DE2346279C2

DE2346279C2 - Einrichtung zur Stoß- und Schwingungsisolierung eines Körpers

Info

Publication number: DE2346279C2
Application number: DE2346279A
Authority: DE
Inventors: Michael J. Fairview Pa. Crosby; Dean C. Davis Calif. Karnopp
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1972-09-19
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1985-08-29
Also published as: FR2200457A1; US3807678A; FR2200457B1; JPS5833123B2; JPS4970067A; CA973575A; DE2346279A1; IT994298B; GB1450441A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Stoß- und Schwingungsisolierung von der Art, die in den Oberbegriffen der Ansprüche ! und 2 angegeben ist

Je nach dem Anwendungsfall einer solchen Einrichtung kann entweder der erste Körper oder der zweite Körper der den jeweils anderen Körper tragende bzw. abstützende Teil sein. Zum Beispiel kann es sich bei dem zweiten Körper um einen Träger, ein Fundament oder ein Stützglied handeh;, auf dem der erste Körper über die Federung abgestützt ist. In diesem Fall sollen vom Träger ausgehende Stöße und Schwingungen von dem ersten Körper möglichst ferngehalten werden. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Radaufhängung eines Fahrzeugs, wobei das den Fahrbahnstößen ausgesetzte Fahrzeugrad der zweite Körper und das Fahrgestell, d. h. die gefederte Masse des Fahrzeugs, der erste Körper ist. Es kann aber auch der erste Körper ein Träger sein, z. B. ein Fundament, auf dem der zweite Körper über die Federung abgestützt ist. In diesem Fall geht es darum, die Einleitung der vom zweiten Körper, z. B. einer Maschine, erzeugten Schwingur^en in das Fundament gering zu halten.

Bei allen Federungssystemen gilt, tiaß eine Masse M, die über ein Federungssystem mit der Federkonslantcn K abgestützt ist, ein schwingendes System bildet, dessen eigene Resonanzfrequenz den Wert iJK/M hat. Das Systern wirkt schwingungsherabsetzend nur in einem Frequcnzbcreich, der oberhalb des i/2-fachen der Resonanzfrequenz liegt, während es im Bereich der Resonanzfrequenz selbst schwingungsvcrstärkend wirkt. Man legt das System daher so aus, daß der Frcquen/.bcreich der zu dämpfenden Schwingungsstöße deutlich über der Eigenresonanzfrequenz liegt. Enthält das System zusätzliche Dämpfungsglieder, wie z. B. Stoßdämpfer, dann können diese zwar die Amplitude der Resonanzschwingungen deutlich herabsetzen, sie bccinträchtigen aber die Schwingungsisolierung bei höheren Frequenzen. Bei der Auslegung der Dämpfer muß daher immer ein Kompromiß getroffen werden zwischen einem zu harten Dämpfer, der Stöße und Schwingungen zu stark überträgt, und einem zu weichen Dämpfer, der die Resonanzschwingungen ungenügend dämpft.

Um dieser Schwierigkeit zu entgehen, hat man bereits versucht, den Dämpfungswidcrstand einer Dämpfungsvorrichtung während des Betriebes bewcgtingsabhiin gig /u steuern. Eine Einrichtung der eingangs genannten

h^r> Art ist aus US-PS 12 Kl 079 nekanni. Es handelt sich um eine Radaufhängung mil einer Federung und einem par ullclgcschultclcn l'lüssigkcitsdänipfer, der eine den Kolben überbrückende Verbindungslcitiing mil Ventilen

aufweist, die normalerweise offen sind und durch am Fahrgestell beweglich gelagerte Trägheitsmassen so gesteuert werden, daß sie bei Auf- oder Abbewegung des Fahrgestells geschlossen werden. Bei diesem System weruen somit die Bewegungen der Radachse im wesentlichen ungedämpft gefedert, während die Eigenbewegungen des Fahrgestells stark gedämpft werden.

Bewegungsabhängige Steuerung der Dämpfungsvorrichtung ist auch iici aktiven Dämpfungsvorrichtungen bekannt, d. h. bei Dämpfungsvorrichtungen, die mit Hilfe einer äußeren Energiequelle aktive Gegenkräfte erzeugen können. Bei einer aus US-PS 36 06 233 bekannten Einrichtung zur Schwingungsisolierung ist einem passiven Federungssystem, das auch Dämpfungsglieder enthalten kann, eine aktive Dämpfungseinrichtung parallel oder in Serie zugeschaltet, bei der die beiden KoI-bcnseiten eines Fiüssigkeits-Stoßdämpferzylinders mit einem von einer Druckwelle gelieferten zusätzlichen Druck beaufschlagt werden, und zwar mittels einer Steuervorrichtung immer dann, wenn die vom zu isolierenden Körper fernzuhaltenden Schwingungen innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches liegen. Damit kann die Steifheit der Dämpfungsvorrichtung frequenzabhängig gesteuert werden.

Eine ähnliche aktive Dämpfungsvorrichtung ist aus US- PS 35 61 574 bekannt, wobei ein hydraulischer Stoßdämpferzylinder auf beiden Kolbenseiten immer dann mit zusätzlichem Druck von einer äußeren Druckwelle beaufschlagt wird, wenn die auftretenden StoObelasiungskräfte Ober einem vorgegebenen Grenzwert liegen. Dies bedeutet, daß die Einrichtung geringe Dämpfung bei Normalbelastungen, wie Wärmedehnungen, Grundschwingungen u. dgU aber hohe Dämpfung bei außergewöhnlichen Belastungen, wie Explosionsstößen u. dgl. aufweist.

Bei aüen vorgenannten bekannten Einrichtungen erfolgt die Steuerung oder auch Energiebeaufschlagung der Dämpfungsvorrichtung in Abhängigkeit vom Bewegungszustand, wie z. B. Auslenkungsamplitude, Beschleunigung, frequenz, des einen Körpers, ohne daß die momentane Relation dieser Bewegung zu einer etwaigen Bewegung des zweiten Körpers berücksichtigt wird. Es wird dabei insbesondere nicht berücksichtigt, daß der von einer Dämpfungsvorrichtung in jedem Augenblick erzeugte Dämpfungswiderstand der Übertragung von Scnwingungs- oder Stoßenergie von einem Körper auf den anderen entweder entgegenwirken oder sie unterstützen kann, je nachdem, ob die absolute Bewegung des einen Körpers zur Relativbewegung der Körper gegeneinander gleich- oder entgegengerichtel isi. Wenn z. B. bei der Radaufhängung eines Fahrzeugs diis Rad cinfedert. dann ist die vom Stoßdämpfer auf das Fahrgestell ausgeübte Reaktionskraft nach oben gerichtet, so daß eine in diesem Augenblick vorhandene Eigenbewegung des Fahrgestells, je nachdem, ob sie nach oben oder nach unten gerichtet ist, von der Stoßdämpferkraft entweder zusätzlich beschleunigt oder aber gebremst wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man bei einem System der eingangs genannten Art die Schwingungs- und Stoßisolierung wesentlich verbessern kann, wenn man diesen Richtungsbezug zwischen der Absolutbewegung des einen Körpers und der Relativbewegung der beiden Körper zueinander bei der Steuerung der Dämpfungsvorrichtung berücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Dämpfungsvorrichtung so gesteuert wird, daß die von der Dämpfungsvorrichtung ausgeübte Kraft immer dann herabgesetzt wird oder im wesentlichen verschwindet, wenn sie eine die Energieübertragung zwischen dem ersten und zweiten Körper unterstützende Richtung hat.

Erfindungsgemäße Lösungen der Aufgabe sind in den Ansprüchen 1 und 2 angegeben. Die Unteransprüche betreffen weitere bevorzugte Ausgestaltungen.

Gemäß der im Anspruch 1 angegebenen Lösung der Aufgabe wird die Dämpfungsvorrichtung durch mit

to dem ersten und zweiten Körper verbundene Sensoren gesteuert Mit den Sensoren kann die Richtung der Absolutbewegung des ersten Körpers und die Richtung einer Relativbewegung zum zweiten Körper erfaßt werden. Wenn diese Richtungen einander entgegengesetzt sind, wird die Dämpfungsvorrichtung in den Zustand mit niedrigerem Dämpfungswiderstand gesteuert, denn in diesem Fall würde die von der Dämpfungsvorrichtung auf den ersten Körper ausgeübte Reaktionskraft zu dessen momentaner Absolutbewegung gleich- gerichtet sein und diese in nachteiliger Weise Verstärkt»,

Bei der im Anspruch 2 angegebenen Lösung der Aufgabe genügt ein einziger, mit dem ersten Körper verbundener Sensor, jedoch benötigt man eine Dän;philfsvorrichtung, deren Dämpfungswiderstand für die eine und andere Richtung der Relativbewegung zwischen den Körpern getrennt gesteuert werden kann. Abhängig von der vom Sensor ermittelten Richtung der Absolutbewegung des ersten Körpers wird der Dämpfungswiderstand für die ihr entgegengesetzte Richtung der Relativbewegung herabgesetzt. Bei Anwendung an einer Radaufhängung eines Fahrzeugs würde man also bei momentaner Aufwärtsbewegung des Fahrgestells den Dämpfungswiderstand gegen Einfedern des Rades herabsetzen, und umgekehrt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine teils schematische, teils Blockdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung von einem herkömmlichen passiven Dämpfer,

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen gemischten aktiven-passiven Dämpfersystems,

Fig.5 die graphische DarstePung des Schwingungsübcrtragungsverhaltens der Systeme nach Fig.3 und

¹K) F i g. 4,

Fig.6a und 6b die graphische Darstellung des Zeitverlaufes der Dämpferkräfte, Systemkräfte, Geschwindigkeitc und Auslenkung für eine Einrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 7 den Dämpfingsverlauf einer Einrichtung nach Fig. 2,

F i g. 8 einen graphischen Vergleich des Schwingungsübertragungsverhaltens eines passiven Dämpfers, eines gemischten aktiv-pawiven Systems und eines Systems gemäß der Erfindung.

In F i g. 1 stützt die insgesamt mit 10 bezeichnete Einrichtung zur Schwingungsisolierung die vor Stößen/Vibrationen zu schützende Masse 11, gegen das Lager oder den Träger 12 ab, und verringert gleichzeitig die Übertragung von mechanisch Energie in Form von Stoßen oder Schwingungen zwischen beiden. Die Art, wie die Energie in das System eingebracht wird, ist wesentlich für die Erfindung. Die Einrichtung kann statt

zum Abstützen auch zum Aufhängen einer Masse dienen. Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein System mit einem Freiheitsgrad in der Senkrechten. Die Erfindung kann auch an Systemen mit mehreren Freiheitsgraden angewandt werden. Die Erfindung kann auch in den anderen Fällen als Abstützungen oder Aufhängungen angewandt werden, in denen die Übertragung von Energie zwischen getrennten Bauteilen kontrolliert werden soll.

Die ganze Einrichtung 10 besteht aus einer passiven Federung 14 mit oder ohne Dämpfer und einer steuerbaren Dämpfungseinrichtung 16. Die Federung ist abstützend oder kraftübertragend zwischen Masse 11 und Träger 12 geschaltet und übernimmt auch die statische Last der Masse 11 innerhalb bestimmter Auslenkungsgrenzen. Es ist erwünscht, daß die Kennung oder Federkonstante der passiven Federung so ausgelegt ist. daß sie die gewünschte Isolierung der Masse 11 im Bereich der Betriebs- oder Erregungsfrequenz der Masse bewirkt. Die jeweils mögliche Auslegung dieser Kennung bestimmt in hohem Maße die Art, in welcher der steuerbare Dämpfer 16 gesteuert werden muß. jedenfalls muß die Federung 14 die statische Abstützung der Masse 11 übernehmen, d. h. die Federung 14 wirkt sowohl abstützend als auch isolierend für die Masse 11, mindestens oberhalb einer bestimmten Schwingungsfrequenz, die von der Eigenfrequenz des ganzen Systems 10 abhängt.

Viele passive Isolatoren, d. h. Federungen, enthalten ein Dämpfungsglied, welches die Übertragungseigenschaft beeinflußt. Die meisten der passiven Dämpfer, z. B. Flüssigkeitsdämpfer, arbeiten in Abhängigkeit von der Relativbewegung am Dämpfer. Ein solcher Dämpfer hat den Vorteil, die Bewegungsverstärkung im Bereich der Eigenfrequenz herabzusetzen; nachteilig ist jedoch die geringere Isolierwirkung im zu dämpfenden Betriebsfrequenzbereich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, die Federung 14 so auszulegen, daß sie möglichst dämpfungsfrei ist, um eine bestmögliche Isolierwirkung im Arbeits^frequenzbereich zu erzielen. Die steuerbare Dämpfungsvorrichtung 16 ist parallel zu der Federung 14 zwischen Masse 11 und Träger 12 geschaltet. Dadurch erfährt er die gleichen Bewegungen wie die Federung 14. Der Dämpfer 16 ist, vorzugsweise unabhängig von den an ihn angreifenden Bewegungen, von außen in seinem Dämpfungsverhalten steuerbar. Durch selektive Steuerung des Dämpfungswiderstandes kann der Dämpfer 16 gesteuerte Gegenkräfte erzeugen, die zusammen mit der Federung 14, ein steuerbares Übertragungsverhalten des Systems 10 ergeben.

Steuerbare Dämpfer 16 von verschiedener Konstruktion, z. B. Flüssigkeits-, Elektroflüssigkeits-, Reibungsoder elektrisch-mechanische Dämpfer u. dgl, können im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Die Art der Steuerung und die Ausführung der steuerbaren Dämpfungsvorrichtung 16 ist nicht nur von dem gewünschten Transmissionsverhalten, sondern auch von der konstruktionsbedingten Charakteristik des Dämpfers abhängig. Zum Beispiel sind die meisten Flüssigkeitsdämpfer von der Geschwindigkeit der am Dämpfer wirksamen relativen Bewegung abhängig. Um einen solchen Dämpfer zufriedenstellend steuern zu können, muß bei der Konstruktion des gesamten Systems auf dessen Aufbau und Charakteristik Rücksicht genommen werden. Das Verhalten eines Reibungsdämpfers dagegen ist, außer unter bestimmten Bedingungen, weitgehend unabhängig von der Geschwindigkeit der Relativbewegung am Dämpfer.

Wie dargestellt, sind Sensoren 18 sowohl an der Masse 11 als auch am Träger 12 angebracht und überwachen dauernd verschiedene Parameter, die repräsentativ für Stöße oder Vibrationen sind, wie Lage, Geschwindigkciten oder Beschleunigungen. Je nachdem, ob relative oder absolut«* Parameter überwacht werden, kann unter Umständen ein Sensor ausreichen. Offensichtlich können auch Auslenkungssensoren (nicht gezeigt) zwischen Masse 11 und Stütze 12 verwendet werden, um z.B.

to Parameter wie die Relativgeschwindigkeit zu überwachen. Weiterhin können mehrere Parameter gleichzeitig überwacht werden. Die Hauptaufgabe der Sensoren 18 ist die ständige Überwachung eines oder mehrerer gewünschter Parameter und die dauernde Erzeugung von

ι; Signalen proportional zu diesen Parametern.

Die Sensoren 18 sind mit einer Signalüberwachungseinrichtung 20 verbunden, die Signale der Sensoren 18 empfängt. Die Signalüberwachung verarbeitet die eingehenden Sensorsignale in geeigneter bestimmter Weise und erzeugt ständig ein Steuer- oder Befchlssignal, welches zur steuerbaren Dämpfungsvorrichtung 16 übertragen wird, um ständig dessen Dämpfungseigenschaften, d. h. die Dämpfungskraft, zu steuern, die erforderlich ist, damit eine Relativbewegung am Dämpfer 16 mit der Federung 14 zusammenwirkt, um die Übertragung von Stoßen oder Vibrationen, die auf Masse 11 oder Stütze 12 wirken, herabzusetzen, besonders in dem Verstärkangs- oder Resonanzbereich der Federung 14.
Unter Bezug auf F i g. 2 wird eine bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung 10 gemäß der Erfindung gezeigt. Ein passiver Isolator in Form einer Federung 24, die auch mit einem Stoßdämpfer 25 versehen sein kann, aber nicht muß, ist kraftübertragend zwischen Masse 11 und Träger 12 eingebaut. Wie bereits erwähnt ist l-s

J5 vorteilhaft, daß ein Stoßdämpfer 25 nicht vorhanden ist. und daß die Feder 24 weitgehend ungedämpft ist.

Eine steuerbare Dämpfungsvorrichtung ;n For:" eines Flüssigkeitsdämpfers 26 ist parallel mit der Federung 24 zwischen Masse 11 und Stütze 12 geschaltet.

Dieser steuerbare Flüssigkeitsdämpfer 26 besitzt eine Kolbenstange 27. die den Kolben 28 mit der Masse 11 verbindet. Der Kolben 28 befindet sich in einem Zylinder 29 und liegt dicht an der Zylinderwand an, so daß er den Zylinder 29 in zwei Räume 29a und 296 teilt. Das untere Ende des Zylinders 29 ist mit dem Träger 12 verbunden. Der Kolben 28 gleitet in Längsrichtung des Zylinders 29, in Folge von Relativbewegungen zwischen Masse 11 und Stütze 12, was eine entsprechende Veränderung des Volumens der Räume 29a und 296 zur Folge hat. Der Zylinder 29 ist mit einem viskosen Medium wie zum Beispiel öl oder Gas, gefüllt. Normalerweise muß ein Tank bzw. Sammler 30 in Verbindung mit dem Zylinder 29 zur Aufnahme des durch die Kolbenstange 27 beim Eintauchen in den Zylinder 29 verdrängen VoIumens vorgesehen werden. Dieser Sammler kann innen- oder außenliegend vorgesehen werden. Der Sammler 30 kann entfallen, wenn die Kolbenstange 27 durch die ganze Länge des Zylinders 29 geführt wird, so daß die Bewegung des Kolbens 28 nicht das Gesamtvolumen der Räume 29a, 296 verändert

Die Kammern 29a und 296 sind flüssigkeitsführend über zwei parallele Leitungen mit aktivsteuerbaren Einwegventilen 31 bzw. 32 verbunden. Die Einlaßseile von Ventil 31 ist über eine Leitung 33 mit der Kammer 29 verbunden und die Ausiaßseite von Ventil 31 ist über eine Leitung 34 mit der Kammer 296 verbunden. In gleicher Weise ist die Einlaßseite von Ventil 32 über Leitung 36 mit der Kammer 29a verbunden. Jedes Ventil

.11 und 32 besitzt ein passives Federelcmenl 31a bzw. 32;/, welches das Ventil normalerweise geschlossen halt. Diese Anordnung e~laubt den Betrieb der Ventile für den Flüssigkeitsdurchlaß nur in einer Durchgangsrichtung, die durch die Richtungspfeile angezeigt ist. Weiterhin enthalten die Ventile je ein selektiv steuerbares Kcdcrvc'-pannglied 37 und 38 zur Steuerung der Druckseite Slrömungscharakteristik oder der Drosselwirkung in Durchflußrichtung. Ein Diagramm des Einlaß/Auslaßverhaltens ist neben der Fig.2 rechts unten dargestellt. Diese Drosselung der Ventile bestimmt die Dämpfung und damit die vom Dämpfer 26 erzeugte Widerstandskraft. Die Steuereinheiten 37 und 38 werden gesteuert durch Filter 39 und 40 für die Befehlssignalc. Die Eingangs-Ausgangs-Spannungskennlinie der RUl¹I" 39 und 40 ist jeweils dargestellt, wobei die Eingangsspannung waagerecht, die Ausgangsspannung ti-nliii-chl ;iΝfwrclragen ist.

tun Beschleunigungsmesser 41 für dauernde Überwachung der absoluten Beschleunigung ist an der Masse 11 angebracht. Das ständig erzeugte, zur Beschleunigung proportionale Signal wird zu einer Signaivcrarbeitungscinrichtung 50 geleitet, die Signalmodifiziereinrichtungen 51. wie z. B. Verstärker, Integratoren usw., enthält, deren Ausgang vom Summierglied 52 summiert wird. In dem vorliegenden Fall enthält die Modifiziereinrichtung 51 einen Verstärker und einen Mischer, die kontinuierlich die Sensorsignale von dem Beschleunigungsmesser 41 in einen Steuerbefehl umwandeln, der in Größe und Vorzeii hen proportional zur absoluten Geschwindigkeit der Masse 11 ist. Falls zusätzliche Signale für Steuer/wecke verwendet werden, wird die Summierschallung 52 verwendet, um die Ausgangssignale der Verarbeitungseinrichtung 51 richtig zu verknüpfen und einen geeigneten Steuerbefehl zu erzeugen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Steuerbefehl proportional zur Absolulgeschwindigkcit der Masse 11 und von gleichen Vorzeichen. Dieser Steuerbefehl wird dauernd zu dem steuerbaren Dämpfer 26 geleitet, welcher daraufhin ständig den Durchflußwiderstand zwischen den Kammern 29a und 296 steuert; dadurch kann der aktive Dämpfer veranlaßt werden, eine Widerstandskraft zu erzeugen, die im Zusammenwirken mit der Kraft der Feder 24 den Bewegungen der Masse 11 entgegenwirkt.

Damit der Dämpfer 26 eine Kraft erzeugen kann, ist eine Relativbewegung zwischen Masse 11 und Stütze 12 erforderlich. Diese Kraft ist der Relativbewegung entgegengesetzt. Je nach der Art der Steuerung kann es dabei vorkommen, daß der Dämpfer Kräfte in einer Richtung erzeugt, die mit der gewünschten Richtung nicht übereinstimmt Ein typischer Fall dafür ist die Steuerung der Dämpfung als Funktion der absoluten Geschwindigkeit der Masse 11. Wenn die absolule Bewegung der Masse 11 entgegengesetzt der relativen Bewegung der Masse 11 zum Träger 12 ist dann ist der Dämpfer nicht in der Lage, eine der absoluten Bewegung der Masse 11 entgegengerichtete Krcft zu entwikkeln. Dies begrenzt zwar die Anwendung der Erfindung, jedoch kann dieser Nachteil weitgehend verringert werden, wenn man dafür sorgt, daß der Dämpfer eine Kraft nahezu Null, d. h. keinen Widerstand unter dieser Bedingung, erzeugt Diese Maßnahme kann entweder bei der Konstruktion des Dämpfers oder seiner Steuerung realisiert werden. Es ist zu erwähnen, daß, solange Masse 11 und Stütze 12 in phasengieicher Bewegung sind oder die Stütze 12 ortsfest ist, diese Begrenzung der Anwendung des Erfindungsgegenstands keine Rolle spielt Für die steuerbare Dämpfungsvorrichtung 26 gilt ferner die Begrenzung, daß sie nur eine bestimmte Maximalkraft erzeugen kann; diese ist bestimmt durch die Trüghcitskräfte, abzüglich der algebraischen Summe der anderen Kräfte, die auf die Masse wirken. Diese Grenzen werden als Randbedingungen angesehen und in der Folge besprochen.

Um den Betrieb der Dämpfungsvorrichtung 26 zu verstehen, sei angenommen, daß Masse 11 und Stütze 12 sich voneinander entfernen, so daß Flüssigkeit von dem

ίο Kolben 28 aus Kammer 29a in die Kammer 296 gedrückt wird. Wenn die absolute Geschwindigkeit der Masse 11 positiv oder nach oben gerichtet ist, wird ständig ein dazu proportionales, positives Steuersignal erzeugt. Das Filter 39 empfängt dieses Signal und regelt ständig die Druck-Strömungskennlinie oder Drosselwirkung des Ventils 31 durch die Vorspannmitiel 37 für die von der Kammer 29a über die Leitung 32, Ventil 31 und Leitung 34 zur Kammer 296 strömende Flüssigkeit. Wenn die Absolutgeschwindigkeit der Masse 11 negativ oder nach unten gerichtet ist, d. h. in Gegenrichtung zur Richtung der Relativbewegung, wird ein dazu proportionales negatives Steuersignal kontinuierlich erzeugt. Die Filtereinrichtung 39 und die Vorspannmittel 37 erzeugen in dem Ventil 31 eine Widerstandskraft praktisch vom Wert Null, und abgesehen von dem kleinen Widerstand der Feder 31a wird das Ventil 31 eine freie, unbehinderte Strömung der Viskosenflüssigkeit aus der Kammer 29a in die Kammer 296 gestatten.

Es sei jetzt angenommen, daß sich Masse 11 und Lager 12 aufeinander zu bewegen, so daß der Kolben 28 Flüssigkeit von Kammer 296 zu Kammer 29a drückt. Wenn die absolute Geschwindigkeit der Masse 11 positiv oder aufwärtsgerichtet ist, wird ein dazu proportionales positives Steuersignal erzeugt. Filter 40 und Steuereinheit 38 steuern das Ventil 32 auf Widerstand Null, so daß das Ventil 32. abgesehen vom Widerstand der Feder 32a, eine widersiandsfreie Strömung von Kammer 296 zu Kammer 29a ermöglicht. Wenn die absolute Geschwindigkeit der Masse 11 negativ oder nach unten gerichtet ist, dann wird ein dazu proportionales negatives Dauersignal erzeugt. Filter 40 und Steuereinheit 38 steuern den Widerstand oder die Druckwirkung des Ventils 38 für die von Kammer 296 über Leitung 35, Ventil 32 und Leitung 36 zu Kammer 29a fließende Flüssigkeit.

Um etwaige Beeinflussungen durch den Speicher 30 möglichst auszuschalten, ist der Speicher 30 parallel zwischen Kammer 296 und die Auslaßseite des Ventils 32 geschaltet. Ein normales Rückschlag-Kugelventil 30a

so ist zwischen Kammer 296 und Speicher 30 angeordnet zur Verhinderung einer Strömung zwischen Kammer 296 unter Umgehung des Ventils 32, wodurch etwaige unerwünschte Rückwirkungen des unter Druck stehenden Speichers 30 auf die Strömung eliminiert werden.

Erforderlicher Flüssigkeitsnachschub kann ohne weiteres über das Rückschlagventil in die Kammer 296 eintreten, während Flüssigkeitsüberschuß aus Kammer 296 über das Ventil 32 zum Speicher 30 Hießt
Ein gleiches Kugelventil 306 liegt in Leitung 36 und verhindert einen Fluß von Kammer 29a unter Umgehung von Ventil 31 zum Tank und gleichzeitig verhindert es unerwünschte Rückwirkungen vom Tank. Es ist zu erwähnen, daß nur ein geringer Druck in dem ganzen System herrscht so daß die Gefahr des Leckens als auch der Vorspannung druckseitig gering ist

Aus dem Gesagten ist ersichtlich, daß die Dämpfungsvorrichtung 26 derart betrieben wird, daß die von ihr erzeugten Widerstandskräfte nicht zwangsläufig von

der relativen Bewegung abhängig sind, sondern insbesondere dann gesteuert herabgesetzt werden, wenn die Richtung der gewünschten Kraft nicht mit der sich aus der vorhandenen relativen Bewegung ergebenden Kraftrichtung übereinstimmt. Wenn der Dämpfer 26 durch seine Bauart von der Geschwindigkeit der relativen Bewegung am Dämpfer unabhängig ist, kann ein Ausgleich dafür durch geeignete Steuerung geschaffen werden. Es ist ebenfalls offensichtlich, daß die Dämpfungseigenschaften weitgehend durch günstige Auswahl der Betriebsflüssigkeit, der Abmessungen von Zylinder 29 und Kolben 28 sowie der Kennlinien der Filter 39 und 40 sowie der Steuereinheil 37 und 38 verändert werden können.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise eines dämpfenden Systems der vorliegenden Erfindung soll nochmals auf die bisher bekannten passiven und ger»-»icOk(_ViilkoLti»/on CuclemA nincrpnannpn luAr/ipn

■ I·).»«»··* ,IUlLIU(ISl « WIl UJUtV····. 1.1..QVQ*... Q Wl. .. w. «.—...

In F i g. 3 ist schematisch ein herkömmliches passives Dämpfersystem dargestellt. Es enthält eine Parallelschaltung einer passiven Feder mit der Federkonstanten K und einen passiven Flüssigkeitsdämpfer mit dem Dämpfungs-Koeffizient B, die beide die Masse M stützen. Wenn Stütze und Masse ihre Lage verändern, und ihre Auslenkungen AO und X sind, dann ist die Übertragungsfunktion für diese Bewegungen:

-γ- = (BS + K)Z(MS² + BS+ K),

_X

X₀

(M+ K_t)S² + K₂S+ K

30

wobei 5 der Laplace-Operator ist. Die ungedämpfte Eigenfrequenz dieses Systems ist ψK(M und das Dämpfungsverhältnis isl S/2 {KM. Die Übertragungskennlinie eines solchen Systems ist in Fig.5 für eine ungedämpfte Eigenfrequenz vom Wert 1 und für verschiedene Dämpfungsverhältnisse aufgetragen. Allgemein zeigt die Kennlinie eines rein passiven Dämpfersystems eine Abschwächung oder Isolierung der Masse für Frequenzen, die größer als das i/2-fache der Eigenfrequenz (1.0) sind, und eine Verstärkung im Bereich der Eigenfrequenz. Es ist ersichtlich, daß die Resonanzampiitude durch das Dämpfungsverhalten beeinflußt wird. Eine Herabsetzung der Resonanzamplitude kann aber nur durch einen Verlust von Dämpfung im Bereich oberhalb der Resonanz, d. h. im Bereich der Schwingungsisolierung, erkauft werden. Deswegen sind reine passive Dämpfersysteme ein Kompromiß.

In F i g. 4 ist ein gemischtes Dämpfungssystem dargestellt, ähnlich dem aus US-PS 36 06 233 bekannten System. Es enthält eine parallele Anordnung einer passiven Feder mit der Federkonstanten K und einem aktiven Isolator oder Krafterzeuger F, die die Masse M gegen ein Lager stützen. Die Beschleunigung der Masse wird überwacht und ein Beschleunigungssignal erzeugt, v/elches wie angegeben verstärkt, integriert und summiert wird. Das Symbol K\ bezeichnet den Signalstärkungsfaktor. 1/5 repräsentiert die Integration des Beschleunigungssignals zu einem Geschwindigkeitssignal und Ki vertritt den Verstärkungsfaktor für die Geschwindigkeit Wenn ΛΌ und X die Auslenkungen von Stütze und Masse sind, ist die Übertragungsfunktion, die diese Bewegungen verknüpft:

Wobei 5 die Laplace-Operator ist Die ungedämpfte Eigenfrequenz ist tJK/M + K\ und das Dämpfungsverhältnis

7VW+K0K

Die Eigenfrequenz kann durch entsprechende Wahl von K\ beeinflußt werden, während durch K die statische Auslenkung bestimmt wird. Der Wert des Dämpfungsverhältnisses kann durch geeignete Wahl von Ki gesteuert werden. Die Übcrtragungskennlinie einer solchen Aufhängung ist in F i g. 5 gestrichelt für verschiedene Dämpfungsverhällnisse angegeben. Diese Kurve gemäß F i g. 5 gilt auch für rein aktive Systeme.

Im Vergleich zu dem rein passiven System bringt ein gemischtes passiv/aktives System eine Verbesserung. Diese Verbesserung liegt darin, daß das gemischte System eine größere Isolierung in dem Isolations-Frequenzbereich des Systems und gleichzeitig höhere

DämnfnncF hpi nnH iintprrfrr P\ani\{rpn\\pm hiptpt nhno

daß Kompromisse hinsichtlich der statischen Auslenkung nötig sind. Jedoch erfordert ein aktiver Dämpfer allein oder in Kombination mit passiven Dämpfern eine große äußere Energiequelle und umfangreiche Anlagen zur Energieumsetzung, wie bereits erwähnt.

Das System gemäß der vorliegenden Erfindung ist dem vorbeschriebenen aktiv-passiven System ähnlich, jedoch ist die Energiequelle durch einen in bestimmter Weise gesteuerten passiven Dämpfer ersetzt, und die einzige äußere Energie ist diejenige, die zum Betrieb der geeigneten Steuervorrichtungen gebraucht wird. Der Kraftbedarf für den steuerbaren Dämpfer ist wesentlich niedriger als für einen aktiven Krafterzeuger. Um die Kennlinie darzustellen, wurde das vorliegende Dämpfersystem auf einem Computer simuliert. Die Simulation beruhte auf einer Modifikation der linearen Charakteristik eines gemischten Dämpfers derart, daß das steucrungsbedingte nicht-lineare Verhalten, wie zuvor beschrieben, berücksichtigt wurde. In dem beschriebenen Beispiel war die Steuergröße die absolute Geschwindigkeit der Masse. Um zu einem Vergleich mit dem gemischten System zu kommen, war es notwendig, den Verstärkungsfaktor für die Beschleunigung K\ gleich Null zu setzen. Der Verstärkungsfaktor für die Geschwindigkeit wurde so eingestellt, daß sich ein geeignetes Dämpfungsverhältnis ergab.

Um das Betriebsverhalten der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, sind in F i g. 6a und 6b Zeitverläufe der Auslenkung, Geschwindigkeit, vom Dämpfer abgegebene Kraft Fo und Gesamtkraft Fs für die angegebenen Frequenzen und Dämpfungsverhältnisse dargestellt Das Zeitdiagramm der Dämpferkraft Fd zeigt, daß der Dämpfer zweimal während eines Zyklusses keine Kraft entwickelt Beim Vergleich der Geschwindigkcitskennlinien fällt auf, daß die Dämpferkraft dann Null ist, wenn die relative Geschwindigkeit über den Dämpfer gesetzt zur gewünschten Kraftrichtung gerichtet ist. Die Geschwindigkeitskennlinien zeigen auch, daß die Geschwindigkeit der Masse und der Stütze während Teilen des Zyklus gleich sind. Dies tritt ein, wenn äußere Kräfte die des Dämpfers übersteigen. Physikalisch bedeutet das einen völlig starren Dämpfer, und die dabei erzeugte Kraft ist eine Funktion der Massenträgheit und anderer Kräfte, die an der Masse angreifen. Die Fähigkeit des Systems zur Schwingungsisolierung ist in gewissem Grade in dem Zeitdiagramm der Auslenkung dargestellt Geringe Isolierwirkung ist in Fig.6a sichtbar infolge des Frequenzverhältnisses von 0,5. Dagegen ist bei einem Frequenzverhältnis von 13 eine gute Isolierung vorhanden.

In Fig. 7 sind die ÜbertragungsKennlinicn für verschiedene Dämpfungsverhältnissc bei der Einrichtung
ρ müll der Erfindung gezeigt. Vergleiche /wischen den
verschiedenen besprochenen Systemen sind in I" i j·. '.<
ge/cigl. Ks wird die Überlegenheit der vorliegenden Kr- ^r. fiiuliing im Hinblick iiuf Dämpfung gegenüber den bekannten passiven Systemen deutlich und die Kurven
nähern sich den bekannten gemischt-aktiven Systemen.
Gleiche Ergebnisse wurden auch bei Zufallseingaben
erreicht. ^|n

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

20

30

35

40

45

50

55

60

δ5

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Stoß- und Schwingungsisolierung eines ersten Körpers, der mit einem zweiten. Stoßen und/oder Schwingungen ausgesetzten Körper über eine Federung und über eine Dämpfungsvorrichtung verbunden ist, deren Dämpfungsverhalten zwischen einem hohen Dämpfungswiderstand und einem niedrigen Dämpfungswiderstand umsteuerbar ist mittels einer Steuereinrichtung, die einen auf die Absolutbewegungen des ersten Körpers richtungsabhängig ansprechenden Sensor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (18, 20) zusätzlich Mittel zum Erfassen der Richtung der Relativbewegung des ersten Körpers (11) relativ zum zweiten Körper (12) aufweist und in Abhängigkeit von der Richtung dieser Relativbewegung und der vom Sensor (18) erfaßten Richtung der absoluten Bewegung des ersten Körpers (ii) die Dämpfungsvorrichtung (16) derart steuert, daß diese sich im wesentlichen dann im Zustand mit niedrigerem Dämpfungswiderstand befindet, wenn die Relativbewegung des ersten Körpers gegenüber dem zweiten Körper der Absolutbewegung des ersten Körpers (11) entgegengerichtet ist

2. Einrichtung zur Stoß- und Schwingungsisolierung eines ersten Körpers, der mit einem zweiten. Stoßen und/oder Schwingungen ausgesetzten Körper über eine Federung und eine Dämpfungsvorrichtung verbinden ist, deren Dämpfungsverhalten zwischen einem hohen Dämpfungswiderstand und einem niedrigen Dämpfungswiderstand umsteuerbar ist mittels einer Steuereinrichtung, die einen auf die Absolutbewegung des ersten körpers neigungsabhängig ansprechenden Sensor sowie zwei getrennte Steuermittel zum Steuern des Dämpfungswiderstandes der Dämpfungsvorrichtung aufweist, wobei der Sensor je nach der Richtung der Absolutbewegung des ersten Körpers das eine oder andere Steuermittel aktiviert, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Steuermittel (31, 32) selektiv nur den Dämpfungswiderstand für die eine bzw. andere Richtung der Relativbewegung des ersten Körpers (11) gegenüber dem zweiten Körper (12) steuert und daß der Sensor (41) über die Steuereinrichtung (50, 39,40) jeweils das Steuermittel (31,32) für diejenige Richtung der genannten Relativbewegung, die der Richtung der Absolutbewegung des ersten Körpers (U) entgegengesetzt ist, im Sinne einer Herabsetzung des Dämpfungswiderstandes aktiviert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Signalverarbeitungseinrichtung (20, 50), die die Signale des oder jedes Sensors (18, 41) in bewegungsrichtungsabhängige Steuersignale für die Dämpfungsvorrichtung (16,26) umwandelt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, wobei der Sensor ein Beschleunigungssensor ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (20, 50) Verstärker-, Integrier- und/oder Summierglicdcr aufweist, die die Beschlcunigungssignalc der Sensoren in zur Geschwindigkeit des ersten und/ oder zweiten Körpers proportionale und vor/eichengleiehe Steuersignale umwandeln.

^r>. Einrichtung nach Anspruch 2 oder J, mit einem aus Kolbcii und Zylinder bestehenden l'liissigkcilsslolkliinipfer, (lessen auf beiden Seilen des Kolbens gebildeten Kammern durch eine Vcrbindungslci-

tung, die ein sensorabhängig steuerbares Ventil als Steuermittel für den Dämpfungswiderstand aufweist, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (29a, 296,¹ durch zwei parallele Verbindungsleitungen (33,34 bzw. 35,36) verbunden sind, die durch Rückschlagventile {31, 31a, 32, 32a) gegen Durchfluß in einander entgegengesetzten Richtungen gesperrt sind und je ein sensorabhängig steuerbares Ventil (31,37,32,38) aufweisen, ui.d daß in Abhängigkeit von der vom Sensor (41) und der Signalverarbeitungseinrichtung (50) erfaßten Bewegungsrichtung des ersten Körpers (11) das eine oder andere steuerbare Ventil mit den Steuersignalen beaufschlagbar ist