DE4324289A1 - Method and device for reducing vibrations of a sprung mass - Google Patents

Method and device for reducing vibrations of a sprung mass

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Abstract

In an active suspension system (10) for a sprung mass, especially the suspension system of a commercial-vehicle driver's cab (16), with controlled active cylinders (11) between the driver's cab (16) and the chassis (17), the proposal is to use the vibrational energy of another, passive or semiactive, sprung mass, especially the body suspension of the commercial vehicle, as the actuating energy for controlling the active cylinder (11) of the active suspension system (10). Known shock absorbers are expediently replaced by double-acting differential cylinders (1) arranged in a closed hydraulic circuit of the active suspension system. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen einer gefederten Masse, insbesondere Federung eines Nutzfahrzeuges, mit einer Aktiv­ federung mit zumindest einem angesteuerten Aktivzylinder.The invention relates to a method and a device to reduce vibrations of a sprung mass, in particular suspension of a commercial vehicle, with an active suspension with at least one activated active cylinder.

Teile eines Fahrzeugs wie z. B. Räder, Achse oder Fahrgestell führen bei einer Fahrt des Fahrzeugs auf unebenem Gelände oder über Fahrbahnunebenheiten Schwingungen in vertikaler Richtung aus, wobei ein Teil der Vortriebsenergie in poten­ tielle und kinetische Schwingungsenergie umgewandelt wird. Diese Fahrzeugkomponenten führen eine Relativbewegung aus, da normalerweise die Räder dem Bodenprofil folgen, während der Fahrzeugaufbau möglichst "schweben", d. h. möglichst wenig Vertikalbewegungen bezüglich des Inertialsystems der Erde ausführen soll. Federungen haben nun die Aufgabe, für eine Abstützung der gefederten Masse z. B. gegenüber der Erdanzie­ hung zu sorgen und dabei die notwendigen Relativbewegungen möglichst ungehindert zuzulassen.Parts of a vehicle such as B. wheels, axle or chassis lead when driving the vehicle on uneven terrain or over bumps vibrations in vertical Direction, with part of the propulsive energy in poten tial and kinetic vibration energy is converted. These vehicle components make a relative movement, because normally the wheels follow the ground profile while the vehicle body "floating" as possible, d. H. as little as possible Vertical movements in relation to the Earth's inertial system should execute. Suspensions now have a job for one Support the sprung mass z. B. compared to the Earth hunger and the necessary relative movements allow as freely as possible.

Konventionelle Federungen lösen diese Aufgabe durch ein Feder-Dämpfer-System, wobei ein Teil der Schwingungsenergie im Dämpfer infolge der Reibung in Wärme umgewandelt und dis­ sipiert wird. Aufgrund der thermodynamischen Gesetze ist sie dann nicht weiter nutzbar.Conventional suspensions solve this problem by Spring damper system, using part of the vibration energy converted into heat in the damper due to the friction and dis is siped. Because of the thermodynamic laws then they can no longer be used.

Der Nachteil konventioneller Federungssysteme in Nutzfahr­ zeugen ist, daß die Eigenfrequenzen der Fahrzeug-Teilmassen zu dicht beieinanderliegen, was im Bereich bis zu dem etwa 1,4-fachen der Eigenfrequenz statt zu einer Schwingungsreduk­ tion zu einer Schwingungsverstärkung führt. The disadvantage of conventional suspension systems in commercial vehicles testify is that the natural frequencies of the vehicle partial masses are too close together, which ranges up to about 1.4 times the natural frequency instead of a vibration reduction tion leads to vibration amplification.  

Aktivfederungssysteme, bei denen die Stellbewegung auf hydraulischem (oder pneumatischem) Weg erfolgt, sind in der Lage, die Resonanzüberhöhung der Schwin­ gungsübertragungskette: Fahrgestell - Fahrerhaus - Sitzfeder zu unterbrechen. Die für die Stellbewegung notwen­ dige Energieerzeugung erfolgt in der Regel mit einer an den Fahrzeugantrieb gekoppelten hydraulischen Pumpe. Deren Ener­ giebedarf ist deutlich größer als die zur Aktivfederung nötige mechanische Energie. Die Erklärung für diesen scheinbaren Widerspruch liegt in der hohen Verlustleistung eines hydrau­ lischen Systems, wenn die notwendige Stellkraft starken Schwankungen unterworfen ist.Active suspension systems in which the actuating movement done hydraulically (or pneumatically), are able to increase the resonance of the Schwin transmission chain: chassis - cab - Interrupt seat spring. The necessary for the actuating movement energy is usually generated with one at the Vehicle drive coupled hydraulic pump. Their ener the power requirement is significantly greater than that required for active suspension mechanical energy. The explanation for this apparent A contradiction lies in the high power loss of a hydrau system when the necessary force is strong Is subject to fluctuations.

Auch wenn es bei druckgeregelten Pumpen und "Load sensing" gelingt, die Verlustleistung deutlich zu reduzieren, bleiben selbst im Leerlauf ("Stand-by") merkliche Verluste. Darüber hinaus ist der Verschleiß, insbesondere der der Hydraulik­ pumpe unverändert.Even if it is with pressure-controlled pumps and "load sensing" succeed in significantly reducing the power loss Noticeable losses even when idle ("stand-by"). About that is also the wear, especially that of the hydraulics pump unchanged.

Auch konventionelle Federungen, die im wesentlichen aus einer Tragfeder und einem dazu parallel wirkenden Schwingungsdämpfer bestehen, sind mit Energieverlusten verbunden, da die durch die Fahrbahnunebenheiten ausgelösten Schwingungen eine kine­ tische Energie darstellen, die im Schwingungsdämpfer in Wärme­ energie umgewandelt und dissipiert wird.Even conventional suspensions, which essentially consist of one Suspension spring and a vibration damper acting in parallel exist, are associated with energy losses because of the the bumps caused vibrations a kine represent energy in the vibration damper in heat energy is converted and dissipated.

Aufbauend auf dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzie­ rung von Schwingungen einer gefederten Masse der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, das bzw. die mit einfachen Mitteln höchst energiesparend zuverlässig betrieben werden kann, ins­ besondere bei einer Fahrerhausfederung eines Nutzfahrzeuges, wobei eine Aktivfederung mit zumindest einem angesteuerten Aktivzylinder vorgesehen ist. Building on the aforementioned prior art, it is the task of the invention, a method and an apparatus for reducing vibration of a sprung mass of the initially ge Specify the type mentioned, that with simple means can be operated in a highly energy-saving, reliable manner especially with a cab suspension of a commercial vehicle, an active suspension with at least one controlled Active cylinder is provided.  

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem bei einer anderen passiven oder semi­ aktiven gefederten Masse, insbesondere einer Aufbaufederung des Nutzfahrzeuges, deren Schwingungsenergie als Stellenergie des angesteuerten Aktivzylinders der Aktivfederung verwendet wird. Die Schwingungsenergie, welche sich nach dem Stand der Technik in Wärmeenergie umwandelt und nicht mehr zur Verfügung steht, wird also gemäß der Erfindung vorzugsweise in potentielle Energie umgewandelt, wodurch die nach dem Stand der Technik eine zusätzliche Energieversorgung schaffende Hydraulikpumpe klein dimensioniert oder ganz entfallen kann. Es wird also die Schwingenergie eines nach einem stochastischen Bewegungsgesetz bewegten Körpers für eine Aktivfederung eines anderen Körpers genutzt und gleichzeitig während der Nutzung der Schwingenergie des erstgenannten Körpers dessen Schwingungscharakteristik vor­ teilhaft beeinflußt, insbesondere eine Schwingungsreduktion ermöglicht.The object on which the invention is based is achieved by a procedure in which another passive or semi active sprung mass, especially a body suspension of the commercial vehicle, its vibration energy as actuating energy of the activated active cylinder of the active suspension becomes. The vibration energy, which according to the state of the Technology converted into thermal energy and no longer available stands, so according to the invention is preferably in potential Energy is converted, resulting in the state of the art an additional energy supply creating hydraulic pump small dimensions or can be omitted entirely. So it will be Vibration energy according to a stochastic law of motion moving body for an active suspension of another body used and at the same time while using the vibration energy of the former body its vibration characteristics partially influenced, especially a vibration reduction enables.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise bei einer Aktivfederung eines Nutzfahrzeuges durchgeführt, bei dem die (bekannten) Schwingungsdämpfer der Aufbaufederung an der Hinter- und/oder Vorderachse des Nutzfahrzeuges auf beiden Seiten durch doppelt wirkende Differentialzylinder ersetzt sind, welche ihrerseits als Schwingungsdämpfer der Aufbaufederung fungieren und mit der aktiven Fahrerhausfede­ rung verbunden sind und als Pumpzylinder der aktiven Fahrer­ hausfederung Energie zur Verfügung stellen.The method according to the invention is advantageously used in an active suspension of a commercial vehicle carried out at which the (known) vibration dampers of the body suspension on the rear and / or front axle of the commercial vehicle on both sides by double-acting differential cylinders are replaced, which in turn as the vibration damper Body suspension function and with the active cab spring tion and as the pump cylinder of the active driver Make house suspension energy available.

Die Differentialzylinder sind vorteilhafterweise jeweils mit einer Anordnung von vier Rückschlagventilen und zwei Drosseln verbunden, wobei die Rückschlagventile paarweise nach dem Prin­ zip einer Wechselstrom-Vollweg-Gleichrichtung mit Hilfe von Dioden paarweise angeordnet sind, d. h. innerhalb eines Paares die Rückschlagventile gleichsinnig schaltet und die beiden Paare gegeneinander gerichtet sind, und jedes Paar über einen Mittenanschluß zwischen den Rückschlagventilen mit je einer Zylinderkammer des Differentialzylinders verbunden ist.The differential cylinders are advantageously each with an arrangement of four check valves and two throttles connected, the check valves in pairs according to the Prin zip an AC full-wave rectification using Diodes are arranged in pairs, i. H. within a couple the check valves switches in the same direction and the two Pairs are directed against each other, and each pair has one  Center connection between the check valves with one each Cylinder chamber of the differential cylinder is connected.

Zweckmäßigerweise sind die Ausström-Enden der Rückschlagven­ til-Paare jeweils auf eine Drossel geführt, während die Ein­ ström-Enden mit den Drossel-Ausgängen mindestens indirekt verbunden sind.The outflow ends of the non-return valves are expedient til pairs each led to a choke while the one flow ends with the throttle outputs at least indirectly are connected.

Sind die Drosseln direkt mit den Einström-Enden der Rück­ schlagventil-Paare verbunden, weisen diese bevorzugt unter­ schiedlichen Drosselquerschnitt auf.Are the throttles directly with the inflow ends of the back connected check valve pairs, preferably instruct them different throttle cross-section.

Die Differentialzylinder können an einen zentralen Akkumula­ tor angeschlossen sein.The differential cylinders can be connected to a central accumulator gate connected.

Auch kann parallel zu den Aktivzylindern eine hydropneuma­ tische Feder geschaltet sein, welche bevorzugt Teil einer Niveauregelung des Nutzfahrzeuges ist.A hydropneuma can also run parallel to the active cylinders table spring, which is preferably part of a Level control of the commercial vehicle is.

Neben dem vorgenannten (Hochdruck-)Akkumulator kann zusätz­ lich ein weiterer Akkumulator im Rücklauf des Differential­ zylinders vorgesehen sein, welcher als Niederdruck-Akkumula­ tor fungiert.In addition to the aforementioned (high pressure) accumulator, additional Lich another accumulator in the return of the differential cylinder can be provided, which as a low-pressure accumulator gate acts.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein Überströmventil mit elektronischer Ansteuerung zwischen dem Hochdruck-Akkumulator im Vorlauf und dem zusätzlichen Niederdruck-Akkumulator im Rücklauf vorgesehen ist.It is particularly useful if an overflow valve with electronic control between the high pressure accumulator in the lead and the additional low pressure accumulator in Return is provided.

Die Drosseln können variable Drosseln mit einer elektronisch gesteuerten Stelleinrichtung sein.The chokes can be variable chokes with an electronic controlled actuator.

Es ist zweckmäßig, ein Schaltventil vorzusehen, welches bei genügendem Druck auf normale Schwingungsdauer umschaltet und gleichzeitig das Hydrauliksystem der aktiven Fahrerhaus­ federung vom Energienutzungssystem abtrennt. It is useful to provide a switching valve, which at enough pressure to switch to normal oscillation period and at the same time the hydraulic system of the active cab suspension separated from the energy use system.  

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die aus einer einzigen Figur bestehende Zeichnung näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of an embodiment game with reference to that of a single figure existing drawing explained in more detail.

In der Zeichnung ist in einem schematischen vertikalen Teil­ schnitt eine Aktivfederung eines Nutzfahrzeuges gezeigt.In the drawing is a schematic vertical part cut an active suspension of a commercial vehicle shown.

Die Aktivfederung (10) gemäß Zeichnung besitzt auf beiden Seiten des Nutzfahrzeug-Fahrerhauses (16) Aktivzylinder (11), welche zwischen dem Fahrerhaus (16) und dem Fahrzeugrahmen (17) angeordnet sind und in einer Weise angesteuert werden, wie dies nachfolgend noch erläutert wird.The active suspension ( 10 ) according to the drawing has active cylinders ( 11 ) on both sides of the commercial vehicle driver's cab ( 16 ), which are arranged between the driver's cab ( 16 ) and the vehicle frame ( 17 ) and are controlled in a manner as will be explained below becomes.

Unterhalb des Rahmens (17) befindet sich eine gefederte Achse: die bekannten Schwingungsdämpfer dieser gefederten Achse (18) sind durch Differentialzylinder (1) ersetzt, die im Betrieb die Funktion der Schwingungsdämpfung der Aufbaufederung er­ füllen und als Pumpzylinder fungieren und Schwingungsenergie in einem Akkumulator (9) zur Verfügung stellen, der als Träger der potentiellen Energie im Hydraulikkreis des Aktivfederungs­ systems vorgesehen ist und ein komprimiertes Gasvolumen auf­ weist, welches bei einer Fluidentnahme aus dem Akkumulator für eine Aufrechterhaltung des Drucks in den durch die Gasgesetze gegebenen Grenzen sorgt.Underneath the frame ( 17 ) there is a sprung axle: the known vibration dampers of this sprung axle ( 18 ) are replaced by differential cylinders ( 1 ), which during operation fill the vibration damping of the body suspension and act as a pump cylinder and vibrate energy in an accumulator ( 9 ) make available, which is provided as a carrier of the potential energy in the hydraulic circuit of the active suspension system and has a compressed gas volume which, when the fluid is removed from the accumulator, ensures that the pressure is maintained within the limits given by the gas laws.

Bei einer Energieentnahme muß nicht nur die Fluidmenge, son­ dern vor allem auch der Fluiddruck den Lastanforderungen entsprechen. Da aber die Schwingungen durch die vorwiegend stochastisch verteilten Fahrbahnunebenheiten ausgelöst wer­ den, steht zur Beladung des Akkumulators die kinetische Ener­ gie nicht immer in der benötigten Form, d. h. im entsprechen­ den Verhältnis von Kraft und Geschwindigkeit zur Verfügung.When extracting energy, not only the amount of fluid, son above all, the fluid pressure also meets the load requirements correspond. But since the vibrations predominantly stochastically distributed bumps in the road the kinetic energy is used to charge the accumulator not always in the required form, d. H. in conformity the relationship between power and speed.

Damit die Wahrscheinlichkeit, die kinetische Energie aus­ reichend in potentielle Energie umzuwandeln, genügend groß ist, muß zum einen das kinetische Energieangebot die gefor­ derte potentielle Energie übersteigen und zum anderen die Umwandlung situationsgerecht erfolgen. So the probability of the kinetic energy convert enough into potential energy, big enough is, on the one hand the kinetic energy supply must most potential energy and secondly the Conversion takes place according to the situation.  

Wenn das Federungssystem mehrere gefederte Massen umfaßt, wie dies beispielsweise in dem hier beschriebenen Ausführungs­ beispiel bei einem Lastkraftwagen mit Rahmen (17) und Fahrer­ haus (16) der Fall ist, dann lassen sich (passive oder semi­ aktive) Aufbau- oder Rahmenfederung und Aktivfederung (10) des Fahrerhauses (16) vorteilhaft miteinander verbinden. Die auf beiden Fahrzeugseiten vorgesehenen doppelt wirkenden Differentialzylinder (1) der Aufbaufederung sind jeweils mit einer Anordnung von vier Rückschlagventilen (4) und zwei Drosseln (5, 6) verbunden. Nach dem Prinzip einer Wechsel­ strom-Vollweg-Gleichrichtung mit Hilfe von Dioden sind die Rückschlagventile (4) paarweise angeordnet. Innerhalb eines Paares sind die Rückschlagventile gleichsinnig geschaltet, während die beiden Paare gegeneinander gerichtet sind. Jedes Paar ist über einen Mittenanschluß (19) zwischen den Rück­ schlagventilen (4) mit je einer Zylinderkammer (2 bzw. 3) des Differentialzylinders (1) verbunden.If the suspension system comprises several sprung masses, as is the case, for example, in the embodiment described here for a truck with a frame ( 17 ) and driver's house ( 16 ), then (passive or semi-active) body or frame suspension and active suspension ( 10 ) of the cab ( 16 ) advantageously connect with each other. The double-acting differential cylinders ( 1 ) of the body suspension provided on both sides of the vehicle are each connected to an arrangement of four check valves ( 4 ) and two throttles ( 5 , 6 ). According to the principle of an alternating current full-wave rectification with the aid of diodes, the check valves ( 4 ) are arranged in pairs. Within a pair, the check valves are switched in the same direction, while the two pairs are directed towards each other. Each pair is connected via a center connection ( 19 ) between the return check valves ( 4 ), each with a cylinder chamber ( 2 or 3 ) of the differential cylinder ( 1 ).

Ein Ausströmen des Fluids aus der Zylinderkammer (2 bzw. 3) über die Rückschlagventile (4) ist dann nur an einem Ende (7) eines Rückschlagventil-Paars, ein Einströmen nur über das andere Ende (8) möglich. Die Ausström-Enden (7) der Rück­ schlagventil-Paare sind jeweils auf eine Drossel (5 bzw. 6) geführt, während die Einström-Enden (8) mit den Drossel-Aus­ gängen mindestens indirekt verbunden sind. Damit wird durch eine Auf- und Abbewegung des Zylinderkolbens (12) des Dif­ ferentialzylinders (1) das Fluid in einen geschlossenen Hydrau­ likkreis gepumpt, wo es in der durch die Rückschlagventile (4) vorgegebenen Richtung zirkuliert.An outflow of the fluid from the cylinder chamber ( 2 or 3 ) via the check valves ( 4 ) is then only possible at one end ( 7 ) of a check valve pair, and an inflow only via the other end ( 8 ). The outflow ends ( 7 ) of the check valve pairs are each guided to a throttle ( 5 or 6 ), while the inflow ends ( 8 ) are at least indirectly connected to the throttle outputs. This is pumped by an up and down movement of the cylinder piston ( 12 ) of the dif ferential cylinder ( 1 ), the fluid likkreis in a closed hydraulic circuit, where it circulates in the direction given by the check valves ( 4 ).

Sind die Drosseln (5 bzw. 6) direkt mit ein Einström-Enden (8) der Rückschlagventil-Paare verbunden (nicht gezeigt), dann ist die Funktion eines gewöhnlichen Schwingungsdämpfers reali­ siert. Damit in Analogie dazu eine unterschiedliche Zug- und Druckstufe erreicht wird, sind zwei Drosseln mit unterschied­ lichem Drosselquerschnitt erforderlich. Im Gegensatz zum gewöhnlichen Schwingungsdämpfer kann aber der Fluidkreislauf aufgetrennt und dessen Energie genutzt werden.If the throttles ( 5 or 6 ) are directly connected to an inflow end ( 8 ) of the check valve pairs (not shown), then the function of an ordinary vibration damper is realized. In order to achieve a different rebound and compression in analogy, two throttles with different throttle cross-sections are required. In contrast to the usual vibration damper, the fluid circuit can be separated and its energy can be used.

Insbesondere ist die Einleitung des unter Druck stehenden Fluids z. B. in den zentralen Hochdruck-Akkumulator (9) zur Energiespeicherung möglich. Innerhalb des Leistungsbereichs des Akkumulators (9) kann diese hydraulische Energie belie­ big entnommen und zur Versorgung der Aktivzylinder (11) der Aktivfederung (10) verwendet werden. Darüber hinaus gleicht der Akkumulator (9) die Volumenunterschiede aus, die mit dem Ein- bzw. Ausfahren des Kolbens (12) des Differential­ zylinders (1) verbunden sind.In particular, the introduction of the pressurized fluid z. B. in the central high-pressure accumulator ( 9 ) for energy storage possible. Within the power range of the accumulator ( 9 ), this hydraulic energy can be removed and used to supply the active cylinder ( 11 ) of the active suspension ( 10 ). In addition, the accumulator ( 9 ) compensates for the volume differences associated with the retraction and extension of the piston ( 12 ) of the differential cylinder ( 1 ).

Durch die Zwischenspeicherung der hydraulischen Energie im Akkumulator (9) ist eine vollständige dynamische Entkopplung der passiven Aufbaufederung und der Aktivfederung (10) des Fahrerhauses (16) erreicht. Jedoch ist im Mittel der Energie­ bedarf der aktiven Fahrerhausfederung an die Energieerzeugung aus der Aufbaufederung gekoppelt. Sinkt infolge geringerer Fahrbahnunebenheiten der Energiebedarf der Aktivfederung (10), dann ist auch das Energieangebot aus der Aufbaufede­ rung kleiner; bei Fahrzeugstillstand werden Energiebedarf und -erzeugung zu Null. Dieses System ist daher regelungs­ technisch leichter zu beherrschen und ist im Leerlauf mangels bewegter Teile verschleißfrei.By temporarily storing the hydraulic energy in the accumulator ( 9 ), a complete dynamic decoupling of the passive body suspension and the active suspension ( 10 ) of the driver's cab ( 16 ) is achieved. However, the active cab suspension is coupled to the energy generation from the body suspension on average. If the energy requirement of the active suspension ( 10 ) drops as a result of less bumps in the road, then the energy available from the suspension is smaller; when the vehicle is at a standstill, energy consumption and generation are zero. This system is therefore easier to master in terms of control technology and is wear-free when idling due to the lack of moving parts.

Die Aktivfederung (10) des Fahrerhauses (16) kann mit die­ ser dynamisch entkoppelten Energieversorgung nicht nur in bezug auf die Vertikaldynamik wirken, sondern auch Nick- und Wankbewegungen als Folge von Quer- und Längskräften unter­ drücken, die nicht zur Energieaufnahme genutzt werden können.The active suspension ( 10 ) of the cab ( 16 ) can act with this dynamically decoupled energy supply not only in relation to the vertical dynamics, but also suppress pitching and rolling movements as a result of transverse and longitudinal forces that cannot be used to absorb energy.

Wegen der dynamischen Entkopplung der Kolbenbewegung des Differentialzylinders (1) von der Bewegung des Aktivzylinders (11) kann ferner - bei Bedarf - auch die Relativbewegung der Hinterachse des Nutzfahrzeugs zum Rahmen (17) für die Befül­ lung des Akkumulators (9) genutzt werden.Because of the dynamic decoupling of the piston movement of the differential cylinder ( 1 ) from the movement of the active cylinder ( 11 ) can also - if necessary - also the relative movement of the rear axle of the commercial vehicle to the frame ( 17 ) for filling the accumulator ( 9 ) can be used.

Obwohl das beschriebene hydraulische Energienutzungssystem unabhängig von der Ausführung der Aktivfederung (10) arbei­ tet, kann es besonders vorteilhaft mit einer speziellen Aus­ führungsform gekoppelt werden, nämlich wenn parallel zu den Aktivzylindern (11) eine hydropneumatische Feder geschaltet ist.Although the described hydraulic energy use system works independently of the design of the active suspension ( 10 ), it can be particularly advantageously coupled to a special embodiment, namely if a hydropneumatic spring is connected in parallel to the active cylinders ( 11 ).

Wenn im Idealfall das Fahrerhaus (16) "schwebt", kann der Leistungsbedarf der Aktivfederung (10) angegeben werden mit:If the cab ( 16 ) ideally "floats", the power requirement of the active suspension ( 10 ) can be specified with:

  • 1. Aktivzylinder ohne Tragfeder P = G·v1. Active cylinder without suspension spring P = Gv
  • 2. Aktivzylinder mit dazu parallelere Tragfeder P′ = c·(zo-ze+Δz)·v.2. Active cylinder with a more parallel suspension spring P ′ = c · (z o -z e + Δz) · v.

Es bedeuten:
G = Gewicht
c = Federkonstante,
zo = statische Mittellage (gerechnet von der Position bei vollständig entspannter Tragfeder - wegen der Orientie­ rung der z-Koordinate nach oben in ihrem Betrag negativ),
ze = Einfederung,
Δz = dynamische Auslenkung,
v = erforderliche Vertikalgeschwindigkeit.It means:
G = weight
c = spring constant,
z o = static center position (calculated from the position when the suspension spring is completely relaxed - due to the orientation of the z coordinate upwards, its amount is negative),
z e = deflection,
Δz = dynamic deflection,
v = required vertical speed.

Wenn gilt: zo = ze, dann vereinfacht sich obiger Ausdruck zu:If: z o = z e , then the above expression is simplified to:

P* = C·Δz·vP * = C · Δz · v

und der Leistungsbedarf ist für eine bestimmte Federsteifig­ keit minimal. and the power requirement is stiff for a particular spring minimal.  

Ferner folgt aus diesen Gleichungen, daß bei entsprechender Federweichheit die Aktivfederung (10) mit paralleler Trag­ feder energetisch günstiger ist als ohne Tragfeder, d. h. je weicher die Feder ist, umso geringer ist die notwendige Stell­ energie.Furthermore, it follows from these equations that, with appropriate spring softness, the active suspension ( 10 ) with a parallel support spring is energetically more favorable than without a support spring, ie the softer the spring is, the lower the necessary actuating energy.

Das hat jedoch den Nachteil, daß bei wechselnder Beladung die statische Ruhelage ze stark variiert und damit die Aktiv­ federung (10) zusätzliche Energie aufwenden muß, um die sta­ tische Mittellage im Interesse maximal möglicher Federwege sicherzustellen. Mit Hilfe einer hydropneumatischen Federung läßt sich eine Niveauregelung technisch realisieren.However, this has the disadvantage that the static rest position z e varies greatly with changing loading and thus the active suspension ( 10 ) must use additional energy to ensure the static center position in the interest of maximum possible spring travel. With the help of a hydropneumatic suspension, level control can be implemented technically.

Damit Kavitation bzw. Ausgasen des Fluids vermieden werden, darf kein Unterdruck im Hydrauliksystem auftreten. Daher wird ein zusätzlicher Akkumulator (13) im Rücklauf vorgeschla­ gen, der dafür sorgt, daß das Fluid genügend Druck aufweist zum Einströmen in die Zylinderkammern (2 bzw. 3) des Differen­ tialzylinders (1) über die Rückschlagventile (4).To avoid cavitation or outgassing of the fluid, no negative pressure may occur in the hydraulic system. Therefore, an additional battery ( 13 ) is proposed in the return, which ensures that the fluid has enough pressure to flow into the cylinder chambers ( 2 and 3 ) of the differential cylinder ( 1 ) via the check valves ( 4 ).

Ein analog arbeitendes Überström- oder Bypaß-Ventil (14) mit elektronischer Ansteuerung zwischen dem Hochdruck-Akku­ mulator (9) im Verlauf und dem Niederdruck-Akkumulator (13) im Rücklauf ermöglicht ein Energiemanagement.An analog overflow or bypass valve ( 14 ) with electronic control between the high pressure accumulator ( 9 ) in the course and the low pressure accumulator ( 13 ) in the return enables energy management.

Ebenso kann die Drossel (5 bzw. 6) durch eine elektronisch gesteuerte Stelleinrichtung sowohl in der Zug- als auch in der Druckstufe variabel gestaltet werden in Abhängigkeit der Schwingbewegung, so daß dann von einer semiaktiven Fahr­ werkfederung gesprochen werden kann, welche in ihrem Prinzip bereits bekannt ist. Die Zielsetzung der Aufbaufederung ist jedoch von der bisherigen aufgrund ihrer jetzt doppelten Aufgabenstellung verschieden: Likewise, the throttle ( 5 or 6 ) can be made variable by an electronically controlled adjusting device both in the rebound and in the compression stage depending on the swinging movement, so that one can then speak of a semi-active suspension suspension, which in principle already exists is known. However, the purpose of the body suspension is different from the previous one due to its dual task:

Während für eine bekannte semiaktive Federung die Verbesse­ rung des Schwingungskomforts und die Verringerung der Rad­ lastschwankungen ausschlaggebend sind, sind bei der Er­ findung zusätzlich die Bewegungszustande zu erkennen, in denen eine Energieaufnahme möglich und sinnvoll ist. Dies ist in der Regel dann gegeben, wenn der Druck vor der Drossel (5 bzw. 6) den Druck im Akkumulator (9) über­ steigt. Dieses Umschalten in der Aufgabenstellung wird er­ leichtert durch ein Schaltventil (15), das bei ungenügendem Druck auf normale Schwingungsdämpfung umschaltet und gleich­ zeitig das Hydrauliksystem der Aktivfederung (10) des Fahrer­ hauses (16) vom Energienutzungssystem abtrennt.While the improvement of the vibration comfort and the reduction of the wheel load fluctuations are decisive for a known semi-active suspension, the movement states in which energy consumption is possible and sensible can also be recognized in the invention. This is usually the case when the pressure upstream of the throttle ( 5 or 6 ) exceeds the pressure in the accumulator ( 9 ). This switching in the task is facilitated by a switching valve ( 15 ) which switches to normal vibration damping when there is insufficient pressure and at the same time disconnects the hydraulic system of the active suspension ( 10 ) of the driver's cab ( 16 ) from the energy use system.

Claims (12)

1. Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen einer gefeder­ ten Masse, insbesondere Federung eines Nutzfahrzeug-Fahrer­ hauses (16), mit einer Aktivfederung (10) mit zumindest einem angesteuerten Aktivzylinder (11), dadurch gekennzeichnet, daß bei einer anderen passiven oder semiaktiven gefeder­ ten Masse, insbesondere einer Aufbaufederung des Nutz­ fahrzeuges, deren Schwingungsenergie als Stellenergie des angesteuerten Aktivzylinders (11) der Aktivfederung (10) verwendet wird.1. A method for reducing vibrations of a sprung mass, in particular suspension of a commercial vehicle driver's house ( 16 ), with an active suspension ( 10 ) with at least one activated active cylinder ( 11 ), characterized in that in another passive or semi-active spring th Mass, in particular a body suspension of the utility vehicle, the vibration energy of which is used as the actuating energy of the activated cylinder ( 11 ) of the active suspension ( 10 ). 2. Aktivfederung (10) eines Nutzfahrzeuges zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdämpfer der Aufbaufederung an der Hinter- und/oder Vorderachse des Nutzfahrzeuges auf bei­ den Seiten durch doppelt wirkende, die Schwingungen der Aufbaufederung dämpfende Differentialzylinder (1) er­ setzt sind, welche mit der Aktivfederung (10) des Fahrer­ hauses (16) verbunden sind.2. Active suspension ( 10 ) of a commercial vehicle for performing the method according to claim 1, characterized in that the vibration damper of the body suspension on the rear and / or front axle of the commercial vehicle on the sides by double-acting, the vibrations of the body suspension damping differential cylinder ( 1 ) he sets, which are connected to the active suspension ( 10 ) of the cab ( 16 ). 3. Aktivfederung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialzylinder (1) jeweils mit einer Anord­ nung von vier Rückschlagventilen (4) und zwei Drosseln (5, 6) verbunden sind, wobei die Rückschlagventile (4) paarweise nach dem Prinzip einer Wechselstrom-Vollweg- Gleichrichtung mit Hilfe von Dioden paarweise angeordnet sind, d. h. innerhalb eines Paares die Rückschlagventile (4) gleichsinnig schaltet und die beiden Paare gegenein­ ander gerichtet sind, und jedes Paar über einen Mitten­ anschluß (19) zwischen den Rückschlagventilen (4) mit je einer Zylinderkammer (2, 3) des Differentialzylinders (1) verbunden ist. 3. Active suspension according to claim 2, characterized in that the differential cylinders ( 1 ) are each connected to an Anung voltage of four check valves ( 4 ) and two throttles ( 5 , 6 ), the check valves ( 4 ) in pairs according to the principle of an alternating current -Fullweg- rectification with the help of diodes are arranged in pairs, ie within a pair the check valves ( 4 ) switches in the same direction and the two pairs are directed against each other, and each pair via a center connection ( 19 ) between the check valves ( 4 ) with each a cylinder chamber ( 2 , 3 ) of the differential cylinder ( 1 ) is connected. 4. Aktivfederung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausström-Enden (7) der Rückschlagventil-Paare jeweils auf eine Drossel (5 bzw. 6) geführt sind, wäh­ rend die Einström-Enden (8) mit den Drossel-Ausgängen mindestens indirekt verbunden sind.4. Active suspension according to claim 3, characterized in that the outflow ends ( 7 ) of the check valve pairs are each guided to a throttle ( 5 or 6 ), while the inflow ends ( 8 ) with the throttle outputs at least are indirectly connected. 5. Aktivfederung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (5, 6) unterschiedlichen Drosselquer­ schnitt besitzen und direkt mit den Einström-Enden (8) der Rückschlagventil-Paare verbunden sind.5. Active suspension according to claim 4, characterized in that the throttles ( 5 , 6 ) have different throttle cross-section and are directly connected to the inflow ends ( 8 ) of the check valve pairs. 6. Aktivfederung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialzylinder (1) an einem zentralen Akku­ mulator (9) angeschlossen sind.6. Active suspension according to one of claims 2 to 5, characterized in that the differential cylinders ( 1 ) are connected to a central battery mulator ( 9 ). 7. Aktivfederung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Aktivzylindern (11) eine hydropneu­ matische Feder geschaltet ist.7. Active suspension according to one of claims 2 to 6, characterized in that a hydropneu matic spring is connected in parallel with the active cylinders ( 11 ). 8. Aktivfederung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hydropneumatische Feder Teil einer Niveauregelung des Nutzfahrzeuges ist.8. active suspension according to claim 7, characterized, that the hydropneumatic spring is part of a level control of the commercial vehicle. 9. Aktivfederung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Akkumulator (13) im Rücklauf zum Differentialzylinder (1) vorgesehen ist. 9. Active suspension according to one of claims 2 to 8, characterized in that an additional battery ( 13 ) is provided in the return to the differential cylinder ( 1 ). 10. Aktivfederung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überströmventil (14) mit elektronischer Ansteue­ rung zwischen dem (Hochdruck-)Akkumulator (9) im Vorlauf und dem zusätzlichen (Niederdruck-)Akkumulator (13) im Rücklauf vorgesehen ist.10. Active suspension according to one of claims 8 or 9, characterized in that an overflow valve ( 14 ) with electronic control between the (high pressure) accumulator ( 9 ) in the forward flow and the additional (low pressure) accumulator ( 13 ) in the return flow is. 11. Aktivfederung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß variable Drosseln (5, 6) mit einer elektronisch ge­ steuerten Stelleinrichtung vorgesehen sind.11. Active suspension according to one of claims 3 to 10, characterized in that variable throttles ( 5 , 6 ) are provided with an electronically controlled actuator GE. 12. Aktivfederung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltventil (15) vorgesehen ist, das bei genügen­ dem Druck auf normale Schwingungsdauer umschaltet und gleichzeitig das Hydrauliksystem der Aktivfederung (10) des Fahrerhauses (16) vom Energienutzungssystem abtrennt.12. Active suspension according to one of claims 2 to 11, characterized in that a switching valve ( 15 ) is provided which switches to normal oscillation duration when the pressure is sufficient and at the same time separates the hydraulic system of the active suspension ( 10 ) of the driver's cab ( 16 ) from the energy use system.
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