KR101729879B1

KR101729879B1 - 에너지 회수 능력을 갖는 진동 감쇠 장치 및 그런 장치를 장착한 차량

Info

Publication number: KR101729879B1
Application number: KR1020157019812A
Authority: KR
Inventors: 틸로 코흐; 안드레아스 운게르; 바스티안 소이리흐; 프란크 가우테린
Original assignee: 아우디 아게
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2017-04-24
Also published as: DE102013000798A1; US20150364974A1; WO2014111119A1; EP2946109A1; US9397534B2; CN104937266A; KR20150104578A; EP2946109B1

Abstract

본 발명은 에너지 회수 능력을 갖는 진동 감쇠 장치(1)에 관한 것으로서, 진동 감쇠 장치는 진동 감쇠 장치(1)에 대해 상대적으로 진동하는 컴포넌트에 의해 자신의 종축(A)을 중심으로 교호적인 회전 방향으로 회전될 수 있는 입력 샤프트(2)를 포함하고, 프리휠 장치(3)는 구동 측에서 입력 샤프트(2)와 연결되고 출력 측에서는 발전기(4)와 적어도 간접적으로 연결되고, 발전기는 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 에너지 저장 부재(5)로 전달할 수 있고, 프리휠 장치(3)는 제1 프리휠(6)과 제2 프리휠(7)을 포함하고, 제1 프리휠 및 제2 프리휠은 구동 측에서 입력 샤프트(2)와 회전 고정 방식으로 연결되어 서로 반대 방향으로 차단되는 방식으로 배치되고, 제2 프리휠(7)은 출력 측에서 역전 기어 장치(8)와 연결되며, 역전 기어 장치(8) 및 제1 프리휠(6)은 출력 측에서 발전기(4)와 적어도 간접으로 연결된다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 장치(1)를 장착한 차량에 관한 것이다.

Description

에너지 회수 능력을 갖는 진동 감쇠 장치 및 그런 장치를 장착한 차량{DEVICE FOR DAMPING VIBRATIONS WITH AN ENERGY RECOVERY CAPABILITY，AND VEHICLE WITH SUCH A DEVICE}

본 발명은 에너지 회수 능력을 갖는 진동 감쇠 장치에 관한 것으로서, 진동 감쇠 장치는, 진동 감쇠 장치에 대해 상대적으로 진동하는 컴포넌트에 의해 자신의 종축을 중심으로 교호적인 회전 방향으로 회전될 수 있는 입력 샤프트를 포함하고, 프리휠 장치는 구동 측에서 입력 샤프트와 연결되고 출력 측에서는 발전기와 적어도 간접적으로 연결되며, 발전기는 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 에너지 저장 부재로 전달할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 진동 감쇠 장치를 장착한 차량에 관한 것이다.

진동 감쇠를 위한 전술한 유형의 장치들은, 도로의 요철면을 통해, 또는 소정의 주행 상태들을 통해 그에 상응하게 여기(excitation)될 때 차체의 요동(rock) 및 그 후진동(post-oscillation)을 방지하기 위해, 그리고 도로로부터 여기되는 휠 또는 차축의 진동을 신속하게 감쇠시키기 위해, 예컨대 차량 구성에서 서스펜션 장치들에 대해 평행하게 장착된다. 이따금 상업적으로 보급되는 진동 감쇠를 위한 (일상 용어로 "쇼크 옵서버"로서 지칭되는) 장치들은 여기로 인한 에너지를 완전히 소모하며 이와 동시에 가열된다. 그러므로 에너지 효율성의 전반적인 개량의 과정에서, 최근에는 에너지 회수 능력을 갖는 진동 감쇠 장치들이 개발의 초점이 되고 있다.

일반적인 유형과 관련된 DE 10 2011 054 854 A1은 차량의 서스펜션 시스템을 위한 에너지 회수 장치를 개시하고 있으며, 상기 에너지 회수 장치는, 도로 조건에 상응하게 상향 및 하향 이동되도록 하기 위해 하부 프레임과 휠 캐리어를 연결하는 서스펜션 연결 암(suspension connection arm)과, 서스펜션 연결 부재의 차체 측 연결 섹션과 차체 사이에 배치되어 서스펜션 연결 암의 상향 및 하향 이동에 따른 차체 측 연결 섹션의 2개의 방향 이동으로부터 단일 방향 이동을 출력하는 회전 방향 전환기와, 전기 에너지를 생성하기 위해 회전 방향 전환기로부터 출력되는 회전력에 의해 회전되는 발전기와, 생성된 전기 에너지를 정류하기 위해 발전기에 연결된 정류기와, 전기 에너지를 자체에 충전하기 위해 정류기와 연결된 배터리를 포함한다. 회전 방향 전환기는 바람직하게는 원웨이 클러치로서 형성되며, 원웨이 클러치는, 서스펜션 연결 암이 하향 이동되거나, 또는 상향 이동될 때 발전기를 작동시킬 수 있는 방식으로 배치된다.

그러나, 기술한 에너지 회수 장치가 서스펜션 연결 암의 두 이동 방향 중 일측 이동 방향(상향 이동 또는 하향 이동)만을 발전기로 전달하고, 그에 반해 타측 이동 방향은 소실되게 한다는 점에 단점이 있다. 그에 따라 존재하는 운동 전위의 대략 절반만이 에너지 회수를 위해 이용된다.

따라서, 본 발명의 과제는 종래 기술에 비해 분명히 더 높은 에너지 회수율을 나타내는, 에너지 회수 능력을 갖는 진동 감쇠 장치 및 그런 유형의 진동 감쇠 장치를 장착한 차량을 제공하는 것이다.

상기 과제는 특허 청구항 제1항의 특징들을 통해 달성된다.

에너지 회수 능력을 갖는, 본 발명에 따른 진동 감쇠 장치를 장착한 차량은 특허 청구항 제6항에서 청구된다.

에너지 회수 능력을 갖는 진동 감쇠 장치는, 이 장치에 대해 상대적으로 진동하는 컴포넌트에 의해 자신의 종축을 중심으로 교호적인 회전 방향(alternating rotation direction)으로 회전될 수 있는 입력 샤프트를 포함하고, 프리휠 장치는 구동 측에서 입력 샤프트와 연결되고 출력 측에서는 발전기와 적어도 간접적으로 연결되고, 이 발전기는 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 에너지 저장 부재로 전달할 수 있고, 프리휠 장치는 제1 프리휠과 제2 프리휠을 포함하고, 이 두 프리휠은 구동 측에서 입력 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결되어 서로 반대 방향으로 차단되는 방식으로 배치되고, 제2 프리휠은 출력 측에서 역전 기어 장치(reversing gear mechanism)와 연결되며, 특히 그 역전 기어 장치와 치합되며, 역전 기어 장치 및 제1 프리휠은 출력 측에서 발전기와 적어도 간접적으로 구동하는 방식으로 연결되어 있다.

반대되는 차단 방향을 갖는 2개의 프리휠이 입력 샤프트 상에 배치됨으로써, 힘 흐름은 교호적으로 입력 샤프트의 좌회전 또는 그 우회전 동안 전달된다. 두 프리휠 중에서 (본 실시예의 경우 제2 프리휠로서 지칭되는) 일측 프리휠의 하류에 역전 기어 장치가 연결되는 것을 통해, 역전 기어 장치 및 (본 실시예의 경우 제1 프리휠로서 지칭되는) 타측 프리휠의 공통 출력부 상에는 입력 샤프트의 좌회전 및 우회전 동안 동일 방향의 회전 이동이 생성된다. 프리휠 장치의 공통 출력부는, 운동 에너지의 회생을 수행하는 발전기의 로터 샤프트와 적어도 간접적으로 연결된다. 에너지 수율은, 서두에 언급한 종래 기술과 달리, 입력 샤프트의 두 회전 방향이 프리휠 장치를 경유하여 발전기의 로터 샤프트로 전달되는 것을 통해 분명하게 증대된다. 그 결과, 발전기는 평균적으로 상대적으로 더 높은 각속도로 회전된다. 또한, 발전기의 로터 샤프트의 방향 전환 시에 발생할 수도 있는 질량 관성 효과는 일시적으로 디커플링(decoupling)된다.

원칙적으로, 발전기는, 이 발전기의 각속도가 입력 샤프트의 각속도보다 더 낮을 때에만, 힘 흐름을 프리휠들을 통해 입력 샤프트의 방향으로 전송한다. 그에 따라, 고속 회전하는 발전기는, 입력 샤프트가 상대적으로 더 낮은 각속도로 회전할 때 발전기로 향하는 관통 구동(through drive)을 형성할 수 없게 하고 그에 상응하게 자유 회전하게 할 수도 있다. 이런 경우에, 본원의 장치를 통해 매우 적은 감쇠가 구현될 수도 있고, 이는 예컨대 차량에서 쾌적 모드에 상응할 수도 있다. 그러나 발전기에서 입력 샤프트 쪽으로의 관통 구동이 의도된다면, 발전기는 입력 샤프트의 순간 회전속도 미만으로 제동되어야 할 수도 있는데, 이는 적합한 폐회로 제어 알고리즘을 통해 실현될 수 있다. 이를 위해, 특히 입력 샤프트의 회전속도 또는 각속도를 모니터링하면서 발전기를 폐회로 제어하기 위한, 센서 장치가 발전기의 제어 장치에 제공되는 것이 권장된다.

본원의 장치의 바람직한 실시예에서, 프리휠들 및 역전 기어 장치는 발전기의 로터 샤프트와 적어도 간접적으로 연결되는 중공 샤프트 내에 배치되며, 제1 프리휠 및 역전 기어 장치는 중공 샤프트와 치합된다. 중공 샤프트는 바람직하게는 외접 기어형 컴포넌트들인 역전 기어 장치 및 프리휠이 치합되는 내접 기어부를 포함한다. 그에 따라, 중공 샤프트 내에 프리휠들 및 역전 기어 장치를 통합하는 것을 통해, 매우 조밀한 구조 형상이 실현된다. 중공 샤프트는 바람직하게는 하우징 내에 회전 가능하게 저마찰 방식으로 장착된다. 또한, 추가 통합을 위해, 발전기도 자신의 제어 장치와 함께 하우징 내에, 그리고 경우에 따라서는 중공 샤프트 내에 배치될 수도 있다.

본원의 장치의 바람직한 실시예에서, 발전기의 에너지 변환의 정도는 제어 장치를 통해 지속적으로 조정될 수 있다. 그 결과, 감쇠 특성은 폭넓은 범위에 걸쳐서 연속해서 설정되며, 이는 적응형 진동 감쇠를 위한 새로운 가능성들을 개시한다.

본원의 장치의 바람직한 실시예에서, 에너지 저장 부재는 배터리 또는 커패시터로서 형성된다. 배터리는 발전기로부터 방출되는 전기 에너지를 화학 에너지로서 비교적 오랜 시간에 걸쳐 저장하고 경우에 따라 배터리 자체에 연결된 전기 회로망으로 공급할 수 있다. 또한, 이와 동일한 목표는, 예컨대 이른바 "슈퍼캡(supercap)" 유형의 커패시터로도 수행되지만, 그러나 커패시터는 에너지를 비교적 잠깐 동안만 임시 저장할 수 있다. 그러나 커패시터는 매우 신속한 충전 및 방전 주기를 통해 탁월하게 버퍼 저장 장치로서 이용된다.

본원의 장치의 바람직한 실시예에서, 발전기의 상류에는, 발전기를 위해 프리휠 장치의 출력 측 각 속도를 증가시키는 감속 기어 장치가 연결된다. 감속 기어 장치는, 발전기가 상대적으로 더 높은 효율로 작동될 수 있도록 로터 샤프트의 각속도를 증가시키기 위해, 프리휠 장치와 발전기 사이에 연결된다.

차량은, 본 발명에 따라 에너지 회수 능력을 갖는 하나 이상의 진동 감쇠 장치를 포함하며, 바람직하게는 차량의 각각의 휠에 전술한 유형의 장치가 장착된다. 바람직한 실시예에서, 입력 샤프트는 휠 제어 부재와 간접적으로 또는 직접적으로 연결된다. 휠 제어 부재는 한편으로 휠을 제어하고 다른 한편으로는 차체 또는 보조 프레임 상에 관절 방식으로 연결된다. 휠의 상향 이동 및 하향 이동은 차체 측 회동점에서 회동 운동으로서 존재하며, 그럼으로써 본원의 차량의 바람직한 실시예에서 바람직하게는 입력 샤프트의 종축이 휠 제어 부재의 회동축에 대해 동축으로 연장된다.

본원의 차량의 바람직한 실시예에서, 휠 제어 부재는 섀시 서스펜션 암으로서, 특히 컨트롤 암으로서 형성된다.

본원의 차량의 바람직한 실시예에서, 프리휠 장치는 차체 또는 보조 프레임 상에 배치된다. 그에 따라, 프리휠 장치는 차량의 스프링 상질량(sprung mass)에 단단히 고정되어, 교호적으로 회전하는 입력 샤프트를 통해, 예컨대 요철면 위를 통과할 때 스프링 하질량(unsprung mass)의 진동을 당하게 된다.

본원의 차량의 바람직한 실시예에서, 발전기의 에너지 변환의 정도는 제어 장치를 통해 지속적으로 조정될 수 있으며, 제어 장치는 주행 안정성 제어 장치에 의해 제어될 수 있다. 발전기의 회생 출력의 지속적인 조정은 감쇠의 매우 유연한 조정을 가능하게 한다. 이런 폐회로 제어부로, 주행 안정성 제어 장치, 예컨대 전자 주행 안정 장치(ESP)의 데이터가 공급된다면, 감쇠 특성의 상응하는 연속적인 조정을 통해, 차량의 주행 거동은 긍정적으로 제어될 수 있다.

본 발명의 추가 상세내용들 및 장점들은 도면과 관련된 바람직한 실시예의 이하의 기술내용에서 제시된다.

도 1은 진동 감쇠를 위한 장치를 도시한 개략도이다.

도 1에 따라서, 에너지 회수 능력을 갖는 진동 감쇠 장치(1)는 입력 샤프트(2)를 포함하며, 이 입력 샤프트의 종축(A)은 미도시된 차량의 휠 제어 부재(15)의 회동축(B)에 대해 동축으로 배치되어 상기 회동축과 회전 고정 방식으로 연결된다. 입력 샤프트(2)는 차량의 작동 중에 교호적인 회전 방향으로 회전축(A)을 중심으로 하는 불규칙한 회전 운동을 실행한다. 입력 샤프트(2) 상에는 프리휠 장치(3)가 연결된다. 프리휠 장치(3)는 특히 제1 프리휠(6)과 제2 프리휠(7)을 포함하며, 이 두 프리휠은 연이어 입력 샤프트(2) 상에 반대되는 차단 방향을 가지면서 배치되어 상기 입력 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결된다. 본 실시예의 경우, 제1 프리휠(6)은 출력 측에서 특히 프리휠들(6 및 7)을 에워싸는 중공 샤프트(9)의 내접 기어부(9a)와 치합된다. 중공 샤프트(9)는 차체에 고정된 하우징(14) 내에 회전 가능하게 장착된다. 제2 프리휠(7)은 출력 측에서 역전 기어 장치(8)와 치합되며, 이 역전 기어 장치는 다시금 중공 샤프트(9)의 내접 기어부(9a)와 치합된다. 이와 반대로 중공 샤프트(9)는 출력 측에서는 감속 기어 장치(12)와 상호작용하며, 감속 기어 장치(12)는, 이 감속 기어 장치(12)의 출력부에 연결된 전기 발전기(4)의 로터 샤프트(13)를 위해 중공 샤프트(9)의 각속도를 증가시킨다. 발전기(4)는 로터 샤프트(13)의 회전으로 인한 운동 에너지를 에너지 저장 부재(5)로 전송하는 전기 에너지로 변환한다. 제어 장치(10)는 발전기(4) 및 에너지 저장 부재(5)의 작동을 모니터링하면서 제어하며, 특히 발전기(4)의 회생 출력 및 에너지 저장 부재(5)의 에너지 소모 능력이 모니터링된다. 회생 출력은 본원의 장치(1)의 감쇠도(damping degree)를 결정하며, 그 때문에 제어 장치(10)는, 적합한 폐회로 제어 전략의 선택을 위해, 추가로 주행 안정성 제어 장치(11)와 데이터를 교환한다.

A : 종축 B : 회동축
1 : 진동 감쇠 장치 2 : 입력 샤프트
3 : 프리휠 장치 4 : 발전기
5 : 에너지 저장 부재 6 : 제1 프리휠
7 : 제2 프리휠 8 : 역전 기어 장치
9 : 중공 샤프트 9a : 내접 기어부
10 : 제어 장치 11 : 주행 안정성 제어 장치
12 : 감속 기어 장치 13 : 로터 샤프트
14 : 하우징 15 : 휠 제어 부재

Claims

에너지 회수 능력을 갖는 진동 감쇠 장치(1)로서,
상기 진동 감쇠 장치(1)에 대해 상대적으로 진동하는 컴포넌트에 의해 자신의 종축(A)을 중심으로 교호적인 회전 방향으로 회전될 수 있는 입력 샤프트(2)
를 포함하고,
프리휠 장치(3)가 구동 측에서 입력 샤프트(2)와 연결되고 출력 측에서는 발전기(4)와 적어도 간접적으로 연결되고, 상기 발전기는 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 에너지 저장 부재(5)로 전달할 수 있는 것인, 진동 감쇠 장치에 있어서,
상기 프리휠 장치(3)는 제1 프리휠(6)과 제2 프리휠(7)을 포함하고, 제1 프리휠 및 제2 프리휠은 구동 측에서 상기 입력 샤프트(2)와 회전 고정 방식으로 연결되어 서로 반대 방향으로 차단되는 방식으로 배치되고, 제2 프리휠(7)은 출력 측에서 역전 기어 장치(8)와 연결되며, 상기 역전 기어 장치(8) 및 상기 제1 프리휠(6)은 출력 측에서 상기 발전기(4)와 적어도 간접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
제1항에 있어서, 상기 프리휠(6, 7)들 및 상기 역전 기어 장치(8)는 중공 샤프트(9) 내에 배치되고, 상기 중공 샤프트는 상기 발전기(4)의 로터 샤프트(13)와 적어도 간접적으로 연결되며, 상기 제1 프리휠(6) 및 상기 역전 기어 장치(8)는 상기 중공 샤프트(9)와 치합되는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발전기(4)의 에너지 변환의 정도는 제어 장치(10)를 통해 지속적으로 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에너지 저장 부재(5)는 배터리 또는 커패시터로서 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발전기(4)의 상류에는 감속 기어 장치(12)가 연결되며, 상기 감속 기어 장치는 상기 발전기(4)를 위해 상기 프리휠 장치(3)의 출력 측 각속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
제1항에 따른 에너지 회수 능력을 갖는 하나 이상의 진동 감쇠 장치(1)를 장착한 차량.
제6항에 있어서, 입력 샤프트(2)는 휠 제어 부재(15)와 간접적으로 또는 직접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량.
제7항에 있어서, 상기 입력 샤프트(2)의 종축(A)은 상기 휠 제어 부재(15)의 회동축(B)에 대해 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 휠 제어 부재(15)는 섀시 서스펜션 암으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 차량.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 프리휠 장치(3)가 차체 또는 보조 프레임 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 발전기(4)의 에너지 변환의 정도는 제어 장치(10)를 통해 지속적으로 조정될 수 있으며, 상기 제어 장치(10)는 주행 안정성 제어 장치(11)에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량.