DE19955410A1 - Device for an active motor vehicle spring system on a motor vehicle structure has a load-bearing spring supported at an upper support point by a rotary electric drive mechanism on bodywork and at a lower support point on a wheel support. - Google Patents

Device for an active motor vehicle spring system on a motor vehicle structure has a load-bearing spring supported at an upper support point by a rotary electric drive mechanism on bodywork and at a lower support point on a wheel support.

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Abstract

A load-bearing spring (2) is supported at an upper support point (3) by a rotary electric drive mechanism (7) on a vehicle's bodywork (1) and at a lower support point (4) on a wheel support (5). An electric linear drive mechanism (6) operates parallel to the spring. The upper support point opposite the vehicle's bodywork adjusts with the rotary electric drive mechanism.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

[Stand der Technik][State of the art]

Bei einer derartigen aus der US 5,060,959 bekannten Vorrich­ tung ist zwischen dem Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeugs und einem Radträger eine lasttragende Feder mit einem parallel dazu wirkenden elektrischen Linearantrieb zur Bildung einer aktiven Federung vorgesehen. Ein derartiger elektrischer Linearantrieb ist zwar in der Lage, sehr schnelle Hubbewegun­ gen einzuleiten, er ist aber nur begrenzt fähig, statische Kräfte, die z. B. aufgrund von Eigenbewegungen des Fahrzeug­ aufbaus herrühren, aufzunehmen. Ein wichtiger Vorteil eines Linearmotors besteht unter anderem darin, dass er die Kraft nicht formschlüssig aufbringt. Er ist somit wesentlich tole­ ranter gegen Fehler in der Steuerung, da er bei höheren Kräften von außen sofort nachgibt und damit wie ein Dämpfer arbeitet.In such a Vorrich known from US 5,060,959 device is between the vehicle body of the motor vehicle and a wheel carrier a load-bearing spring with a parallel electric linear actuator to form a active suspension provided. Such an electrical Linear drive is capable of very fast stroke movements initiate conditions, but it is only of limited capacity, static Forces such. B. due to the vehicle's own movements build up, record. An important advantage of one Linear motor is, among other things, that it has the force does not apply positively. It is therefore essentially great ranter against errors in the control, since it is at higher External forces immediately give way and thus like a damper is working.

Zur Realisierung einer aktiven Federung gibt es verschiedene technologische Möglichkeiten. Es sind beispielsweise integra­ le Dämpfer mit einem elektrischen Spiral- bzw. Linearmotor bekannt (EP 0 363 158 B1). Ferner sind Kombinationen aus Spiral- mit Linearmotor und Luftfederung bzw. Luftfederung mit Linearmotor und Spindelmotor mit Luftfederung, die je­ weils parallel geschaltet sind, bekannt (DE 42 04 302 A1). Ferner ist die aktive Steuerung der Radbewegung im voraus mit Hilfe einer Preview-Sensorik aus der DE 43 29 161 A1 bekannt. Zur aktiven Steuerung von schnellen Einfederbewegungen ist die Reaktionsfähigkeit hydraulischer Aktuatoren zu gering. Schnelle hydraulische Verstelleinrichtungen bei hohen Kräften sind nur mit realtiv hohem Aufwand herzustellen. Rotatorisch elektrische Verstellantriebe können die erforderlichen hoch­ frequenten bzw. schnellen Hubbewegungen nicht realisieren. There are various ways to implement active suspension technological possibilities. For example, there are integra Le damper with an electric spiral or linear motor known (EP 0 363 158 B1). Combinations of Spiral with linear motor and air suspension or air suspension with linear motor and spindle motor with air suspension, each Weil are connected in parallel, known (DE 42 04 302 A1). Furthermore, active control of the wheel movement is included in advance With the help of a preview sensor system known from DE 43 29 161 A1. For active control of fast spring movements the responsiveness of hydraulic actuators is too low. Fast hydraulic adjustment devices with high forces can only be produced with relatively high effort. Rotatory Electric actuators can be the required high Do not realize frequent or fast stroke movements.  

Lineare Elektromotoren sind, wie schon erläutert, nur be­ grenzt fähig, statische Kräfte aufzunehmen.As already explained, linear electric motors are only be limits ability to absorb static forces.

[Aufgabe der Erfindung]OBJECT OF THE INVENTION

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs­ genannten Art zu schaffen, welche eine hohe Reaktionsfähgkeit auf eine breites Spektrum von Einfederungsbewegungen auf­ weist.The object of the invention is a device of the beginning to create mentioned type, which has a high responsiveness on a wide range of deflection movements has.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved.

Bei der Erfindung ist in Kombination mit dem zur Feder paral­ lel geschalteten elektrischen Linearantrieb ein rotatorischer Elektroantrieb vorgesehen, mit welchem die obere Stützstelle, an welcher die Feder am Fahrzeugaufbau abgestützt ist, gegen­ über dem Fahrzeugaufbau verstellbar ist und über welchen ferner die Feder am Fahrzeugaufbau abgestützt wird. Zwischen dem Radträger, an welchem die lasttragende Feder sich in einer untere Stützstelle abstützt, und dem Fahrzeugaufbau sind der elektrische Linearantrieb und der rotatorische Elektroantrieb hintereinander geschaltet. Der rotatorische Elektroantrieb dient zur Verstellung der oberen Stützstelle bei niederfrequenten Bewegungen, während der elektrische Linearantrieb neben der Funktion des Dämpfers ferner in der Lage ist, als aktives Stellglied für schnelle Radbewegungen zu dienen. Durch die kombinierte Anwendung des elektrischen Linearantriebs und des rotatorischen Elektroantriebs ergibt sich eine Erweiterung des Spektrums der steuerbaren Einfede­ rungsbewegungen. Mit Hilfe entsprechender Regelung können die jeweiligen Bewegungsaufgaben auf den elektrischen Linearan­ trieb und den rotatorischen Elektroantrieb verteilt werden, wobei auch beide Antriebe bzw. Motore gleichzeitig eingesetzt werden können. Durch Regelung der Verteilung der Systemaufga­ ben kann dem jeweiligen Teilsystem, die gerade am besten zu beherrschende Teilaufgabe zugeordnet werden. Hierdurch ist es auch möglich den energetischen Einsatz zu minimieren, wobei nur eine Energieform für die beiden Antriebe erforderlich ist. In bevorzugter Weise können der Linearantrieb und der rotatorische Antrieb als Einheit hergestellt werden, die mit elektrischer Energie versorgt wird. Ferner läßt sich eine aktive Steuerung der Radbewegungen im voraus mit Hilfe einer Preview-Sensorik erreichen. Z. B. können die Radbewegungen an der Hinterachse in Abhängigkeit von den Radbewegungen an der Vorderachse mit Hilfe des elektrischen Linearantriebs, wel­ cher als linearer Stellantrieb wirkt, im voraus realisiert werden.In the invention, in combination with that to the spring is paral lel switched electric linear drive a rotary Electric drive provided with which the upper support point, on which the spring is supported on the vehicle body against is adjustable over the vehicle body and over which furthermore, the spring is supported on the vehicle body. Between the wheel carrier on which the load-bearing spring is in a lower support point, and the vehicle body are the electric linear drive and the rotary one Electric drive connected in series. The rotary Electric drive is used to adjust the upper support point with low-frequency movements, while the electrical Linear drive in addition to the function of the damper in the Is able to act as an active actuator for fast wheel movements to serve. Through the combined application of the electrical Linear drive and the rotary electric drive results an expansion of the spectrum of controllable inputs movement. With the help of appropriate regulations, the respective motion tasks on the electrical linear drive and the rotary electric drive can be distributed, whereby both drives or motors are used simultaneously can be. By regulating the distribution of system tasks can be the subsystem that works best at the moment dominant sub-task. This is it  also possible to minimize the energetic use, whereby only one form of energy is required for the two drives is. In a preferred manner, the linear drive and the rotary drive can be manufactured as a unit with electrical energy is supplied. Furthermore, one can active control of wheel movements in advance with the help of a Reach preview sensors. For example, the wheel movements can the rear axle depending on the wheel movements on the Front axle with the help of the electric linear drive, wel acts as a linear actuator, realized in advance become.

Durch die Vielfalt der Funktionen können im wesentlichen alle Anforderungen, die an eine aktive Federung gestellt werden, wie Wankstabilisierung, variable Federungs- und Dämpfungsei­ genschaften, Niveauregulierung und dergleichen erfüllt wer­ den. Außerdem erreicht man erheblich reduzierte Losbrechmo­ mente durch Entfall des Dämpfers.Due to the variety of functions, essentially all Requirements placed on an active suspension such as roll stabilization, variable suspension and damping properties, level regulation and the like the. In addition, significantly reduced breakaway torque is achieved elements by eliminating the damper.

[Beispiele][Examples]

Anhand der Figuren wird anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:Based on the figures, the Invention explained in more detail. It shows:

Fig. 1 in Form eines schematischen Blockschaltbildes den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung; Fig. 1 in the form of a schematic block diagram the basic structure of a device according to the invention;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel; und Fig. 2 shows a first embodiment; and

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel. Fig. 3 shows a second embodiment.

Zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades gegenüber einem Fahrzeugaufbau 1 besitzen die dargestellten Ausführungsbei­ spiele eine lasttragende Feder 2, die an einer oberen Stütz­ stelle 3 über einen rotatorischen Elektroantrieb 7 am Fahr­ zeugaufbau abgestützt ist. Ferner ist die lasttragende Feder 2 an einer unteren Stützstelle 4 an einem Radträger 5 abge­ stützt. Parallel zur Feder 2 wirkt ein elektrischer Linearan­ trieb 6. Dieser kann beispielsweise in Form eines elektroma­ gnetischen Aktuators vorliegen.For active suspension of a motor vehicle wheel with respect to a vehicle body 1 , the illustrated embodiments have a load-bearing spring 2 , which is supported on an upper support point 3 via a rotary electric drive 7 on the vehicle body. Furthermore, the load-bearing spring 2 is supported abge at a lower support point 4 on a wheel carrier 5 . An electric linear actuator 6 acts parallel to the spring 2 . This can be in the form of an electromagnetic actuator, for example.

Die obere Stützstelle 3 ist gegenüber dem Fahrzeugaufbau 1 mittels des rotatorischen Elektroantriebs 7 verstellbar. Hierzu ist die obere Stützstelle 3, bezüglich des Fahrzeug­ aufbaus 1 in einer Führung 8, linear entlang eines Verstell­ weges V geführt. Der rotatorische Elektroantrieb 7 besitzt Statorpole 14, welche in einem Gehäuse 17 das starr mit dem Fahrzeugaufbau 1 verbunden ist, ortsfest angeordnet sind. Unter Belassung eines Spaltes liegen den auf einem Kreisring angeordneten Statorpolen 14 Rotorpole 15 eines Rotors 9 gegenüber. Bei Aktivierung des rotatorischen Elektroantriebs 7 wird die Drehbewegung des Rotors 9 in eine axiale Bewegung, mittels eines Gewinde- oder Spiraltriebs umgewandelt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist hierzu eine Kugelumlauf­ spindel 10 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist hierzu ein Trapezgewindetrieb 11 vorgesehen. Um die obere Stützstelle 3 in der jeweils eingestellten Position fixieren zu können, ist eine bevorzugt elektromagnetisch betätigbare Bremse 12 beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vorgesehen. Die Bremse 12 wirkt auf den Rotor 9. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird durch Selbsthemmung des Trapezgewindetriebs 11 der Rotor und damit die obere Stützstelle 3 in der jewei­ ligen vertikalen Position festgehalten. Hierdurch ist bei den beiden Ausführungsbeispielen eine Niveauregulierung und Wankstabilisierung über den Gewinde- bzw. Spiraltrieb mög­ lich. Um eine einwandfreie Linearführung der oberen Stütz­ stelle 3 zu erreichen ist eine Verdrehsicherung 16 vorgese­ hen. Diese kann an einem Fortsatz des starr mit dem Fahrzeug­ aufbau 1 verbundenen Gehäuse 17 vorgesehen sein.The upper support point 3 is adjustable relative to the vehicle body 1 by means of the rotary electric drive 7 . For this purpose, the upper support point 3 is guided linearly along an adjustment path V with respect to the vehicle body 1 in a guide 8 . The rotary electric drive 7 has stator poles 14 which are arranged in a stationary manner in a housing 17 which is rigidly connected to the vehicle body 1 . Leaving a gap, the stator poles 14 arranged on a circular ring lie opposite the rotor poles 15 of a rotor 9 . When the rotary electric drive 7 is activated, the rotary movement of the rotor 9 is converted into an axial movement by means of a threaded or spiral drive. In the embodiment of FIG. 2, a ball screw 10 is provided for this purpose. In the embodiment of FIG. 3, a trapezoidal screw drive 11 is provided for this. In order to be able to fix the upper support point 3 in the respectively set position, a preferably electromagnetically actuable brake 12 is provided in the exemplary embodiment in FIG. 2. The brake 12 acts on the rotor 9 . In the embodiment of Fig. 3 of the trapezoidal screw drive 11 is held in the rotor and thus the upper support point 3 in the time jewei vertical position by self-locking. As a result, in the two embodiments, level control and roll stabilization via the threaded or spiral drive is possible. In order to achieve proper linear guidance of the upper support point 3 , an anti-rotation device 16 is provided. This can be provided on an extension of the housing 17 rigidly connected to the vehicle body 1 .

Während der rotatorische Elektroantrieb 7 als Federfußpunkt­ verstellung für niederfrequente Bewegungen dient, wirkt der elektrische Linearantrieb 6, beispielsweise in Form eines elektromagnetischen Akuators über seine Funktion als Dämpfer hinaus als aktives Stellglied für schnelle Radbewegungen, die auf den Radträger 5 an der unteren Stützstelle 4 übertragen werden. Hierbei stützt sich der elektrische Linearantrieb über ein Stützelement 13 an der oberen Stützstelle 3 ab. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Stützelement 13 über die Stützstelle 3 (Federfußpunkt) starr mit einem Eingriffs­ teil 18 verbunden, das Bestandteil der Kugelumlaufspindel 10 ist und in welches die Kugeln der Kugelumlaufspindel 10 eingreifen. Auf das Eingriffsteil 18 wird die Rotationsbewe­ gung des Rotors 3 als Linearbewegung mit verdrehsicherer Führung durch die Verdrehsicherung 16 übertragen. Beim Aus­ führungsbeispiel der Fig. 3 ist das Stützelement 13 einstüc­ kig ausgebildet mit dem linear verschiebbaren Teil des Tra­ pezgewindetriebs 11. In dieses greift das vom Rotor 9 ge­ drehte Gegenstück des Trapezgewindetriebs 11 ein. Die lineare Verschiebung des Stützelements 13 wird durch die Verdrehsi­ cherung 16 gewährleistet.While the rotary electric drive 7 serves as a spring base point adjustment for low-frequency movements, the electric linear drive 6 , for example in the form of an electromagnetic actuator, acts as a damper as an active actuator for fast wheel movements which are transmitted to the wheel carrier 5 at the lower support point 4 . Here, the electric linear drive is supported by a support element 13 at the upper support point 3 . In the embodiment of FIG. 2, the support element 13 is rigidly connected via the support point 3 (spring base point) with an engagement part 18 which is part of the ball screw 10 and in which the balls of the ball screw 10 engage. On the engaging member 18 , the Rotationsbewe movement of the rotor 3 is transmitted as a linear movement with rotation-proof guidance through the rotation lock 16 . When From Fig operation example. 3, the support member 13 einstüc KIG formed with the linearly movable part of the Tra pezgewindetriebs. 11 In this the ge from the rotor 9 turned counterpart of the trapezoidal screw drive 11 engages. The linear displacement of the support element 13 is ensured by the rotation 16 .

Durch diese Anordnung ist eine hohe Reaktionsfähigkeit auf­ grund der Funktion des elektrischen Linearantriebs 6 bei den Ausführungsbeispielen gewährleistet. Statische Kräfte, welche aufgrund von Eigenbewegungen des Fahrzeugaufbaus 1 herrühren, werden über die Bestandteile des rotatorischen Elektroan­ triebs 7 in die Feder 2 eingeleitet. This arrangement ensures a high level of responsiveness due to the function of the electric linear drive 6 in the exemplary embodiments. Static forces, which originate from the vehicle body 1 due to its own movements, are introduced into the spring 2 via the components of the rotary electric drive 7 .

[Bezugszeichenliste][List of reference numerals]

11

Fahrzeugaufbau
Vehicle body

22nd

lasttragende Feder
load-bearing spring

33rd

obere Stützstelle
upper support point

44th

untere Stützstelle
lower support point

55

Radträger
Wheel carrier

66

elektrischer Linearmotor
electric linear motor

77

rotatorischer Elektroantrieb
rotary electric drive

88th

Führung
guide

99

Rotor
rotor

1010th

Kugelumlaufspindel
Ball screw

1111

Trapezgewindetrieb
Trapezoidal screw drive

1212th

Bremse
brake

1313

Stützelement
Support element

1414

Statorpol
Stator pole

1515

Rotorpol
Rotor pole

1616

Verdrehsicherung
Anti-rotation device

1717th

Motorgehäuse
Motor housing

1818th

Eingriffsteil
Engaging part

Claims (13)

1. Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau mit einer lasttragenden Feder, die an einer oberen Stützstelle am Fahrzeugaufbau und ei­ ner unteren Stützstelle an einem Radträger abgestützt ist, und mit einem parallel zur Feder wirkenden elektri­ schen Linearantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die obe­ re Stützstelle (3) mittels eines rotatorischen Elektroan­ triebs (7) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verstellbar und am Fahrzeugaufbau (1) abgestützt ist.1. Device for active suspension of a motor vehicle wheel on a vehicle body with a load-bearing spring, which is supported at an upper support point on the vehicle body and egg ner lower support point on a wheel carrier, and with a parallel to the spring acting electrical rule's linear drive, characterized in that the Above support point ( 3 ) by means of a rotary electric drive ( 7 ) is adjustable relative to the vehicle body ( 1 ) and is supported on the vehicle body ( 1 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Stützstelle (3) bezüglich des Fahrzeugaufbaus (1) linear geführt ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the upper support point ( 3 ) with respect to the vehicle body ( 1 ) is guided linearly. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der rotatorische Elektroantrieb (7) bei nieder­ frequenten Hubbewegungen des Radträgers (5) und der elek­ trische Linearmotor (6) bei höherfrequenten Hubbewegungen des Radträgers (5) aktiviert sind.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the rotary electric drive ( 7 ) with low-frequency lifting movements of the wheel carrier ( 5 ) and the elec trical linear motor ( 6 ) are activated at higher-frequency lifting movements of the wheel carrier ( 5 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Linearmotor (6) fer­ ner Dämpfungsfunktion hat.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electric linear motor ( 6 ) fer ner damping function. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rotatorische Elektroantrieb (7) einen fest mit der oberen Stützstelle (3) verbundenen Ge­ winde- oder Spiraltrieb (10; 11) antreibt.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary electric drive ( 7 ) a fixed to the upper support point ( 3 ) connected Ge thread or spiral drive ( 10 ; 11 ) drives. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Stützstelle (3) in ihrer jeweiligen Position durch eine am Rotor (9) des rotatori­ schen Elektroantriebs (7) wirkende Haltekraft am Fahr­ zeugaufbau (1) fixiert ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the upper support point ( 3 ) in their respective position by a on the rotor ( 9 ) of the rotator's electric drive ( 7 ) acting holding force on the driving tool structure ( 1 ) is fixed. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekraft durch eine am Rotor (9) wirkende Bremse (12) gebildet ist.7. The device according to claim 6, characterized in that the holding force is formed by a brake ( 9 ) acting on the brake ( 12 ). 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekraft durch Selbsthemmung des Gewindetriebs (11) gebildet ist.8. The device according to claim 6, characterized in that the holding force is formed by self-locking of the screw drive ( 11 ). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewinde- oder Spiraltrieb (10; 11) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verdrehsicher ge­ führt ist.9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the threaded or spiral drive ( 10 ; 11 ) relative to the vehicle body ( 1 ) is non-rotatable GE leads. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Linearantrieb (6) auf den Radträger (5) wirkt und mit einem Stützteil (13) an der oberen Stützstelle (3) abgestützt ist.10. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electric linear drive ( 6 ) acts on the wheel carrier ( 5 ) and is supported with a support part ( 13 ) at the upper support point ( 3 ). 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Linearmotor (6) und der rotatorische Elektroantrieb (7) eine Baueinheit bil­ den.11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the electric linear motor ( 6 ) and the rotary electric drive ( 7 ) form a structural unit. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Radbewegung mit Hilfe des elektrischen Linearmotors (6) in Abhängigkeit von einer Preview-Sensorik erfolgt.12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the control of the wheel movement with the aid of the electric linear motor ( 6 ) takes place in dependence on a preview sensor system. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Radbewegungen an der Hinterachse des Fahrzeugs in Ab­ hängigkeit von den Radbewegungen an der Vorderachse des Fahrzeugs gesteuert sind.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the wheel movements on the rear axle of the vehicle in Ab dependence on the wheel movements on the front axle of the Are controlled by the vehicle.
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