DE19954819C1 - Spring suspension system for automobile has hydraulic setting element supplied via pump/motor unit with linear motor having movable translator acting as pressure piston within hydraulic line - Google Patents
Spring suspension system for automobile has hydraulic setting element supplied via pump/motor unit with linear motor having movable translator acting as pressure piston within hydraulic lineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Federungssystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a suspension system for a vehicle according to the preamble of claim 1.
Aus der Druckschrift DE 39 33 370 A1 ist eine hydropneumatische Achsfederung für Schwerlast-Transportfahrzeuge bekannt, die hydraulisch betätigbare Federbeine mit Hydraulikzylindern um fasst, welche über eine Ölpumpe mit Hydraulikfluid aus einem Hydraulikreservoir zu beaufschlagen sind. In Druckleitungen, ü ber die die Federbeine mit Hydraulikdruck versorgt werden, sind zusätzliche Korrekturzylinder vorgesehen, die zur Niveauregu lierung des beladenen Fahrzeuges betätigt werden, wodurch die Position der Fahrzeugachse in Bezug auf den Fahrzeugrahmen auf den Zustand des unbeladenen Fahrzeuges gebracht werden kann.From the publication DE 39 33 370 A1 is a hydropneumatic Axle suspension for heavy-duty transport vehicles known hydraulically operated struts with hydraulic cylinders around sums which from an oil pump with hydraulic fluid Hydraulic reservoir to be charged. In pressure lines, ü Via which the struts are supplied with hydraulic pressure additional correction cylinders are provided, which are used for level control lation of the loaded vehicle can be operated, thereby the Position of the vehicle axle in relation to the vehicle frame the condition of the unladen vehicle can be brought.
Diese Einrichtung hat den Nachteil, dass ein vergleichsweise hoher Energieaufwand für die Niveauregulierung erforderlich ist, weil zusätzlich zur fluidfördernden Hydraulikpumpe auch die Korrekturzylinder in den Druckleitungen betätigt werden müssen. Darüber hinaus sind umfangreiche regelungstechnische und steuerungstechnische Maßnahmen erforderlich, um die Funkti onen der Hydraulikpumpe und der Korrekturzylinder aufeinander abzustimmen.This device has the disadvantage of being a comparative one high level of energy required for level control is because in addition to the fluid-pumping hydraulic pump the correction cylinders in the pressure lines are operated have to. In addition, there are extensive control engineering and control measures required to ensure the funct onen of the hydraulic pump and the correction cylinder vote.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Federungssystem für ein Fahrzeug mit einfachen Mitteln mit hoher Betriebssi cherheit auszubilden. Es soll insbesondere die Gefahr von Ölle ckagen verringert werden. Darüber hinaus soll zweckmäßig die Dynamik der Pumpen/Motor-Einheit zur Zuführung von Hydrau likfluid dahingehend verbessert werden, dass kürzere Reaktions zeiten realisiert werden können.The invention is based on the problem of a suspension system for a vehicle with simple means with high operational safety training safety. In particular, there is a risk of oil reserves are reduced. In addition, the Dynamics of the pump / motor unit for supplying hydrau likfluid be improved in that shorter response times can be realized.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An spruches 1 gelöst.This problem is solved according to the invention with the features of the Proverb 1 solved.
Die Pumpen/Motor-Einheit der Neuerung ist als Linearmotor aus gebildet, dessen linear bewegbarer Translator den Druckkolben zur Erzeugung des Hydraulikdruckes bildet. In dieser Ausführung übernimmt der Linearmotor sowohl die Funktion eines antreiben den Motors als auch die Funktion einer Pumpe, die vom Motor an getrieben wird und im Hydraulikkreislauf den benötigten Hydrau likdruck bereit stellt. Der den Druckkolben bildende Translator des Linearmotors ist in die Hydraulikleitung integriert. Sobald der Translator bei einer Betätigung des Linearmotors in Bewe gung versetzt wird, wird im Hydraulikkreislauf eine Druckände rung des Hydraulikdrucks erzeugt.The pump / motor unit of the innovation is made as a linear motor formed, the linearly movable translator the pressure piston to generate the hydraulic pressure. In this version the linear motor takes on both the function of a drive the motor as well as the function of a pump by the motor is driven and in the hydraulic circuit the required hydraulic likdruck provides. The translator that forms the pressure piston of the linear motor is integrated in the hydraulic line. As soon as the translator when the linear motor is actuated in Bewe pressure is shifted, there is a pressure change in the hydraulic circuit generated hydraulic pressure.
Der Linearmotor als besondere Ausführung eines Elektromotors erzeugt eine geradlinige Bewegung seines Translators; diese ge radlinige Bewegung wird unmittelbar zur Druckänderung des Hyd raulikdruckes verwendet. Der Translator des Linearmotors bildet das druckerzeugende Bauteil des Federungssystems. Ein weiter Vorteil liegt darin, dass zwischen den beiden Seiten des als Druckkolben ausgebildeten Translators nur im Falle einer Kol benbewegung ein Druckunterschied herrscht, wobei dieser Druck unterschied üblicherweise nur gering ist. Dadurch reduziert sich die für eine Bewegung des Translators erforderliche Ener gieaufnahme des Linearmotors.The linear motor as a special version of an electric motor creates a straight line movement of its translator; this ge linear movement is immediately to the pressure change of the hyd raulikdruckes used. The translator of the linear motor forms the pressure-generating component of the suspension system. A further The advantage is that between the two sides of the as Pressure piston trained translators only in the case of a Kol ben movement there is a pressure difference, this pressure difference is usually only slight. This reduces the energy required to move the translator Gi recording of the linear motor.
In bevorzugter Ausführung ist der Stator des Linearmotors als druckfester Hohlzylinder ausgeführt, der einen Abschnitt der Hydraulikleitung bildet. Innerhalb dieses Abschnittes ist die Wandung des Hohlzylinders identisch mit der Wandung der Hydrau likleitung, in der das Hydraulikfluid druckfest geführt ist. Der Linearmotor wird in dieser Ausführung sowohl mit seinem Stator als auch mit seinem Translator in die Hydraulikleitung integriert, wodurch eine besonders kompakte Bauweise erreicht wird, die sich zudem durch wenige Bauteile auszeichnet, wodurch die Verschleißgefahr und die Gefahr von Fehlfunktionen redu ziert wird.In a preferred embodiment, the stator of the linear motor is as Flameproof hollow cylinder running a section of the Hydraulic line forms. Within this section is the Wall of the hollow cylinder identical to the wall of the hydrau lik line in which the hydraulic fluid is pressure-resistant. The linear motor is used in this version with both Stator as well as with its translator in the hydraulic line integrated, resulting in a particularly compact design , which is also characterized by a few components, which means reduce the risk of wear and malfunction is decorated.
Da das bewegte Bauteil des Linearmotors vollständig in die Hyd raulikdruckleitung integriert ist, führen im Gegensatz zum Stand der Technik keine Anschlüsse und auch keine Übertragungs glieder vom Druckkolben nach außen, die Wandung der Hydraulik leitung kann ohne Durchbrechungen durchgehend ausgebildet wer den. Die Dichtigkeit des Systems wird deutlich verbessert, die Gefahr von Leckagen des Hydraulikfluids in die Umwelt wird ver ringert. Der Hydraulik-Systemdruck ist vollständig vom Außen druck entkoppelt, außerdem gibt es keine mechanische Verbindung zwischen dem Innenraum der Hydraulikleitung und der Umgebung. Dementsprechend sind auch keine Dichtungen zwischen der Hydrau likleitung und der Umgebung erforderlich.Since the moving component of the linear motor completely in the Hyd raulikdruckleitung is integrated, contrary to State of the art no connections and also no transmission links from the pressure piston to the outside, the wall of the hydraulics Cable can be designed continuously without openings the. The tightness of the system is significantly improved that The risk of leakage of the hydraulic fluid into the environment is avoided wrestles. The hydraulic system pressure is completely from the outside pressure decoupled, and there is no mechanical connection between the interior of the hydraulic line and the environment. Accordingly, there are no seals between the hydrau likleitung and the environment required.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung liegt darin, dass der Translator des Linearmotors ein vergleichsweise geringes Massenträgheitsmoment aufweist, wodurch die Eigendyna mik der Pumpen/Motor-Einheit verbessert wird und schnellere und präzisere Einstellungen des Federungssystems möglich sind. Das System weist außerdem nur geringe Reibungsverluste sowie eine geringe Ölverunreinigung als Folge von Materialabrieb auf.Another advantage of the embodiment according to the invention lies in that the translator of the linear motor is a comparatively has low moment of inertia, which makes the dyna mik the pump / motor unit is improved and faster and more precise settings of the suspension system are possible. The The system also exhibits only low friction losses and one low oil contamination as a result of material abrasion.
Der Linearmotor zeichnet sich durch einen geräuscharmen Betrieb und eine annähernd verschleißfreie Konstruktion aus. Druckpul sationen können vermieden werden, insbesondere aufgrund der me chanischen Entkopplung zwischen Fahrbahnanregungen, welche auf das Fahrzeug wirken, und dem Antrieb des Fahrzeugs. Der Linear motor kann außerdem auch im Generatorbetrieb eingesetzt werden, falls das vom Linearmotor mit Hydraulikfluid beaufschlagte Stellglied als Federbein ausgebildet ist, auf das Fahrbahnanre gungen, die auf die Räder des Fahrzeuges wirken, unmittelbar durchgeleitet werden. Die Bewegung im Stellglied wird über das Hydraulikfluid auf den Translator des Linearmotors übertragen, wodurch elektrischer Strom erzeugt werden kann.The linear motor is characterized by low-noise operation and an almost wear-free construction. Pressure pulse sations can be avoided, especially due to the me chanic decoupling between lane excitations, which the vehicle act, and the drive of the vehicle. The linear engine can also be used in generator mode, if the hydraulic fluid applied by the linear motor Actuator is designed as a shock absorber on the road surface conditions that act on the wheels of the vehicle immediately be passed through. The movement in the actuator is controlled by the Transfer hydraulic fluid to the translator of the linear motor, whereby electric current can be generated.
In einer bevorzugten Ausführung übersteigt das Verdrängungsvo lumen des Translators des Linearmotors den Hubraum des Stell glieds, insbesondere den Hubraum des Federbeins. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass auch im Falle eines Leckagestroms zwischen den beiden Stirnseiten des Translators die Funktion der Pumpen/Motor-Einheit trotz einer außermittigen Lage des Translators gewährleistet ist, da aufgrund des hohen Verdrän gungsvolumens des Translators dieser trotz außermittiger Lage innerhalb des Stators des Linearmotors einen ausreichend hohen Hub aufbringt, dem eine ausreichend hohe Hydraulikfluid- Förderleistung entspricht.In a preferred embodiment, the displacement rate exceeds lumen of the translator of the linear motor the displacement of the actuator limb, especially the displacement of the shock absorber. This will the advantage achieved that even in the event of a leakage flow between the two faces of the translator the pump / motor unit despite the eccentric position of the Translators is guaranteed because of the high displacement volume of the translator despite the eccentric location a sufficiently high one within the stator of the linear motor Stroke that has a sufficiently high hydraulic fluid Conveyance corresponds.
Um sicher zu stellen, dass das Verdrängungsvolumen des Transla tors ausreichend groß bleibt, wird die Position des Translators in regelmäßigen Intervallen neu eingestellt, wofür zweckmäßig ein Bypassventil in einer Bypassleitung zum Linearmotor vorge sehen ist. Zur Justierung der Lage des Translators wird das By passventil geöffnet und der Translator in die geometrische Mit tellage im Stator versetzt. Die Justierung des Translators kann sowohl selbsttätig im Betrieb des Fahrzeugs als auch im Rahmen regelmäßiger Inspektionsintervalle manuell durchgeführt werden.To ensure that the displacement of the Transla remains sufficiently large, the position of the translator reset at regular intervals, for which purpose a bypass valve in a bypass line to the linear motor see is. To adjust the position of the translator, the By pass valve opened and the translator in the geometric Mit tellage offset in the stator. The translator can be adjusted both automatically in the operation of the vehicle and in the frame regular inspection intervals can be carried out manually.
Vorteilhaft bilden der Linearmotor und die Speichereinheit ein gemeinsames Modul, insbesondere gemeinsam mit einer Steuerungs elektronik. Das Modul ist vorzugsweise von einem Gehäuse zum Schutz der Komponenten vor Verschmutzung, Spritzwasser und me chanischen Einwirkungen umschlossen; das Modul kann vorgefer tigt in das Fahrzeug eingebaut werden.The linear motor and the storage unit advantageously form one common module, especially together with a control electronics. The module is preferably from a housing to Protection of components against dirt, splash water and me enclosed in chanic influences; the module can be prefabricated installed in the vehicle.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu ent nehmen. Es zeigen:Further advantages and preferred designs are the others Entities, the description of the figures and the drawings ent to take. Show it:
Fig. 1 einen in ein Hydraulikleitung integrierten Linearmotor, welcher die Funktion einer Kolbenpumpe ausübt, Fig. 1 shows an integrated hydraulic line in a linear motor which performs the function of a piston pump,
Fig. 2 den Systemaufbau für ein aktiv geregeltes bzw. gesteu ertes Fahrwerk eines Fahrzeugs. Fig. 2 shows the system structure for an actively controlled or controlled suspension of a vehicle.
Der in Fig. 1 dargestellte Linearmotor 1 ist Teil eines Fede rungssystems eines Fahrzeuges und wird zur Druckerzeugung im Hydraulikkreislauf des Federungssystems zur Beaufschlagung ei nes Kräfte aufnehmenden Stellglieds des Federungssystems einge setzt. Der Linearmotor 1 ist als Elektromotor ausgebildet, des sen Antrieb durch ein Wanderfeld bewirkt wird. Der Linearmotor 1 wird in das hydraulische Leitungssystem des Federungssystems eingebunden, insbesondere in eine Hydraulikleitung 2. Der Line armotor 1 umfasst einen ortsfesten Stator 3, welcher als Hohl zylinder ausgebildet ist, sowie einen beweglichen Läufer bzw. Translator 4, der im Innenraum des als Hohlzylinder ausgebilde ten Stators 3 je nach Bestromung des Linearmotors unter dem Einfluß des magnetischen Wanderfeldes translatorisch hin und her bewegt werden kann. Der Translator 4 bildet hierbei einen Druckkolben, welcher in Abhängigkeit von der aktuellen Bewe gungsrichtung den Hydraulikdruck an einer Stirnseite erhöht o der vermindert.The linear motor 1 shown in Fig. 1 is part of a Fede assurance system of a vehicle and is for generating pressure in the hydraulic circuit of the suspension system for applying ei nes forces is receiving the actuator of the suspension system sets. The linear motor 1 is designed as an electric motor, the drive of which is effected by a traveling field. The linear motor 1 is integrated in the hydraulic line system of the suspension system, in particular in a hydraulic line 2 . The line armotor 1 comprises a stationary stator 3 , which is designed as a hollow cylinder, and a movable rotor or translator 4 , which translationally in the interior of the stator 3 designed as a hollow cylinder depending on the current supply to the linear motor under the influence of the magnetic traveling field can be moved here. The translator 4 forms a pressure piston, which increases or decreases the hydraulic pressure on one end face depending on the current direction of movement.
Der Stator 3 ist in die Hydraulikleitung 2 eingebunden bzw. bildet einen Abschnitt der Hydraulikleitung 2, wobei die Hohlzylinderwandung des Stators identisch ist mit der Wandung der Hydraulikleitung. Der Stator 3 des Linearmotor 1 weist an einer Stirnseite eine Öffnung mit einem Fluidanschluß 5 in Richtung eines hydraulisch betätigbaren Stellgliedes, insbesondere eines Federbeines, auf. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist ei ne entsprechende Öffnung mit einem Fluidanschluß 6 vorgesehen, über den der Stator-Innenraum mit einer Speichereinheit zu ver binden ist. Der als Druckkolben in Stator 3 geführte Translator 4 weist im Bereich seiner beiden Stirnseiten auf seiner Mantel fläche jeweils einen Dichtring 7 auf, welche einen zumindest weitgehend druckdichten Abschluß zwischen den beiden Drucksei ten des Translators 4 gewährleisten und Leckageströme zwischen beiden Seiten minimieren sollen. Der Dichtspalt zwischen Außen wandung des Translator 4 und Innenwandung des Stators 3 wird dadurch auf ein Minimum reduziert. Es ergibt sich dadurch ein volumetrischer Wirkungsgrad von annähernd 100%.The stator 3 is integrated into the hydraulic line 2 or forms a section of the hydraulic line 2 , the hollow cylinder wall of the stator being identical to the wall of the hydraulic line. The stator 3 of the linear motor 1 has an opening on one end face with a fluid connection 5 in the direction of a hydraulically actuatable actuator, in particular a spring strut. On the opposite end face ei ne corresponding opening is provided with a fluid port 6 through which the stator interior is to be connected to a storage unit ver. The translator 4 , which is guided as a pressure piston in stator 3 , has a sealing ring 7 in the area of its two end faces on its jacket surface, which ensure an at least largely pressure-tight closure between the two pressure sides of the translator 4 and are intended to minimize leakage flows between the two sides. The sealing gap between the outer wall of the translator 4 and the inner wall of the stator 3 is thereby reduced to a minimum. This results in a volumetric efficiency of approximately 100%.
In Fig. 2 ist der Systemaufbau für ein aktives Fahrwerk eines Fahrzeuges unter Verwendung des Linearmotors 1 in einem Fede rungssystem 8 mit einem hydraulisch betätigbaren Stellglied 9 dargestellt, wobei das Stellglied 9 im Ausführungsbeispiel ein Federbein ist, welches zwischen einem Rad des Fahrzeugs und dem Fahrzeugaufbau angeordnet ist. Der Linearmotor 1 mit dem Stator 3 und dem Translator 4 ist in der Hydraulikleitung 2 im Strö mungsweg zwischen einer Speichereinheit 10 und dem Stellglied 9 angeordnet; der als Hohlzylinder ausgebildete Stator 3 bildet einen druckdichten Abschnitt in der Hydraulikleitung 2. Dem Li nearmotor 1 ist ein Steuergerät 11 zugeordnet, welches die Be wegungen des Translators 4 im Stator 3 zur Einstellung eines erforderlichen Hydraulikdruckes im Stellglied 9 steuert.In Fig. 2, the system structure for an active chassis of a vehicle using the linear motor 1 in a Fede approximately 8 system with a hydraulically actuated actuator 9 is shown, wherein the actuator 9 is a strut in the embodiment, which is between a wheel of the vehicle and the vehicle body is arranged. The linear motor 1 with the stator 3 and the translator 4 is arranged in the hydraulic line 2 in the flow path between a storage unit 10 and the actuator 9 ; the stator 3 designed as a hollow cylinder forms a pressure-tight section in the hydraulic line 2 . The Li nearmotor 1 is assigned a control unit 11 which controls the movements of the translator 4 in the stator 3 for setting a required hydraulic pressure in the actuator 9 .
Für Wartungszwecke ist eine Bypassleitung 12 zur Überbrückung des Linearmotors 1 mit einem einstellbaren Bypassventil 13 vor gesehen. Im regulären Betrieb des Federungssystems 8 ist das Bypassventil 13 geschlossen und die Bypassleitung 12 unterbro chen, so dass kein Hydraulikfluid unter Umgehung des Linearmo tors 1 unmittelbar von der Speichereinheit 10 zum Stellglied 9 gelangen kann. Um die Position des Translators 4 innerhalb des Stators 3 neu einstellen zu können, wird das Bypassventil 13 geöffnet, so dass der Druckraum im Stellglied 9 über die By passleitung 12 unmittelbar mit der Speichereinheit 10 kommuni zieren kann und eine Verschiebung des Translators 4 im Stator 3 mit geringem Kraftaufwand bewerkstelligt werden kann.For maintenance purposes, a bypass line 12 for bridging the linear motor 1 with an adjustable bypass valve 13 is seen before. In regular operation of the suspension system 8 , the bypass valve 13 is closed and the bypass line 12 is interrupted, so that no hydraulic fluid can bypass the linear motor 1 from the storage unit 10 to the actuator 9 . In order to be able to reset the position of the translator 4 within the stator 3 , the bypass valve 13 is opened so that the pressure space in the actuator 9 can communicate directly with the storage unit 10 via the bypass line 12 and a displacement of the translator 4 in the stator 3 can be accomplished with little effort.
Die Verwendung des Linearmotors ermöglicht die mechanische Ent kopplung zwischen Fahrbahnanregungen, welche auf das Federbein 9 wirken, und dem elektrischen Antrieb. Kraftspitzen, die zum Beispiel beim Überfahren von Schlaglöchern entstehen können, werden durch das Magnetfeld des Linearmotors weich abgefangen.The use of the linear motor enables mechanical decoupling between lane excitations, which act on the strut 9 , and the electric drive. Force peaks that can arise when driving over potholes, for example, are softly absorbed by the magnetic field of the linear motor.
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