DE112019000948T5

DE112019000948T5 - Dämpfer mit elektromagnetischem Aktuator

Info

Publication number: DE112019000948T5
Application number: DE112019000948.6T
Authority: DE
Inventors: Monzer Al Sakka; Miguel DHAENS; Christophe Lauwerys; Thibault Le Polain
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2039-02-16
Also published as: US10690215B2; US20190264771A1; DE112019000948B4; CN111788409A; WO2019164769A1; CN111788409B

Abstract

Es wird ein Dämpfersystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein Außenrohr, eine Kolbenstange und eine Kolbenanordnung einschließt, die an der Kolbenstange angebracht ist und das Außenrohr in eine erste und eine zweite Arbeitskammer trennt. Eine Ventilanordnung, die an der Kolbenanordnung angebracht ist, steuert den Fluidstrom zwischen der ersten und der zweiten Arbeitskammer. An dem Außenrohr ist ein Magnetrotor befestigt, der sich ringförmig um das Außenrohr erstreckt. 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 können auch aus axialen Bewegungen der Kolbenstange relativ zum Außenrohr Elektrizität erzeugen. Ein oder mehrere Gleitlager sind radial zwischen den Spulen und dem Magnetrotor in einem Gleitsitz angeordnet, um die Statoranordnung zu stabilisieren.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Stoßdämpfer/Dämpfer für Kraftfahrzeuge. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Offenbarung aktive Stoßdämpfer/Dämpfer, die einen elektromagnetischen Aktuator verwenden, um eine unterschiedliche Dämpfungsgröße auf Grundlage einer Frequenz sowie einer Geschwindigkeit eines Eingangs in den Stoßdämpfer/Dämpfer bereitzustellen.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen, und sind nicht unbedingt Stand der Technik.
Stoßdämpfer werden in der Regel in Verbindung mit Kraftfahrzeugaufhängungssystemen oder anderen Aufhängungssystemen verwendet, um unerwünschte Schwingungen zu dämpfen, die während der Bewegung des Aufhängungssystems auftreten. Um diese unerwünschten Schwingungen zu dämpfen, sind Kraftfahrzeugstoßdämpfer im Allgemeinen zwischen der gefederten Masse (Karosserie) und der ungefederten Masse (Aufhängung/Antriebsstrang) des Fahrzeugs verbunden.
Typische passive Stoßdämpfer stellen unabhängig von der Frequenz des Eingangs die gleiche Größe der Dämpfungskraft bereit. Bei gegebener Eingangsgeschwindigkeit bleibt die von einem herkömmlichen passiven Stoßdämpfer erzeugte Dämpfungskraft unabhängig von der Frequenz des Eingangs gleich. In der Regel liegt die Primärfahrfrequenz eines Personenkraftwagens im Bereich von 1 bis 2 Hertz. Wenn ein Fahrzeug über eine Fahrbahnoberfläche mit einem niedrigeren Frequenzeingang fährt, wird eine höhere Dämpfung bevorzugt, um die Fahrbahneingaben zu steuern. Bei Handhabungsereignissen (bei denen die Richtungsstabilität kritisch ist) wird auch ein höheres Maß an Dämpfung bevorzugt. Zum Beispiel kann das Fahrzeug bei Handhabungsereignissen einem Wanken der Karosserie ausgesetzt sein. Die Häufigkeit des Wankens der Karosserie in einem üblichen Personenkraftwagen liegt gewöhnlich zwischen 2 und 4 Hertz, abhängig von der Wanksteifigkeit und der Höhe des Schwerpunkts des Fahrzeugs. Wenn das Dämpfersystem größere Erregungskräfte erfährt, sind höhere Dämpfungskräfte erforderlich. Bei Verwendung herkömmlicher passiver Stoßdämpfer führen die höheren Dämpfungskräfte zu einer höheren Härte und einer Verringerung der Fahrqualität.
Aktive Stoßdämpfer ändern die Dämpfung des Stoßdämpfers in Echtzeit, um verschiedene Fahrzeugaufhängungseingaben anzusprechen. Es gibt viele Arten von aktiven Stoßdämpfern. Eine Art von aktivem Stoßdämpfer verwendet einen elektromagnetischen Aktuator, der eine Magnetkraft auf eine Kolbenstange des Stoßdämpfers ausübt, unabhängig von den Dämpfungskräften, die durch die Druckstufenventilanordnung und Zugstufenventilanordnung erzeugt werden. Derartige elektromagnetische Aktuatoren umfassen üblicherweise eine Kombination von Permanentmagneten und einer Vielzahl von Spulen, die koaxial zueinander angeordnet sind. Die Permanentmagnete können an dem Außenrohr des Stoßdämpfers angebracht sein und die Vielzahl von Spulen kann mit der Kolbenstange gekoppelt sein oder umgekehrt. Wenn der Vielzahl von Spulen Strom zugeführt wird, erzeugen die Vielzahl von Spulen ein elektromagnetisches Feld, das mit dem Magnetfeld der Permanentmagnete wechselwirkt und eine Magnetkraft auf die Kolbenstange ausübt. Durch die Magnetkraft wird die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers wirksam erhöht oder erniedrigt, wodurch die Aufhängung entweder gestrafft oder gelockert wird.
Im Gegensatz zu passiven Stoßdämpfern können elektromagnetische Stoßdämpfer unabhängig von der Geschwindigkeit der Kolbenstangeneingänge Dämpfungskräfte erzeugen. Infolgedessen erfordern große Erregungskräfte keine größere hydraulische Dämpfung des Stoßdämpfers und führen daher nicht zu einer erhöhten Härte. Dies ist ein großer Vorteil der elektromagnetischen Stoßdämpfer, denn er löst den Kompromiss in hydraulischen Dämpfungssystemen zwischen primärer Karosseriesteuerung (die große Dämpfungskräfte erfordert) und sekundärem Komfort (der geringe Dämpfungskräfte erfordert). Aktive Stoßdämpfer können zwar Fahr- und Handhabungsverbesserungen bereitstellen, sind aber aufgrund der hohen Kosten der im elektromagnetischen Aktuator verwendeten elektromagnetischen Materialien erheblich teurer als herkömmliche passive Stoßdämpfer. Elektromagnetische Stoßdämpfer sind auch teuer, da in der Regel ein Stoßdämpfer umkonstruiert werden muss, um den Platzbedarf für die Permanentmagnete und die Vielzahl von Spulen des elektromagnetischen Aktuators unterzubringen.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt einen allgemeinen Überblick über die Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres Schutzumfangs oder all ihrer Merkmale.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird ein Dämpfersystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Dämpfersystem schließt ein Außenrohr ein, das sich entlang einer Längsachse zwischen einem stangenseitigen Ende und einem geschlossenen Ende erstreckt. Eine Kolbenanordnung ist verschiebbar in das Außenrohr eingepasst. Eine Kolbenstange erstreckt sich innerhalb des Außenrohrs entlang der Längsachse zwischen einem proximalen Ende, das innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, und einem distalen Ende, das außerhalb des Außenrohrs liegt. Die Kolbenanordnung ist mit dem proximalen Ende der Kolbenstange gekoppelt. Das Außenrohr enthält eine Hydraulikflüssigkeit und die Kolbenanordnung trennt das Außenrohr in eine erste Arbeitskammer und eine zweite Arbeitskammer. Die Kolbenanordnung schließt eine Ventilanordnung ein, die arbeitet, um den Fluss von der Hydraulikflüssigkeit zwischen der ersten Arbeitskammer und der zweiten Arbeitskammer zu steuern. Ein Magnetrotor ist an dem Außenrohr befestigt und erstreckt sich ringförmig um dieses herum an einer Stelle in Längsrichtung benachbart zu dem stangenseitigen Ende des Außenrohrs. Eine Statoranordnung ist mit der Kolbenstange gekoppelt. Die Statoranordnung schließt einen Statorträger, eine Vielzahl von Spulen und mindestens ein Gleitlager ein. Der Statorträger ist mit der Kolbenstange gekoppelt. Die Vielzahl von Spulen ist auf dem Statorträger gelagert und erstreckt sich ringförmig um den Magnetrotor. Das eine oder die mehreren Gleitlager sind radial zwischen der Vielzahl von Spulen und dem Magnetrotor angeordnet. Das eine oder die mehreren Gleitlager bewegen sich in Längsrichtung mit der Statoranordnung und sind in einem Gleitsitz mit dem Magnetrotor angeordnet.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist der Statorträger durch eine sphärische Lageranordnung mit der Kolbenstange gekoppelt. Gemäß noch einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung schließt der Statorträger eine Innenfläche, die dem magnetischen Rotor zugewandt ist, und eine Außenfläche gegenüber der Innenfläche ein. Die Statoranordnung schließt eine Vielzahl von ringförmigen Schlitzen auf der Innenfläche des Statorträgers ein, welche die Vielzahl von Spulen aufnehmen. Die Vielzahl von ringförmigen Schlitzen konzentriert ein elektromagnetisches Feld, das durch die Vielzahl von Spulen in Richtung des Magnetrotors erzeugt wird.
Vorteilhafterweise stellt das erfindungsgemäße Dämpfersystem einen Stoßdämpfer mit aktiver Dämpfung und Energiegewinnungsfähigkeit bei verringerten Kosten gegenüber anderen aktiven Dämpfern bereit, da die Konfiguration der Magnetrotor- und Statoranordnung nachträglich an bestehende passive Dämpferkonstruktionen angepasst werden kann und mit unterschiedlichen Stoßdämpfern ohne bis mit geringer Modifikation verwendet werden kann. Durch die Modularität der Konstruktion kann der elektromagnetische Aktuator an unterschiedlichsten Stoßdämpfern montiert werden, was die Herstellungskosten senkt. Das Vorhandensein eines hydraulischen Dämpfungssystems parallel zu dem elektromagnetischen Aktuator verringert den Lastbedarf des elektromagnetischen Aktuators und verringert die Größe und damit die Kosten des elektromagnetischen Aktuators. Es werden Verbesserungen des Fahrkomforts gegenüber hochfrequenten Bewegungen (z. B. Flattern, Schütteln, Filtern) erreicht, und auch eine verbesserte Steuerung der Karosseriebewegung (z. B. Nicken, Heben und Rollen) wird im Vergleich zu passiven Stoßdämpfern erreicht. Währenddessen stellt das hydraulische Dämpfungssystem auch eine Fail-Safe-Funktion bereit, falls der elektromagnetische Aktuator defekt ist. Die Gleitlager, sphärische Lageranordnung und der Positionssensor stellen ferner Verbesserungen bei der Fahrqualität, Handhabung und Haltbarkeit bereit.
Weitere Anwendungsgebiete und Vorteile ergeben sich aus der hierin bereitgestellten Beschreibung. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und speziellen Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und nicht darauf abzielen, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und zielen nicht darauf ab, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.

1 ist eine Veranschaulichung eines beispielhaften Fahrzeugs, das mit einem Stoßdämpfer gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist;
2 ist ein seitliche Querschnittsansicht eines Stoßdämpfers, das gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist;
3 ist eine perspektivische Teilansicht des in 2 veranschaulichten Stoßdämpfers;
4 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Abschnitt der Statoranordnung des in 2 veranschaulichten Stoßdämpfers darstellt;
5 ist eine perspektivische Teilansicht, welche die Statoranordnung und Gleitlager des in 2 veranschaulichten Stoßdämpfers darstellt;
6 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die eine sphärische Lageranordnung und einen Statorträger des in 2 veranschaulichten Stoßdämpfers darstellt; und
7 ist ein Graph der Karosseriebeschleunigung gegenüber der Frequenz, der den Komfort, der durch einen Stoßdämpfer erreicht wird, der gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, mit dem Komfort vergleicht, der durch andere Stoßdämpfer erreicht wird.

Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die vorliegende Offenbarung, ihre Anmeldung oder Verwendungen beschränken.
Beispielhafte Ausführungsformen werden bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und dem Fachmann den Schutzumfang vollständig vermittelt. Zahlreiche spezifische Details sind dargelegt, wie Beispiele spezifischer Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein können und dass keine davon dahin gehend ausgelegt werden sollte, dass sie den Schutzumfang der Offenbarung einschränkt. In manchen beispielhaften Ausführungsformen werden gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Wie hierin verwendet, können die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, der Kontext weist eindeutig auf etwas anderes hin. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „einschließlich/schließt ein“ und „aufweisend/weist auf“ sind einschließend und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten, schließen aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines/r oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen sind nicht dahin gehend auszulegen, dass ihre Ausführung notwendigerweise in der speziellen erörterten oder dargestellten Reihenfolge erforderlich ist, es sei denn, diese ist spezifisch als eine Reihenfolge der Ausführung angegeben. Es versteht sich auch, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können.
Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „im Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf, im Eingriff, in Verbindung oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der Schicht sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu dürfen, wenn ein Element als „direkt auf‟, „direkt im Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „angrenzend“ versus „direkt angrenzend“ usw.). Wie hierin verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente ein.
Obwohl die Begriffe erste/r/s, zweite/r/s, dritte/r/s usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste/r/s“, „zweite/r/s“ und andere numerische Begriffe implizieren, wenn sie hierin verwendet werden, keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird durch den Kontext eindeutig angegeben. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, der/die/das im Folgenden besprochen werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Raumbezogene Begriffe, wie etwa „innen/innere/r/s“, „außen/äußere/r/s“, „unter“, „unterhalb“, „tiefere/r/s/untere/r/s“, „oberhalb/über“, „höhere/r/s/obere/r/s“ und dergleichen können hier zur Erleichterung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Raumbezogene Begriffe können dazu dienen, zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung andere Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder im Betrieb zu umfassen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, würden Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben werden, dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet sein. Somit kann der Beispielbegriff „unter“ sowohl eine Ausrichtung von sowohl über als auch unter umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen), und die hierin verwendeten raumbezogenen Beschreibungen können entsprechend interpretiert werden.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Fahrzeug 10 einschließlich einer hinteren Aufhängung 12, einer vorderen Aufhängung 14 und einer Karosserie 16 veranschaulicht. Die hintere Aufhängung 12 weist eine sich quer erstreckende Hinterachsanordnung (nicht dargestellt) auf, die angepasst ist, um die Fahrzeughinterräder 18 funktionsfähig zu stützen. Die Hinterachsbaugruppe ist durch ein Paar von Stoßdämpfern 20 und ein Paar von Schraubenfedern 22 wirkmäßig mit der Karosserie 16 gekoppelt. In ähnlicher Weise schließt die vordere Aufhängung 14 eine quer verlaufende Vorderachsanordnung (nicht dargestellt) ein, die die Fahrzeugvorderräder 24 funktionsfähig stützt. Die Vorderachsbaugruppe ist durch ein zweites Paar von Stoßdämpfern 26 und ein Paar von Schraubenfedern 28 wirkmäßig mit der Karosserie 16 gekoppelt. Die Stoßdämpfer 20 und 26 dienen zur Dämpfung der Relativbewegung des ungefederten Abschnitts (d.h. jeweils Vorder- und Hinterradaufhängung 14, 12) und des gefederten Abschnitts (d.h. der Karosserie 16) des Fahrzeugs 10. Obwohl das Fahrzeug 10 als ein Personenkraftwagen mit Vorder-und Hinterachsbaugruppen dargestellt wurde, können die Stoßdämpfer 20 und 26 mit anderen Arten von Fahrzeugen oder Maschinen oder in anderen Arten von Anwendungen, wie Fahrzeugen, die unabhängige vordere und/oder unabhängige hintere Aufhängungssysteme einschließen, verwendet werden. Ferner soll der Begriff „Stoßdämpfer“, wie hierin verwendet, allgemein auf Stoßdämpfer und Stoßdämpfersysteme Bezug nehmen und somit MacPherson-Federbeine einschließen. Es versteht sich auch, dass der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung Stoßdämpfersysteme für eigenständige Stoßdämpfer 20 und Stoßdämpfer mit Spule 26 einschließen soll.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2 ist der Stoßdämpfer 26 detaillierter dargestellt. Obwohl 2 nur den Stoßdämpfer 26 zeigt, versteht es sich, dass der Stoßdämpfer 20 auch die nachstehend für den Stoßdämpfer 26 beschriebene Kolbenanordnung einschließt. Der Stoßdämpfer 20 unterscheidet sich von dem Stoßdämpfer 26 lediglich in der Weise, wie er angepasst ist, um mit den gefederten und ungefederten Teilen des Fahrzeugs 10 und dem Einbauort der Schraubenfeder 28 relativ zu dem Stoßdämpfer 26 verbunden zu werden.
Der Stoßdämpfer 26 umfasst ein Außenrohr 30, eine Kolbenanordnung 32 und eine Kolbenstange 34. Das Außenrohr 30 und die Kolbenstange 34 erstrecken sich koaxial entlang der Längsachse 35. Das Außenrohr 30 definiert einen inneren Hohlraum 42. Die Kolbenanordnung 32 ist in dem inneren Hohlraum 42 des Außenrohrs 30 gleitbar angeordnet und teilt den inneren Hohlraum 42 in eine erste Arbeitskammer 44 und eine zweite Arbeitskammer 46 auf. Zwischen der Kolbenanordnung 32 und dem Außenrohr 30 ist eine Dichtung 48 angeordnet, die eine Gleitbewegung der Kolbenanordnung 32 gegenüber dem Außenrohr 30 ohne Erzeugung übermäßiger Reibungskräfte sowie eine Abdichtung der ersten Arbeitskammer 44 gegenüber der zweiten Arbeitskammer 46 ermöglicht.
Die Kolbenstange 34 ist an der Kolbenanordnung 32 befestigt und erstreckt sich durch die erste Arbeitskammer 44 und durch ein stangenseitiges Ende 51 des Außenrohrs 30. Die Kolbenstange 34 erstreckt sich in Längsrichtung zwischen einem proximalen Ende 52, das innerhalb des inneren Hohlraums 42 des Außenrohrs 30 angeordnet und mit der Kolbenanordnung 32 verbunden ist, und einem distalen Ende 53, das außerhalb des Außenrohrs 30 positioniert ist. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das distale Ende 53 der Kolbenstange 34 mit der Karosserie 16 (d. h. dem gefederten Abschnitt des Fahrzeugs 10) verbunden. Das Außenrohr 30 ist mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt und schließt ein Verbindungsstück 54 an einem geschlossenen Ende 55 des Außenrohrs 30 ein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Verbindungsstück 54 mit dem ungefederten Abschnitt der Aufhängung 12 und 14 verbunden. Die erste Arbeitskammer 44 ist somit zwischen dem stangenseitigen Ende 51 des Außenrohres 30 und der Kolbenanordnung 32 positioniert und die zweite Arbeitskammer 46 ist zwischen dem geschlossenen Ende 55 des Außenrohres 30 und der Kolbenanordnung 32 positioniert. Aufhängungsbewegungen des Fahrzeugs 10 verursachen Ausdehnungs-/Zug- oder Druckbewegungen der Kolbenanordnung 32 in Bezug auf das Außenrohr 30. Das Ventil in der Kolbenanordnung 32 steuert die Bewegung des Hydraulikfluids zwischen der ersten Arbeitskammer 44 und der zweiten Arbeitskammer 46 während der Bewegung der Kolbenanordnung 32 in dem Außenrohr 30. Es versteht sich, dass der Stoßdämpfer 26 in einer umgekehrten Ausrichtung installiert werden kann, wobei das distale Ende 53 der Kolbenstange 34 mit dem ungefederten Abschnitt der Aufhängung 12 und 14 verbunden ist und das Verbindungsstück 54 mit der Karosserie 16 (d. h. dem gefederten Abschnitt des Fahrzeugs 10) verbunden ist.
Die Kolbenanordnung 32 umfasst einen Kolbenkörper 60, der am proximalen Ende 52 der Kolbenstange 34 befestigt ist, eine Druckstufenventilanordnung 62 und eine Zugstufenventilanordnung 64. Der Kolbenkörper 60 definiert eine Vielzahl von Druckstufenströmungskanälen 74 und eine Vielzahl von Zugstufenströmungskanälen 76. Die Druckstufenventilanordnung 62 dient zur Steuerung des Fluidstroms des Hydraulikfluids durch die Vielzahl von Druckstufenströmungskanäle 74 in dem Kolbenkörper 60 und die Zugstufenventilanordnung 64 dient zur Steuerung des Fluidstroms des Hydraulikfluids durch die Vielzahl von Zugstufenströmungskanäle 76 in dem Kolbenkörper 60. Daher steuern sowohl die Druckstufenventilanordnung 62 als auch die Zugstufenventilanordnung 64 den Fluidstrom zwischen der ersten und der zweiten Arbeitskammer 44, 46.
Die Druckstufenventilanordnung 62 umfasst eine Vielzahl von Druckstufenventilplatten 78. Die Druckstufenventilplatten 78 sind angrenzend an den Kolbenkörper 60 angeordnet, um die Vielzahl von Druckstufenströmungskanälen 74 abzudecken. Während eines Kompressionshubs des Stoßdämpfers 26 baut sich in der zweiten Arbeitskammer 46 ein Fluiddruck auf, bis der Fluiddruck, der über die Vielzahl der Druckstufenströmungskanäle 74 auf die Druckstufenventilplatten 78 aufgebracht wird, die Last überwindet, die erforderlich ist, um die Vielzahl der Druckstufenventilplatten 78 auszulenken. Die Druckstufenventilplatten 78 lenken sich elastisch aus, um die Druckstufenströmungskanäle 74 zu öffnen und den Strom des Hydraulikfluids von der zweiten Arbeitskammer 46 zu der ersten Arbeitskammer 44 zu ermöglichen, wie durch die Pfeile 82 in 2 dargestellt.
Die Zugstufenventilanordnung 64 umfasst eine Vielzahl von Zugstufenventilplatten 86. Die Zugstufenventilplatten 86 sind angrenzend an den Kolbenkörper 60 angeordnet, um die Vielzahl von Zugstufenströmungskanälen 76 abzudecken, um die Vielzahl von Zugstufenströmungskanälen 76 zu schließen. Während eines Ausdehnungs- oder Rückstoßhubs des Stoßdämpfers 26 baut sich in der ersten Arbeitskammer 44 ein Fluiddruck auf, bis der auf die Zugstufenventilplatten 86 aufgebrachte Fluiddruck durch die Zugstufenströmungskanäle 76 die Last überwindet, die erforderlich ist, um die Zugstufenventilplatten 86 auszulenken. Die Vielzahl von Zugstufenventilplatten 86 lenkt sich elastisch aus und öffnet dadurch die Zugstufenstromkanäle 76, um den Strom des Hydraulikfluids von der ersten Arbeitskammer 44 zu der zweiten Arbeitskammer 46 zu ermöglichen, wie durch die Pfeile 92 in 2 dargestellt.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 3 schließt der Stoßdämpfer 26 einen elektromagnetischen Aktuator 100 ein, der die Längsbewegung der Kolbenstange 34 relativ zum Außenrohr 30 unabhängig von den Dämpfungskräften, die durch die Zugstufen- und Druckstufenventilanordnungen 62, 64 erzeugt werden, aktiv steuert. Mit anderen Worten arbeitet der elektromagnetische Aktuator 100 parallel zu den Zugstufen- und Druckstufenventilanordnungen 62, 64 des Stoßdämpfers 26. Der elektromagnetische Aktuator 100 befindet sich vollständig außerhalb des Außenrohres 30 des Stoßdämpfers 26. Der elektromagnetische Aktuator 100 umfasst eine Kombination aus einem magnetischen Rotor 102 und einer Statoranordnung 104.
Der Stoßdämpfer 26 schließt einen Federsitz 106 ein, der sich vom Außenrohr 30 weg von der Längsachse 35 radial nach außen erstreckt. Der Federsitz 106 ist in Längsrichtung zwischen dem stangenseitigen Ende 51 und dem geschlossenen Ende 55 des Außenrohrs 30 positioniert. Der Stoßdämpfer 26 schließt auch ein oberes Federbeinstützlager 108 ein, die mit dem distalen Ende 53 der Kolbenstange 34 gekoppelt ist. Sowohl der Federsitz 106 als auch das obere Federbeinstützlager 108 weisen eine ringförmige, tellerartige Form auf. Eine Feder 110 erstreckt sich ringförmig/schraubenförmig um die Kolbenstange 34 und den elektromagnetischen Aktuator 100 und in Längsrichtung zwischen dem Federsitz 106 und dem oberen Federbeinstützlager 108. Die Feder 110 ist konfiguriert, um eine Federkraft auf das distale Ende 53 der Kolbenstange 34 auszuüben. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Feder 110 eine Schraubenfeder, die in einer Wickelanordnung dargestellt ist. Es versteht sich jedoch, dass andere Arten von Federn verwendet werden können. Außerdem sollte beachtet werden, dass die vorliegende Offenbarung gleichermaßen auf Stoßdämpfer 20 anwendbar ist, die keine Wickelanordnung aufweisen, wobei die Feder 110 nicht koaxial mit dem Außenrohr 30 und der Kolbenstange 34 montiert ist. Solchen Stoßdämpfern 20 fehlen der Federsitz 106 und das obere Federbeinstützlager 108, die in den 2 und 3 gezeigt sind.
Der Stoßdämpfer 26 schließt auch einen Positionssensor 112 ein, der angeordnet ist, um die Längsposition der Kolbenstange 34 relativ zum Außenrohr 30 zu messen. Der Positionssensor 112 ist mit einer Steuerung (nicht dargestellt) elektrisch verbunden. Es können verschiedene Arten von Positionssensoren verwendet werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der Positionssensor 112 ein lineares Potentiometer, ein Hall-Effekt-Sensor oder ein optischer Encoder sein. Obwohl verschiedene Arten von Positionssensoren verwendet werden können, weist der Positionssensor 112 vorzugsweise eine Auflösung von 0,1 Millimetern (mm) oder weniger auf, um ein akzeptables Maß an Genauigkeit sicherzustellen. Die Steuerung ist elektrisch mit einer Stromquelle (nicht gezeigt) verbunden, die wiederum elektrisch mit der Statoranordnung 104 verbunden ist. Die Steuerung steuert die Stromquelle, um der Statoranordnung 104 selektiv elektrischen Strom zuzuführen. Daher ist die Steuerung betreibbar, um die Kraftmenge zu steuern, die der elektromagnetische Aktuator 100 auf die Kolbenstange 34 ausübt, basierend mindestens teilweise auf Positionsmessungen (d. h. Höhenmessungen), die vom Positionssensor 112 bereitgestellt werden. Ein Akku (nicht gezeigt) kann auch elektrisch mit der Statoranordnung 104 verbunden sein. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, kann die Statoranordnung 104 optional dazu verwendet werden, Längsbewegungen der Kolbenstange 34 relativ zum Außenrohr 30 in elektrischen Strom umzuwandeln. Der von der Statoranordnung 104 erzeugte elektrische Strom kann verwendet werden, um den Akku zu laden oder andere elektrische Komponenten des Fahrzeugs 10 zu betreiben. Somit kann die Steuerung programmiert sein, um mehrere Betriebsmodi bereitzustellen, einschließlich eines aktiven Dämpfungsbetriebsmodus und eines Energiegewinnungsbetriebsmodus.
Der magnetische Rotor 102 des elektromagnetischen Aktuators 100 ist an dem Außenrohr 30 befestigt und erstreckt sich ringförmig um dieses an einer Stelle in Längsrichtung benachbart zu dem stangenseitigen Ende 51 des Außenrohrs 30. In der veranschaulichten Ausführungsform schließt der magnetische Rotor 102 eine Anordnung von Permanentmagneten 114 ein, die an einer Trägerhülse 116 befestigt sind. Die Permanentmagnete 114 sind ringförmig ausgebildet und auf der Trägerhülse 116 längsgestapelt angeordnet (d.h. die Permanentmagnete 114 sind auf der Trägerhülse 116 übereinander gestapelt). Die Permanentmagnete 114 bestehen aus einem Material, das magnetisiert ist. Beispielhaft und ohne Einschränkung können die Permanentmagnete 114 ein Halbach-, Quasi-Halbach-oder geschlitztes Magnetisierungsmuster aufweisen. Die Trägerhülse 116 ist an dem Außenrohr 30 befestigt und erstreckt sich ringförmig um dieses, so dass die Trägerhülse 116 radial zwischen der Anordnung von Permanentmagneten 114 und dem Außenrohr 30 positioniert ist. Die Trägerhülse 116 besteht aus einem ferromagnetischen Material. Die Trägerhülse 116 besteht beispielhaft und ohne Einschränkung aus Eisen oder ferritischem Edelstahl. Durch das ferromagnetische Material der Trägerhülse 116 und das Magnetisierungsmuster der Permanentmagnetanordnung 114 konzentriert sich das von der Permanentmagnetanordnung 114 erzeugte Magnetfeld auf die der Statoranordnung 104 zugewandten Seite des Magnetrotors 102.
Die Trägerhülse 116 stützt die Anordnung von Permanentmagneten 114 und kann leicht über das stabseitige Ende 51 des Außenrohrs 30 geschoben und mit Befestigungsmitteln, Klebstoff oder Schweißen befestigt werden. Eine Beschichtung oder dünne, nichtmagnetische Hülse 117 kann wahlweise auf den Magnetrotor 102 aufgebracht werden, um die Anordnung von Permanentmagneten 114 vor Korrosion und Verschleiß zu schützen und eine glatte, gerade Kontaktfläche für das Gleitlager 122 bereitzustellen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Beschichtung oder dünne, nichtmagnetische Hülse 117 aus Phenolharz bestehen. Vorteilhafterweise reduziert die vorstehend beschriebene Konstruktion des Magnetrotors 102 Montagekosten und ermöglicht es, den elektromagnetischen Aktuator 100 an bestehenden passiven Stoßdämpfern nachzurüsten, ohne dass eine Neukonstruktion des Stoßdämpfers erforderlich ist.
Die Statoranordnung 104 ist mit der Kolbenstange 34 angrenzend an das distale Ende 53 unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 4 und 5 gekoppelt. Die Statoranordnung 104 schließt einen Statorträger 118, eine Vielzahl von Spulen 120 und ein oder mehrere Gleitlager 122 ein. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, ist der Statorträger 118 über eine sphärische Lageranordnung 124 mit der Kolbenstange 34 gekoppelt. Der Statorträger 118 stützt die Vielzahl von Spulen 120 und ist aus einem ferromagnetischen Material wie ferritischem Edelstahl hergestellt. Der Statorträger 118 schließt einen Statorkörper 126 ein, der sich ringförmig um die Vielzahl von Spulen 120 erstreckt, und einen Querabschnitt 128, der sich vom Statorkörper 126 radial nach innen zur Kolbenstange 34 erstreckt. Optional ist ein Endanschlag 129 (2) auf der Kolbenstange 34 positioniert und erstreckt sich ringförmig um diese an einer Stelle, die zwischen dem Querabschnitt 128 des Statorträgers 118 und der Kolbenanordnung 32 angeordnet ist. Der Endanschlag 129 kann aus einem elastomeren Material wie Polyurethan bestehen und verhindert einen Metall-Metall-Kontakt zwischen dem stangenseitigen Ende 51 des Außenrohrs 30 und dem Querabschnitt 128 des Statorträgers 118. Die Vielzahl von Spulen 120 erstreckt sich ringförmig um den Magnetrotor 102 und ist radial innerhalb des Statorkörpers 126 positioniert. Die Vielzahl von Spulen 120 ist radial nach außen von der Anordnung von Permanentmagneten 114 beabstandet, so dass die Statoranordnung 104 frei ist, in Längsrichtung relativ zum magnetischen Rotor 102 zu gleiten.
Die Anordnung von Permanentmagneten 114 weist ein Permanentmagnetfeld auf, das einen elektrischen Strom in der Vielzahl von Spulen 120 erzeugt, wenn sich die Kolbenstange 34 (und somit die Statoranordnung 104) in Längsrichtung entlang der Längsachse 35 relativ zu dem Außenrohr 30 (und somit dem magnetischen Rotor 102) bewegt. Dieser elektrische Strom kann verwendet werden, um den Akku zu laden oder andere elektrische Komponenten des Fahrzeugs 10 zu versorgen, wenn der Stoßdämpfer 26 im Energiegewinnungsbetriebsmodus arbeitet. Andererseits sendet die Stromversorgung im aktiven Dämpfungsbetriebsmodus elektrischen Strom an die Vielzahl von Spulen 120. Wenn dies der Fall ist, erzeugen die Vielzahl von Spulen 120 ein elektromagnetisches Feld, das mit dem Permanentmagnetfeld der Permanentmagnete 114 wechselwirkt, um eine magnetische Dämpfungskraft auf die Kolbenstange 34 auszuüben. Die Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld und dem Permanentmagnetfeld bewirkt, dass die Kolbenanordnung 32 in Abhängigkeit von der Richtung der Polarität des elektromagnetischen Felds und des Permanentmagnetfelds zum geschlossenen Ende 55 des Außenrohrs 30 hin oder von diesem weg gedrückt wird.
Die Vielzahl von Spulen 120 kann auf verschiedene Weise aufgebaut sein. In der veranschaulichten Ausführungsform schließt die Vielzahl von Spulen 120 zwei Sätze von drei Phasenwicklungen 130, 132 ein, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Jeder Satz von drei Phasenwicklungen 130, 132 schließt eine erste Stromphasenwicklung 130a, 132a, eine zweite Stromphasenwicklung 130b, 132b und eine dritte Stromphasenwicklung 130c, 132c ein. Die ersten Stromphasenwicklungen 130a, 132a sind durch eine erste Brücke 134a, die zweiten Stromphasenwicklungen 130b, 132b durch eine zweite Brücke 134b und die dritten Stromphasenwicklungen 130c, 132c durch eine dritte Brücke 134c elektrisch verbunden sind. Die Phase des elektrischen Stroms, den die Stromversorgung an die ersten Stromphasenwicklungen 130a, 132a sendet, unterscheidet sich von der Phase des elektrischen Stroms, den die Stromversorgung an die zweiten Stromphasenwicklungen 130b, 132b und die dritten Stromphasenwicklungen 130c, 132c sendet, und umgekehrt. Beispielhaft und ohne Einschränkung kann jede Phase des elektrischen Stroms um 120 Grad verzögert werden. Dies stellt eine höhere Leistungsdichte und einen besseren Wirkungsgrad bereit, so dass kleinere, leichtere Wicklungen 130, 132 verwendet werden können, um die gleiche Menge an elektromagnetischer Kraft wie größere, einphasige Wicklungen zu erzeugen.
Jede der ersten Stromphasenwicklungen 130a, 132a, der zweiten Stromphasenwicklungen 130b, 132b und der dritten Stromphasenwicklungen 130c, 132c sind aus Kupferdrahtschlaufen gebildet und in Längsrichtung durch Abstandsblöcke 136 beabstandet sind, die zwischen jeder der Vielzahl von Spulen 120 angeordnet sind. Die Vielzahl von Abstandsblöcken 136 kann einstückig mit dem Statorträger 118 sein oder nicht und daher aus dem gleichen Material wie der Statorträger 118 hergestellt sein oder nicht. Beispielhaft und ohne Einschränkung kann der Statorträger 118 aus einem ferromagnetischen Material, wie Stahl, hergestellt sein. Gemäß einer Ausführungsform sind die Vielzahl von Spulen 120 und die Abstandsblöcke 136 in ein Harz eingebettet, das die Vielzahl von Spulen 120 und die Abstandsblöcke 136 als eine einzige Einheit zusammenhält. Optional können ein oder mehrere Temperatursensoren 138 in das Harz angrenzend an die Abstandsblöcke 136 eingebettet sein, um Betriebstemperaturen innerhalb der Statoranordnung 104 zu überwachen. Die Temperatursensoren 138 sind elektrisch mit der Steuerung verbunden, die einen Betriebsmodus ändern oder unterbrechen und/oder ein Kühlsystem (nicht gezeigt) auf der Grundlage von Temperaturmesswerten der Temperatursensoren 138 aktivieren kann, um eine Überhitzung der Statoranordnung 104 zu verhindern.
Der Statorträger 118 schließt eine dem Magnetrotor 102 zugewandte Innenfläche 139 und eine der Innenfläche 139 gegenüberliegend angeordnete, der Feder 110 zugewandte Außenfläche 141 ein. Die Statoranordnung 104 schließt eine Vielzahl von ringförmigen Nuten 143 auf der Innenoberfläche 139 des Statorträgers 118 ein, der die Vielzahl von Spulen 120 aufnimmt. Die Vielzahl von Ringnuten 143 weisen einen U-förmigen Querschnitt auf, der entlang der Innenfläche 139 des Statorträgers 118 offen und auf den anderen drei Seiten geschlossen ist, um das von der Vielzahl von Spulen 120 erzeugte elektromagnetische Feld in Richtung des Magnetrotors 102 zu konzentrieren/zu lenken. Die Vielzahl von Ringnuten 143 kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Beispielhaft und ohne Einschränkung kann die Vielzahl von Ringnuten 143 in den Statorträger 118 eingeschnitten oder eingegossen sein. Alternativ kann der Statorträger 118 eine zylindrische Form aufweisen und separat ausgebildete Abstandsblöcke 136 können gestapelt werden, um die Vielzahl von ringförmigen Nuten 143 zu erzeugen. Um die Herstellung und/oder Montage der Statoranordnung 104 zu erleichtern, kann der Statorträger 118 außerdem eine zweiteilige Konstruktion aufweisen, bei der zwei Hälften des Statorträgers 118 in einer zweischaligen Anordnung zusammenkommen, um die Vielzahl von Spulen 120 zu umschließen.
Das Gleitlager 122 der Statoranordnung 104 ist radial zwischen der Vielzahl von Spulen 120 und den Permanentmagneten 114 des Magnetrotors 102 angeordnet. Das Gleitlager 122 bewegt sich in Längsrichtung mit der Statoranordnung 104 und ist in einem Gleitsitz mit dem Magnetrotor 102 angeordnet, so dass der Magnetrotor 102 und die Statoranordnung 104 in Längsrichtung relativ zueinander gleiten können. Das Gleitlager 122 verringert die Reibung und leitet die Übertragung des Magnetrotors 102 und der Statoranordnung 104 in eine Richtung, die parallel zur Längsachse 35 ist. Das Material des Gleitlagers 122 kann beim Inkontaktbringen mit dem Magnetrotor 102 einen Reibungskoeffizienten von weniger als 0,25 aufweisen. Das Material des Gleitlagers 122 kann auch ein nichtmagnetisches Material mit einer magnetischen Permeabilität von weniger als 0,000005 Henrys pro Meter (H/m) sein, um eine Verformung der magnetischen Feldlinien des Permanentmagnetfeldes und des elektromagnetischen Feldes zu vermeiden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Gleitlager 122 aus einem Material wie Phenolharz, glasverstärktem Polyamid oder Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt sein.
Wie in 5 gezeigt, kann die Statoranordnung 104 optional mehrere Gleitlager 122a, 122b, 122c einschließen, die in Längsrichtung durch ringförmige Spalte 140 voneinander beabstandet sind, die sich radial zwischen der Vielzahl von Spulen 120 und den Permanentmagneten 114 des magnetischen Rotors 102 erstrecken. Die Statoranordnung 104 kann auch einen Abstreifring 142 einschließen, der den Magnetrotor 102 in einem Gleitsitz berührt, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in die Statoranordnung 104 eindringen. Obwohl mehrere Konfigurationen möglich sind, ist in der veranschaulichten Ausführungsform der Abstreifring 142 an einem Ende 145 des Statorträgers 118, das dem Querabschnitt 128 des Statorträgers 118 gegenüberliegt, auf das Gleitlager 122 aufgesetzt.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 6 koppelt die sphärische Lageranordnung 124 den Statorträger 118 mit der Kolbenstange 34, während sie eine kardanische Aufhängungsbewegung des Statorträgers 118 relativ zur Kolbenstange 34 ermöglicht. Die sphärische Lageranordnung 124 schließt eine proximale Stangenmutter 144, ein proximales Lager 146, eine distale Stangenmutter 148 und ein distales Lager 150 ein, die zusammenwirken, um den Querabschnitt 128 des Statorträgers 118 an der Kolbenstange 34 an einer Stelle angrenzend an das distale Ende 53 der Kolbenstange 34 zu befestigen. Die proximale Stangenmutter 144 steht in Gewindeeingriff mit der Kolbenstange 34 und ist in Längsrichtung zwischen dem Querabschnitt 128 des Statorträgers 118 und der Kolbenanordnung 32 positioniert. Das proximale Lager 146 ist in Längsrichtung zwischen der proximalen Stangenmutter 144 und dem Querabschnitt 128 des Statorträgers 118 positioniert. Das proximale Lager 146 schließt eine konvexe Lagerfläche 152 ein, die an eine konkave Fläche 154 auf dem Querabschnitt 128 des Statorträgers 118 angrenzt. Die distale Stangenmutter 148 steht in Gewindeeingriff mit der Kolbenstange 34 und ist in Längsrichtung zwischen dem Querabschnitt 128 des Statorträgers 118 und dem distalen Ende 53 der Kolbenstange 34 positioniert. Das distale Lager 150 ist in Längsrichtung zwischen der distalen Stangenmutter 148 und dem Querabschnitt 128 des Statorträgers 118 positioniert. Das distale Lager 150 schließt eine konkave Lagerfläche 156 ein, die an eine konvexe Fläche 158 auf dem Querabschnitt 128 des Statorträgers 118 angrenzt. Beim Aufhängungsgelenk kann sich die Kolbenstange 34 gegenüber dem Außenrohr 30 aus der Zentralstellung heraus (d. h. elastisch verformen) biegen. Vorteilhafterweise ermöglicht die sphärische Lageranordnung 124, dass die Statoranordnung 104 relativ zur Längsachse 35 sich leicht dreht/kardanisch aufgehängt ist, ohne Schäden oder übermäßigen Verschleiß des elektromagnetischen Aktuators 100 zu verursachen.
7 ist eine Grafik, welche die Leistungsspektraldichte der Beschleunigung der Karosserie 16 für den Stoßdämpfer 26 mit der Leistungsspektraldichte der Beschleunigung der Karosserie 16 für andere Stoßdämpfer (d. h. passive Stoßdämpfer und hydraulische Stoßdämpfer mit einem oder mehreren elektrischen Steuerventilen) vergleicht. Kurve A zeigt die Leistungsspektraldichte der Beschleunigung der Karosserie 16 für einen herkömmlichen passiven Stoßdämpfer. Kurve B zeigt die Leistungsspektraldichte der Beschleunigung der Karosserie 16 für einen hydraulischen Stoßdämpfer mit einem oder mehreren elektrischen Steuerventilen. Kurve C zeigt die Leistungsspektraldichte der Beschleunigung der Karosserie 16 für den Stoßdämpfer 26 der vorliegenden Offenbarung, der aktiv ist und einen elektromagnetischen Aktuator 100 einschließt. Die vertikale oder y-Achse der Grafik stellt die spektrale Leistungsdichte dar, ausgedrückt in Dezibel pro Hertz (dB/Hz), und die horizontale oder x-Achse der Grafik stellt die Frequenz der Eingabe dar, die an die Kolbenstange 34 angelegt wird, ausgedrückt in Hertz (Hz). Die Leistungsspektraldichte (y-Achse) stellt die Beschleunigung der Karosserie 16 für eine gegebene Straßeneingabe dar und wird verwendet, um den Fahrkomfort für ein Fahrzeug zu bewerten. Die x-Achse der Grafik ist logarithmisch dargestellt. Verschiedene Frequenzbänder werden in Betracht gezogen, um verschiedene Metriken des Fahrkomforts zu bewerten, einschließlich Vertikalbewegungsamplitude, Vertikalbeschleunigungsgefühl, Flattern, Schütteln und Straßenfilterung. Der Stoßdämpfer 26 der vorliegenden Offenbarung verringert die Schwingungspegel im Vergleich zu herkömmlichen passiven und semiaktiven Stoßdämpfern. Wie in 7 zu sehen ist, sind die Leistungsspektrumdichtewerte für semiaktive Stoßdämpfer (Kurve B) niedriger als die Leistungsspektrumdichtewerte für herkömmliche passive Stoßdämpfer (Kurven A) bei hohen Frequenzen (Frequenzen über 10⁰ Hertz), jedoch höher als die Leistungsspektrumdichtewerte für herkömmliche passive Stoßdämpfer (Kurven A) bei niedrigen Frequenzen (Frequenzen über 10⁰ Hertz). Dies bedeutet, dass semiaktive Stoßdämpfer Schwingungen bei hohen Frequenzen (Frequenzen über 10⁰ Hertz) verringern, jedoch den Fahrkomfort bei niedrigen Frequenzen (Frequenzen unter 10⁰ Hertz) beeinträchtigen. Die Leistungsspektrumdichtewerte für den Stoßdämpfer 26 der vorliegenden Offenbarung (Kurve C) sind niedriger als die Leistungsspektrumdichtewerte für herkömmliche passive Stoßdämpfer (Kurve A) bei hohen Frequenzen (Frequenzen über 10⁰ Hertz) und niedrigen Frequenzen (Frequenzen unter 10⁰ Hertz). Dies bedeutet, dass der Stoßdämpfer 26 der vorliegenden Offenbarung einen verbesserten Fahrkomfort bei allen Frequenzen ohne jeglichen Kompromiss zwischen Hoch-und Niederfrequenzdämpfung bereitstellt.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Sie beabsichtigt nicht, erschöpfend zu sein oder die Offenbarung zu beschränken. Individuelle Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind, soweit zutreffend, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn dies nicht eigens dargestellt oder beschrieben ist. Das Gleiche kann auch in vielfacher Weise variiert werden. Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung von der vorliegenden Offenbarung anzusehen, und alle diese Modifikationen sind als in dem Schutzumfang der Offenbarung eingeschlossen beabsichtigt.

Claims

Dämpfersystem für ein Fahrzeug, umfassend: ein Außenrohr, das sich entlang einer Längsachse zwischen einem geschlossenen Ende und einem stangenseitigen Ende erstreckt; eine Kolbenstange, die sich entlang der Längsachse zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Ende erstreckt, wobei sich die Kolbenstange durch das stangenseitige Ende in der äußeren Röhre erstreckt, so dass das proximale Ende der Kolbenstange innerhalb der äußeren Röhre angeordnet ist und das distale Ende der Kolbenstange außerhalb der äußeren Röhre ist; eine Kolbenanordnung, die zur Bewegung entlang der Längsachse verschiebbar in das Außenrohr eingepasst ist; einen Magnetrotor, der an dem Außenrohr befestigt ist und sich ringförmig um dieses an einer Stelle in Längsrichtung benachbart zu dem stabseitigen Ende des Außenrohrs erstreckt; und eine Statoranordnung, die an die Kolbenstange angrenzend an ein distales Ende gekoppelt ist, wobei die Statoranordnung einen Statorträger, der mit der Kolbenstange gekoppelt ist, eine Vielzahl von Spulen, die auf dem Statorträger gelagert wird und sich ringförmig um den magnetischen Rotor erstreckt und mindestens ein Gleitlager, das radial zwischen der Vielzahl von Spulen und dem Magnetrotor angeordnet ist, einschließt, wobei sich das mindestens eine Gleitlager in Längsrichtung mit der Statoranordnung bewegt und in einem Gleitsitz mit dem Magnetrotor angeordnet ist.
Dämpfersystem nach Anspruch 1, wobei der magnetische Rotor eine Anordnung von Permanentmagneten einschließt, die an einer Trägerhülse befestigt sind, wobei die Trägerhülse an dem Außenrohr befestigt ist und sich ringförmig um dieses erstreckt, so dass die Trägerhülse radial zwischen der Anordnung von Permanentmagneten und dem Außenrohr positioniert ist.
Dämpfersystem nach Anspruch 2, wobei die Trägerhülse aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist und sich die Anordnung von Permanentmagneten ringförmig um die Trägerhülse in einer in Längsrichtung gestapelten Anordnung erstreckt.
Dämpfersystem nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Gleitlager eine Vielzahl von Gleitlagern einschließt, die in Längsrichtung durch ringförmige Spalte voneinander beabstandet sind, die sich radial zwischen der Vielzahl von Spulen und dem Magnetrotor erstrecken.
Dämpfersystem nach Anspruch 1, wobei der Statorträger einen Statorkörper, der sich ringförmig um die Vielzahl von Spulen erstreckt und diese stützt, und einen Querabschnitt, der sich von dem Statorkörper radial nach innen zu der Kolbenstange erstreckt, einschließt.
Dämpfersystem nach Anspruch 1, wobei der magnetische Rotor eine Anordnung von Permanentmagneten einschließt, die ein permanentes Magnetfeld aufweisen, das einen elektrischen Strom in der Vielzahl von Spulen erzeugt, wenn sich die Kolbenstange in einem Energiegewinnungsbetriebsmodus für das Dämpfersystem in Längsrichtung relativ zu dem Außenrohr bewegt, und die Vielzahl von Spulen ein elektromagnetisches Feld als Reaktion auf das Anlegen eines elektrischen Stroms an die Vielzahl von Spulen erzeugt, das mit dem permanenten Magnetfeld der Permanentmagnete wechselwirkt, um in einem aktiven Dämpfungsbetriebsmodus des Dämpfersystems eine magnetische Dämpfungskraft an die Kolbenstange anzulegen.
Dämpfersystem nach Anspruch 1, wobei die Statoranordnung einen Abstreifring umfasst, der sich ringförmig um den Magnetrotor erstreckt und diesen in einem Gleitsitz berührt, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in die Statoranordnung eindringen.
Dämpfersystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Federsitz, der sich von dem Außenrohr an einer Längsposition radial nach außen erstreckt, die sich zwischen dem geschlossenen Ende und dem stangenseitigen Ende des Außenrohrs befindet; ein oberes Federbeinstützlager, das mit dem distalen Ende der Kolbenstange gekoppelt ist; und eine Feder, die sich ringförmig um die Kolbenstangen- und Statoranordnung und in Längsrichtung zwischen dem Federsitz und dem oberen Federbeinstützlager erstreckt, das eine Federkraft auf die Kolbenstange ausübt.
Dämpfersystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine sphärische Lageranordnung, die den Statorträger mit der Kolbenstange koppelt, während sie eine kardanische Aufhängungsbewegung des Statorträgers relativ zu der Kolbenstange ermöglicht, wobei die sphärische Lageranordnung Folgendes einschließt: eine proximale Stangenmutter, die in Gewindeeingriff mit der Kolbenstange steht und in Längsrichtung zwischen einem Querabschnitt des Statorträgers und der Kolbenanordnung positioniert ist; ein proximales Lager, das in Längsrichtung zwischen der proximalen Stangenmutter und dem Querabschnitt des Statorträgers positioniert ist, wobei das proximale Lager eine konvexe Lagerfläche einschließt, die an eine konkave Fläche an dem Querabschnitt des Statorträgers angrenzt; eine distale Stangenmutter, die in Gewindeeingriff mit der Kolbenstange steht und in Längsrichtung zwischen dem Querabschnitt des Statorträgers und dem distalen Ende der Kolbenstange positioniert ist; und ein distales Lager, das in Längsrichtung zwischen der distalen Stangenmutter und dem Querabschnitt des Statorträgers positioniert ist, wobei das distale Lager eine konkave Lagerfläche einschließt, die an eine konvexe Fläche an dem Querabschnitt des Statorträgers angrenzt.
Dämpfersystem nach Anspruch 1, wobei der Statorträger eine Innenfläche einschließt, die dem Magnetrotor zugewandt ist, und wobei die Statoranordnung eine Vielzahl von ringförmigen Schlitzen auf der Innenfläche des Statorträgers einschließt, welche die Vielzahl von Spulen aufnehmen.