventil 76 und ein Rückschlagventil 78. Das hydraulische Ventil 76 ist zwischen dem Hochdruckspeicher 36 und den ersten und zweiten Pumpen 80 verbunden. Das Rückschlagventil 78 verhindert einen Fluidfluss von dem Hochdruckspeicher 36 zu dem Niederdruckspeicher 60. Die ersten und zweiten Pumpen 80 erhalten den Fluidfluss von dem Hochdruckspeicher 36 durch das hydraulische Ventil 76 und von dem Niederdruckspeicher 60 durch das Rückschlagventil 78. Die Pumpe 80 führt zu einem Fluidfluss von der oberen Arbeitskammer 46 und die zweite Pumpe 80 liefert einen Fluidfluss zur unteren Arbeitskammer 48. Auch wenn 4 eine erste und zweite Pumpe 80 zeigt, können die ersten und zweiten Pumpen 80 durch zwei Pumpenköpfe ersetzt werden. Die Verwendung von zwei Pumpenköpfen auf einer Pumpe kann jedoch nicht das Verhältnis der oberen Arbeitskammer 46 und unteren Arbeitskammer 48 fließenden Flusses verändern.
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5 zeigt ein Flussteiler-Subsystem 40'' gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, welches das Flussteiler-Subsystem 38 und das Flussteiler-Subsystem 40 ersetzen kann. Das Flussteiler-Subsystem 40'' umfasst ein erstes hydraulisches Ventil 76, ein zweites hydraulisches Ventil 76, ein erstes Rückschlagventil 78, ein zweites Rückschlagventil 78, eine erste Pumpe 80 und eine zweite Pumpe 80. Das erste hydraulische Ventil 76 ist zwischen dem Hochdruckspeicher 36 und der ersten Pumpe 80 angeordnet. Das erste Rückschlagventil 78 verhindert einen Fluidfluss von dem Hochdruckspeicher 36 durch das erste hydraulische Ventil 76 zu dem Niederdruckspeicher 60. Das zweite hydraulische Ventil 76 ist zwischen dem Hochdruckspeicher 36 und der zweiten Pumpe 80 angeordnet. Das zweite Rückschlagventil 78 verhindert einen Fluidfluss von dem Hochdruckspeicher 36 durch das zweite hydraulische Ventil 76 zu dem Niederdruckspeicher 60. Die ersten und zweiten Pumpen 80 erhalten Fluid von dem Hochdruckspeicher 36 durch die ersten und zweiten hydraulischen Ventile 76 und von dem Niederdruckspeicher 60 durch die ersten und zweiten Rückschlagventile 78. Auch wenn das in 4 dargestellte Flussteiler-Subsystem 40 bzgl. Kosten und Aufbau bevorzugt sein mag, kann das in 5 dargestellte Flussteiler-Subsystem 40'' hinsichtlich der Leistung bevorzugt werden. Das Flussteiler-Subsystem 40'' gemäß 5 kann ein zweites Boost-Level zusätzlich zu dem allgemeinen Boost-Level erzeugen, wenn die ersten und zweiten hydraulischen Ventile gleichzeitig ermöglicht sind. Bei dieser Ausbildung kann eine Pumpe 80 als Turbine arbeiten und zusätzliches Drehmoment zu der anderen Pumpe liefern.
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Gemäß 6 können die oben beschriebenen verschiedenen Subsysteme 32, 34, 36, 38 und 40 in vielen Hauptsystemen kombiniert werden. Wie in 6 dargestellt, umfasst das allgemeine Hauptsystem des hydraulischen Aktuators 20 den Aktuator 30, das Niederdruckspeicher-Subsystem 32, eine oder mehrere Aufnahme-Subsysteme 90 (dargestellt als Druckteiler-Subsystem 40), den Hochdruckspeicher 36 und ein Quell-Subsystem 92 (welches das Flusssteuer-Subsystem 38 und das Flussteiler-Subsystem 40 umfasst, wie dargestellt). 6 zeigt auch ein Paar Sicherheitsabblasventile 94, die den Maximaldruck im System beschränken.
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Das Aufnahme-Subsystem 90 hat die Funktion, einen Druckabfall in der oberen Arbeitskammer 46 und/oder der unteren Arbeitskammer 48 aufzubauen und es dem Fluid zu ermöglichen, aus der oberen Arbeitskammer 46 und/oder der unteren Arbeitskammer 48 herauszufließen, sowie das Fluid in eine der beiden Hochdruckspeicher 36 oder Niederdruckspeicher 60 zu leiten. Somit beinhaltet das Aufnahme-Subsystem 90 die Rückgewinnungsfunktion, um Fluid im Hochdruckspeicher 36 zu speichern. Die beschriebenen Subsystem-Serien und parallelen Druckteilern sind mögliche Lösungen für diesen allgemeinen Block.
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Das Quell-Subsystem 92 liefert die Flussteilerfunktion. Das Quell-Subsystem 92 kann den Fluidfluss zur oberen Arbeitskammer 46 und/oder unteren Arbeitskammer 48 erzeugen. Das Umschaltventil und die Alternativen zu den zwei Pumpenköpfen, wie oben beschrieben, sind mögliche Ausbildungen für diesen Block. Das Quell-Subsystem 92 kann ebenfalls die in dem Hochdruckspeicher 36 gespeicherte Energie verwenden, indem es das oben beschriebene Flusskontrollsystem einsetzt. Die 7 bis 12 zeigen verschiedene Schaltungen der möglichen Kombinationen.
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Bezugnehmend auf 7 sind die Aufnahme-Subsysteme als Druckteiler in Serie (das dargestellte Druckteiler-Subsystem 34) und das Quell-Subsystem 92 als ein Umschaltventil 92 dargestellt. Bezugnehmend auf 8 sind die Aufnahme-Subsysteme als Druckteiler in Serie (das dargestellte Druckteiler-Subsystem 34) und das Quell-Subsystem 92 als zweifacher Pumpenkopf mit herkömmlichem Ventil (das dargestellte Flussteiler-Subsystem 40') gezeigt. Bezugnehmend auf 9 sind die Aufnahme-Subsysteme 90 als Druckteiler in Serie (das dargestellte Druckteiler-Subsystem 34) und das Quell-Subsystem 92 als zweifacher Pumpenkopf mit individuellen Ventilen (das dargestellte Flussteiler-Subsystem 40'') gezeigt.
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Bezugnehmend auf 10 sind die Aufnahme-Subsysteme als parallele Druckteiler (das dargestellte Druckteiler-Subsystem 34') und das Quell-Subsystem 92 als ein Umschaltventil umfassend (das Flusssteuer-Subsystem 38 und das Flussteiler-Subsystem 40, wie dargestellt) gezeigt. Bezugnehmend auf die 11 sind das Aufnahme-Subsystem 90 als parallele Druckteiler (das dargestellte Druckteiler-Subsystem 34') und das Quell-Subsystem als zweifacher Pumpenkopf mit herkömmlichem Ventil (das dargestellte Druckteiler-Subsystem 40') gezeigt. Bezugnehmend auf 12 sind die Aufnahme-Subsysteme 90 als parallele Druckteiler (das dargestellte Druckteiler-Subsystem 34') und das Quell-Subsystem 92 als zweifacher Pumpenkopf mit individuellen Ventilen (das gezeigte Flussteiler-Subsystem 40'') gezeigt.
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Ferner, wie in den 7 und 10 gezeigt, sind im Quell-Subsystem 92 ein Paar Rückschlagventile 96 ergänzt, um einen Flüssigkeitsablauf zwischen den Druckkammern zu verhindern.
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Bezugnehmend auf die 13 bis 20 sind verschiedene Ausführungsformen des hydraulischen Aktuators 20, der in 7 gezeigt ist, dargestellt. Auch wenn die 13 bis 20 das Ausführungsbeispiel gemäß 7 zeigen, versteht sich, dass die anderen in den 8 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispiele in ähnlicher Weise funktionieren und deren Fließmuster leicht durch den Fachmann erfasst werden kann. Auch wird der in den 13 bis 20 gezeigte Fluidfluss für die Erzeugung von Einfederungs- oder Ausfederungskräften gezeigt. Es versteht sich, dass die Erzeugung von Kompressionskräften symmetrisch zur Erzeugung der Ausfederungskräfte ist.
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13 zeigt eine Ausführung, die passive Kräfte ohne Rückgewinnung erzeugt. Wenn der in der oberen Arbeitskammer 46 angeforderte Druck kleiner ist als der Druck in dem Hochdruckspeicher 36, kann keine Energie rückgewonnen werden und die gesamte Energie wird in den Ausfederungs- oder in dem oberen Druckteiler-Subsystem 34 aufgenommen, wie in 13 dargestellt. Der durch die Pumpe 80 bereitgestellte Fluidfluss wird zur Niederdruckseite geleitet, um die Energie zu konservieren, jedoch immernoch Fluidfluss verfügbar zu haben, sollte ein Bedarf an solchem aktiven Eingriff bestehen. Abhängig von den Stangengeschwindigkeiten relativ zu dem Fluss der Pumpe 80 fließt Fluid durch das Kompressions- oder untere Druckteiler-Subsystem 34 oder alternativ durch das zweite Rückschlagventil 64. Wie in 13 dargestellt, erfolgt der Fluidfluss durch das zweite Rückschlagventil 64.
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14 zeigt eine Ausführung, die passive Kräfte mit Rückgewinnung erzeugt. Wenn der in der oberen Arbeitskammer 46 angeforderte Druck, der die passiven Kräfte erzeugt, höher ist, als der Druck in dem Hochdruckspeicher 36, kann eine Energierückgewinnung erreicht werden, indem das Hochdruckfluid in den Hochdruckspeicher 36 geleitet wird, indem die zweite gesteuerte Drossel 68 in dem Ausfederungsdruckteiler-Subsystem 34 geschlossen wird. Abhängig von der Drosselung der zweiten gesteuerten Drossel 68 kann etwas Fluid immernoch zu dem Niederdruckspeicher fließen. 14 zeigt auch den Fluidfluss durch das zweite Rückschlagventil 64.
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15 zeigt eine Ausführung mit aktiver Kraft und hohen passiven Kräften. Wenn der in der oberen Arbeitskammer 46 angeforderte Druck unterhalb des Fluiddrucks im Hochdruckspeicher 36 liegt und die Pumpe 80 ausreichend Leistung hat, den angeforderten Fluidfluss zu liefern, erfolgt der in 15 dargestellte Fluidfluss. Der durch die Pumpe 80 erzeugte Fluidfluss wird zur oberen Arbeitskammer 46 geleitet, um aktive Kräfte zu erzeugen. Das aus der unteren Arbeitskammer 48 herausfließende Fluid läuft durch das Kompressionsdruckteiler-Subsystem 34. In dieser Ausführung muss der durch das Kompressionsdruckteiler-Subsystem 34 erzeugte Druckabfall für einen effizienten Betrieb minimal sein. Diese Ausführung ermöglicht auch die Erzeugung passiver Kräfte, die höher sind als in den Ausführungen gemäß den 13 und 14. Der durch die Pumpe 80 bereitgestellte Fluidfluss kann verwendet werden, um einen zusätzlichen Druckabfall bei dem Ausfederungsdruckteiler-Subsystem 34 zu erzeugen.
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16 zeigt eine Ausführung mit aktiven und passiven Kräften mit Entkopplung. Wenn der in der oberen Arbeitskammer 46 angeforderte Druck oberhalb des Fluiddrucks innerhalb des Hochdruckspeichers liegt, kann die Energieaufnahme über die zweite gesteuerte Drossel 68 des Ausfederungsdruckteiler-Subsystems 34 vermieden werden. Diese Ausführung kann verwendet werden für eine moderate aktive und passive Krafterzeugung, wenn die Pumpe 80 ausreichend Leistung hat. Zusätzlich wird der Hochdruckspeicher 36 gefüllt. In Abhängigkeit von der Beschränkungsart der zweiten gesteuerten Drossel kann etwas Fluid immer noch zum Niederdruckspeicher fließen.
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17 zeigt eine Ausführung mit aktiven und passiven Kräften mit Entkopplung und Boost. Wenn hohe Kräfte benötigt werden, kann die in dem Hochdruckspeicher 36 gespeicherte Energie verwendet werden, um die Pumpe zu unterstützen, einen gewissen Pumpenfluss aufrecht zu erhalten. Diese Ausführung kann auch auf andere Weise gesteuert werden. Es kann ein Zustand hergestellt werden, bei dem die obere Arbeitskammer 46 und die untere Arbeitskammer 48 nicht den gleichen Fluidflusspfad teilen. Die obere Arbeitskammer 46 und ihr zugehöriger Kreis haben hohen Fluiddruck und die untere Arbeitskammer 48 und ihr zugehöriger Kreis haben niedrigen Fluiddruck. Dies wird als Entkopplung definiert und erzeugt eine anfängliche Offset-Kraft ohne Energieverbrauch. Mit dem Fluidfluss von der Pumpe 80 können die ersten und zweiten gesteuerten Drosseln 66 und 68 den anfänglichen Offset erhöhen oder erniedrigen, um die tatsächlich benötigte Kraft zu erreichen. Diese entkoppelte Boost-Ausführung ermöglicht eine effiziente Verwendung der bereitgestellten Energie. Es ist auch nachhaltig, hohe Kräfte bei geringer Pumpenleistung aufgrund der Entkopplung zu erzeugen.
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18 zeigt eine lineare Steuerungsausführung. Diese Ausführung kann verwendet werden, wenn beim Fahren mit geringen Geschwindigkeiten geringe Kräfte benötigt werden. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass keine einzelnen Ventile geschalten werden müssen, wenn man sich in einem kleinen Bereich um null Kräfte oder null Geschwindigkeit bewegt. Nur die kontinuierlich gesteuerten Ventile, die ersten und zweiten gesteuerten Drosseln 66 und 68 für jede Druckteiler-Subsysteme 34 werden bedient. Das hydraulische Umschaltventil 82 steht in seiner Mittelposition oder das hydraulische Umschaltventil 82 kann um diese Position wechseln. Diese Ausführung ermöglicht einen sehr ausgeglichenen und bzgl. der Geräusche, Vibration und Härte angenehmen Betrieb.
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19 zeigt eine Ausführung, bei der der Hochdruckspeicher 36 hochgepumpt wird. Bei dieser Ausführung steht das hydraulische Umschaltventil in einer Mittelposition und die beiden gesteuerten Drosseln 68 sind geschlossen. Dadurch wird der Fluidfluss in die Hochdruckkammer 36 geleitet und lädt diesen auf. Während dieser Ausführung, die ähnlich zur linearen Steuerausführung gemäß 18 ist, können in den vier Quadranten kleine Kräfte erzeugt werden. Dies liefert die Möglichkeit, das System beim Fahren auf einer gleichmäßiger Straße aufzuladen, ohne die vollständige Kontrolle zu opfern. Der Hochdruckspeicher 36 kann auch dadurch aufgepumpt werden, dass das Fluid durch das hydraulische Umschaltventil 82 auf einer Seite steht, wenn das zum Auffüllen des Hochdruckspeichers 36 benötigte Fluid geringer ist als das von der Pumpe 80 gelieferte Fluid. Dies wird jedoch eine resultierende Kraft in eine Richtung erzeugen, die durch das hydraulische Umschaltventil 82 bestimmt wird.
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20 zeigt eine Regenerationsausführung. Wenn der Fluiddruck innerhalb des Hochdruckspeichers 36 zu groß ist, kann der hohe Druck stets dadurch verringert werden, indem das hydraulische Ventil 76 des Flusssteuer-Subsystems 38 berücksichtigt wird. Die Pumpe 80 steuert den Fluidfluss aus dem Hochdruckspeicher 36 und lässt ihn ab. Abhängig von den momentanen Kräfteanforderungen kann die durch die Pumpe 80 und den Hochdruckspeicher 36 bereitgestellte Energie verwendet werden, um aktive Kräfte (erreicht durch das Umschalten zur Hochdruckseite) aufzubauen oder falls aktive Kräfte nicht benötigt werden, kann die Energie in elektrische Energie umgewandelt werden, indem auf die Niederdruckseite umgeschalten wird. Das Umschalten zur Niederdruckseite ist in 20 dargestellt und diese Ausführung verwendet die Pumpe 80 mit seinem Motor als Turbine/Generator, um die hydraulische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Dies ist eine rückgewinnende Ausführung. 20 zeigt die Rückgewinnung während einer passiven Ausfederung. Abhängig von der Geschwindigkeit des Kolbens 44 bzgl. des Fluidflusses der Pumpe 80 fließt das Fluid durch das Kompressionsdruckteiler-Subsystem 34 oder, wie in 20 dargestellt, durch das zweite Rückschlagventil 64 des Niederdruckspeicher-Subsystems 32. Bezugnehmend auf 21 ist ein hydraulischer Aktuator 120 dargestellt. Der hydraulische Aktuator 120 umfasst einen Aktuator 30, ein Niederdruckspeicher-Subsystem 32, ein oder mehrere Druckteiler-Subsysteme 134, einen Hochdruckspeicher 36, ein Flusssteuer-Subsystem 38 und ein Flussteiler-Subsystem 40. Ein hydraulisches Ventil 176 verbindet die Abblasventile 94 mit dem Hochdruckspeicher 36 und die erste gesteuerte Drossel 66 mit dem Niederdruckspeicher 60.
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Jedes Druckteiler-Subsystem gemäß 2 umfasst eine erste gesteuerte Drossel 66 und eine zweite gesteuerte Drossel 68. Jedes Druckteiler-Subsystem 134 gemäß 21 umfasst nur eine gesteuerte Drossel 66. Die zweite gesteuerte Drossel 68 wurde entfernt, um die Komplexität des Systems zu reduzieren. Auch wenn dies die Komplexität des Systems reduziert, opfert man die Möglichkeit der Entkopplung. Der Betrieb und die Funktion des hydraulischen Aktuators 120 sind identisch mit denjenigen, die oben für den hydraulischen Aktuator 120 beschrieben wurden, bis auf die Entkopplung.
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Bezugnehmend auf 22 ist ein hydraulischen Aktuator 220 dargestellt. Der hydraulische Aktuator 220 umfasst einen Aktuator 30, ein Niederdruckspeicher-Subsystem 32, ein oder mehrere Umleitventile 234, einen Hochdruckspeicher 36, ein Flusssteuer-Subsystem 38, eine Pumpe 80, eine Vielzahl von Rückschlagventilen 240 und ein Paar gesteuerter Drosseln 266.
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Sowohl die Druckteiler-Subsysteme 34 als auch das hydraulische Umschaltventil 82 wurden durch die Kombination aus Umleitventilen 34 und Rückschlagventilen 240 ersetzt, welche die höchste Druckkammer zwischen der oberen Arbeitskammer 46 und der unteren Arbeitskammer 48 wählen. Das Paar der gesteuerten Drosseln 266 wirkt als Druckteiler-Subsystem ähnlich zum Druckteiler-Subsystem 134 oder dem Druckteiler-Subsystem 34, wie oben beschrieben. Die Funktion und der Betrieb des hydraulischen Aktuators 220 ist identisch zudem oben beschriebenen hydraulischen Aktuator 120 und dem hydraulischen Aktuator 20.
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Bezugnehmend auf 23 ist ein hydraulischer Aktuator 220' dargestellt. Der hydraulische Aktuator 220' ist derselbe wie der hydraulische Aktuator 220 gemäß 22, bis auf die in 22 dargestellten zwei Umleitventile 234, die in ein einziges Umleitventil 234' integriert wurden. Die obige Beschreibung bezüglich des hydraulischen Aktuators 220 ist anwendbar auf den hydraulischen Aktuator 220'. Die Pumpfunktion bzgl. des Hochdruckspeichers 36 ist in diesem Ausführungsbeispiel implementiert.
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Bezugnehmend auf 24 ist ein hydraulischer Aktuator 320 dargestellt. Der hydraulische Aktuator 320 umfasst einen Aktuator 30, ein Niederdruckspeicher-Subsystem 32, Abblasventile 34, ein Umleitventil 334, ein Hochdruckspeicher 36, ein Flusssteuer-Subsystem 38, die Vielzahl der Rückschlagventile 240, eine Pumpe 80 und das Paar der gesteuerten Drosseln 266. Die Pumpfunktion bezüglich der Hochdruckkammer 36 ist in diesem Ausführungsbeispiel implementiert. Die Funktion und der Betrieb des hydraulischen Aktuators 320 ist identisch zum hydraulischen Aktuator 220', dem hydraulischen Aktuator 220, dem hydraulischen Aktuator 120 und dem hydraulischen Aktuator 20.
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Bezugnehmend auf 25 sind die für die 22 und 24 beschriebenen verschiedenen Subsysteme 32, 234, 234', 334, 36, 38 und 266 und können in mehrere Systeme kombiniert werden. Wie in 25 dargestellt umfasst das allgemeine Hauptsystem des hydraulischen Aktuators 220, 220' und 320 den Aktuator 30, das Niederdruckspeicher-Subsystem 32, eine oder mehrere Aufnahmekomponenten 390, den Hochdruckspeicher 36, eine oder mehrere Quellkomponenten 392 und eine oder mehrere Leitkomponenten 394. Die 22 bis 24 zeigen verschiedene Schaltungen der möglichen Kombinationen.
