KR20230093053A - 회전축을 갖는 진자 로커 댐퍼 - Google Patents

회전축을 갖는 진자 로커 댐퍼 Download PDF

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KR20230093053A
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올라프 베르너
알랭 루쉬
마르틴 헤슬러
미하엘 케슬러
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 회전축(2)을 갖는 진자 로커 댐퍼(1)에 관한 것으로, 적어도 입력측(3); 출력측(4); 입력측(3)과 출력측(4) 사이에 토크를 전달하기 위한 저장 에너지원(5); 입력측 롤러 트랙(7) 및 출력측 롤러 트랙(8)을 갖는 복수의 로커 요소(6); 및 상응하는 수의 롤링 요소(9, 10)를 구성요소로 포함하며, 입력측(3)은 각각의 입력측 롤러 트랙(7)에 대한 카운터 트랙(11)을 갖고 각각의 입력측 롤러 트랙과 카운터 트랙 사이에 저장 에너지원(5)에 의해 롤링 가능하게 클램핑된 입력측 롤링 요소(9)가 있고, 출력측(4)은 각각의 출력측 롤러 트랙(8)에 대한 카운터 트랙(12)을 갖고 각각의 출력측 롤러 트랙과 카운터 트랙 사이에 저장 에너지원(5)에 의해 롤링 가능하게 클램핑된 출력측 롤링 요소(10)가 있다. 진자 로커 댐퍼(1)는 특히, 서로 축방향으로 오프셋 배열된 3개의 개별 부분 트랙(13, 14, 15)이 로커 요소(6)에 의해 에워싸이고 롤러 트랙(7, 8)을 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 진자 로커 댐퍼(1)를 구비한 롤 스태빌라이저(32)에 관한 것이다. 여기에 제안된 진자 로커 댐퍼는 소형이고 높은 비틀림 강성을 생성할 수 있다. 롤 스태빌라이저는 래틀링 소음을 줄이면서 작동될 수 있다.

Description

회전축을 갖는 진자 로커 댐퍼
본 발명은 회전축을 갖는 진자 로커 댐퍼에 관한 것으로, 적어도
- 입력측;
- 출력측;
- 입력측과 출력측 사이에 토크를 전달하기 위한 저장 에너지원;
- 입력측 롤러 트랙 및 출력측 롤러 트랙을 갖는 복수의 로커 요소; 및
- 상응하는 수의 롤링 요소를 구성요소로 포함하며,
입력측은 입력측 롤러 트랙 중 각각의 하나에 각각 하나의 카운터 트랙을 갖고 그 사이에서 하나의 입력측 롤링 요소가 저장 에너지원에 의해 각각 롤링 가능하게 클램핑되고,
출력측은 출력측 롤러 트랙 중 각각의 하나에 각각 하나의 카운터 트랙을 갖고 그 사이에서 하나의 출력측 롤링 요소가 저장 에너지원에 의해 각각 롤링 가능하게 클램핑된다. 진자 로커 댐퍼는 로커 요소가 서로에 대해 축방향으로 오프셋되도록 배열된 3개의 개별 부분 트랙을 각각 포함하고 이로부터 롤러 트랙이 형성되는 것을 주로 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 이러한 진자 로커 댐퍼를 구비한 롤 스태빌라이저에 관한 것이다. 본 발명은 또한 자동차의 휠 차축용 롤 스태빌라이저 및 자동차에 관한 것이다.
소위 진자 로커 댐퍼는 종래 기술로부터 이미 알려져 있다. 예를 들어, DE 10 2019 121 204 A1 및 DE 10 2019 121 205 A1에서 드라이브 트레인의 회전 샤프트 또는 회전 샤프트 시스템의 강성을 조절하기 위한 개념이 알려져 있다. 이러한 진자 로커 댐퍼는 토크 전달 방식으로 서로 (양방향으로) 연결된 입력측과 출력측을 포함한다. 복수의 로커 요소(로커라고도 함)와 복수의 스프링 요소가 삽입되어 있다. 로커 요소는 입력측 및/또는 출력측에서 적어도 하나의 롤링 요소에 의해 상대적으로 변위 가능한 방식으로 지지된다. 롤링 요소는 각각의 변속 트랙과 상보적 카운터 트랙 사이에서 롤링할 수 있도록 스프링 요소에 의해 클램핑된다. 입력측과 출력측 사이의 상대적 비틀림 각도는 이 진자 로커 댐퍼에 의해 스프링 요소의 스프링 편향으로 변환된다. 램프 기어를 형성하는 변속 트랙 및 상보적인 카운터 트랙에 의해 변속비가 조정될 수 있고 이에 따라 진자 로커 댐퍼의 강성이 조정될 수 있다. 변속비가 일정할 필요가 없고 램프 기어의 기울기가 입력측에서 출력측으로의 비틀림 각도를 통해 가변적으로 조정될 수 있다는 것도 여기서 유리한다. 다른 구현예와 비교하여 이러한 진자 로커 댐퍼의 추가 이점은 진자 로커 댐퍼가 특히 제로 크로싱에서 히스테리시스 특성을 (거의) 갖지 않는다는 것이다. 알려진 진자 로커 댐퍼는 설치 공간이 많이 필요하고 회전축의 강성을 낮추도록 설계되었다.
또한, 롤 스태빌라이저라고 하는 것이 선행 기술로부터 알려져 있으며, 이에 의해 2륜 차량 차축의 휠의 스프링 거동이 각각의 다른 휠에 복사된다. 예를 들어, 코너링 시, 차체의 롤율(roll rate)이 커브의 바깥쪽으로 줄어든다. 예를 들어, 포트홀을 통해 운전할 때, 다른 휠을 모방하는 것을 방지하기 위해 능동형 롤 스태빌라이저가 점점 더 많이 사용되고 있다. 이들은 액추에이터 및 댐퍼 장치를 포함한다. 댐퍼 장치는 (포트홀의 경우에 발생하는 것과 같은) 휠의 단기 (수직) 편향을 전송으로부터 분리하고/하거나 토크 충격을 지연시켜 구성 요소를 보호하도록 설정된다. 엘라스토머를 갖는 댐퍼 장치가 현재 댐핑 본체로 사용된다. 이들은, 예를 들어, 1.5 kNm[1.5 킬로뉴턴 미터]의 토크로 매우 높은 부하를 받는다. 또한, 이러한 댐퍼 장치의 전달 특성을 공정에 신뢰할 수 있는 방식으로 설정하는 것이 어렵고, 수명이 다할 때까지 엘라스토머 본체에서 노화의 징후가 발생한다. 댐핑 본체로 엘라스토머를 갖는 이러한 댐퍼 장치는 매우 소형이라는 큰 이점을 갖는다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 종래 기술로부터 알려진 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 본 발명에 따른 특징은 독립항으로부터 발생하며, 이에 대한 유리한 구현예가 종속항에 기재되어 있다. 청구범위의 특징이 임의의 기술적으로 합리적인 방식으로 조합될 수 있으며, 본 발명의 추가적인 구현예를 포함하는, 다음의 명세서 내의 설명 및 도면으로부터의 특징이 또한 이러한 목적을 위해 이용될 수 있다.
본 발명은 회전축을 갖는 진자 로커 댐퍼에 관한 것으로, 적어도
- 입력측;
- 출력측;
- 입력측과 출력측 사이에 토크를 전달하기 위한 저장 에너지원;
- 입력측 롤러 트랙 및 출력측 롤러 트랙을 갖는 복수의 로커 요소; 및
- 로커 요소의 롤러 트랙의 수에 상응하는 수의 롤링 요소를 구성요소로 포함하며,
입력측은 입력측 롤러 트랙 중 각각의 하나에 각각 상응하는 하나의 입력측 카운터 트랙을 갖고 그 사이에서 하나의 입력측 롤링 요소가 저장 에너지원에 의해 각각 롤링 가능하게 클램핑되고,
출력측은 출력측 롤러 트랙 중 각각의 하나에 각각 상응하는 하나의 출력측 카운터 트랙을 갖고 그 사이에서 하나의 출력측 롤링 요소가 저장 에너지원에 의해 각각 롤링 가능하게 클램핑된다.
진자 로커 댐퍼는 로커 요소가 서로에 대해 축방향으로 오프셋되도록 배열된 3개의 개별 부분 트랙을 각각 포함하고 이로부터 롤러 트랙이 형성되는 것을 주로 특징으로 한다.
달리 명확하게 언급되지 않는 한, 용어 "중심", "축 방향", "반경 방향" 또는 "원주 방향"뿐만 아니라 상응하는 용어가 다음에 사용될 때, 명시된 회전축을 참조한다. 달리 명확하게 언급되지 않는 한, 이전의 그리고 후속되는 설명에서 사용되는 서수(ordinal number)는 단지 명확한 구분을 위해서 사용된 것이고, 지정된 구성요소의 순서 또는 등급을 나타내지 않는다. 1보다 큰 서수는, 다른 이러한 구성요소가 존재하여야 한다는 것을 반드시 의미하지는 않는다.
여기에 제안된 진자 로커 댐퍼는 롤러 트랙, 즉, 입력측 롤러 트랙과 출력측 롤러 트랙 둘 모두의 배열이 각각의 로커 요소에서 매우 콤팩트한 설계를 가능하게 하기 때문에 매우 소형이다. 롤링 요소는 축방향으로 서로 인접한 배열의 결과로서 (관련 로커 요소의 요동 운동에 상응하는) 주행 방향으로 함께 근접하도록 배열될 수 있다. 주행 방향은 관련 로커 요소의 요동 운동 동안 롤링 요소의 롤링 축의 움직임이다. 일 구현예에서, 로커 요소의 롤링 요소의 롤링 축은 로커 요소가 휴지 위치에 있을 때 저장 에너지원에 대해 동일한 높이에 배열되며, 바람직하게는 이것만으로도 롤링 요소, 로커 요소 및 롤러 트랙의 동일한 기하학적 구조를 갖는 측부에 대한 힘의 균형을 생성하는 방식이다. 유리한 구현예에서, 입력측 및 출력측 둘 모두는 방사상으로 외부에 배열된다. 따라서 중앙 설치 공간은 로커 요소와 저장 에너지원으로만 사용된다. 이 시점에서 저장 에너지원은 힘을 흡수하고 (거의) 손실 없이 이 힘을 출력하도록 설계된 (적어도 조합으로) 하나 또는 복수의 요소를 포함한다는 것이 지적되어야 한다. 이러한 요소는, 예를 들어, 나선형 스프링, 솔리드 스프링, 가스 압력 어큐뮬레이터 또는 고무 탄성 거동을 나타내는 재료 블록이다. 저장 에너지원에 의해 유지되는 힘은 압축력으로 제공되는 것이 바람직하다.
이에 따라 입력측 및 출력측의 카운터 트랙은 방사상 내향을 가리키므로 롤링 요소는 트랙 사이에 배열되며, 각각의 트랙은 롤러 트랙 및 대응하는(상보적인) 카운터 트랙으로 구성되는 한 쌍의 트랙을 형성한다. 저장 에너지원의 힘이 도입되는 지점 또는 표면은 각각의 로커 요소에 대해 더 방사상 내향으로 배열된다. 따라서 방사상 외향으로 향하는 예압이 트랙을 통해 롤링 요소에 적용된다. 따라서 롤링 요소는 (설계에 따라 작동될 때) 트랙에 대해 (각각의 롤링 축을 중심으로) 롤링 방식으로만 이동 가능하다. 따라서 램프 기어가 생성된다. 바람직한 구현예에서, 여기에 언급된 진자 로커 댐퍼의 구성요소를 고정하고/하거나 지지하기 위한 추가 수단은 제공되지 않는다. 유리한 구현예에서, 각각의 롤링 요소 및 각각의 2개의 트랙 중 적어도 하나는 구성요소를 서로 축방향으로 고정하기 위한 기계적 정지부를 형성한다. 예를 들어, 롤링 요소 중 적어도 하나는 롤링 축에 대해 방사상 외향을 향하는 숄더를 갖는다.
더 나은 차별화를 위해 여기에서 입력측과 출력측을 정의한다. 그러나 이것은 토크 곡선의 방향을 정의하지 않는다. 오히려, 바람직하게는 최대 토크, 최대 비틀림 각도 및/또는 변속비의 전달성에 어떠한 차이도 없이 토크가 로커 요소와 저장 에너지원을 통해 양측 사이에서 기능적으로 동일한 방식으로 양방향으로 전달될 수 있다. 입력측 및/또는 출력측은, 예를 들어, 중심(공통) 회전축 주위에 링형으로 형성된다. (회전 축에 대해) 방사상으로 내부에 카운터 트랙 및 가능하면 다른 구성 요소의 상대적 이동성을 위한 돌출부 및/또는 적어도 하나의 정지부가 제공되어, 예를 들어, 과부하의 경우 과도하게 큰 상대적 비틀림 각도를 방지한다.
이러한 로커 요소는 입력측을 향하여 롤링 요소를 수용하기 위한 (적어도) 하나의 롤러 트랙 및 출력측을 향하여 롤링 요소를 수용하기 위한 (적어도) 하나의 추가 롤러 트랙을 포함한다. 또한, 로커 요소는 예압력을 도입하기 위한 저장 에너지원의 요소와 트랙 및 롤링 요소에 의해 입력측에서 출력측으로의 상대적 회전에 반대되는 토크로 변환되는 힘의 수용면을 포함한다. 예압력과 원하는 (최대) 전달 가능한 토크에 대한 힘은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 전체적으로 동일한 방향으로 작용하도록 설정된다. 트랙은 입력측과 출력측이 서로에 대해 회전할 때 로커 요소가 서로에 대해 약간만, 바람직하게는 전혀 또는 무시할 수 있는 정도의 상대적 기울기를 경험하도록 설정된다. 일 구현예에서 (바람직하게는 전체적으로 배타적으로) 2개의 로커 요소는 서로 반대편에 있도록 배열되고, 2개의 측부가 서로에 대해 회전되고 서로에 대해 기울어지지 않거나 서로에 대해 무시할 정도로 기울어질 때에만 이들 사이의 저장 에너지원이 압축된다. 이전에 설명된 구현예와 상관없이, 바람직한 구현예에서 진자 로커 댐퍼의 롤링 요소에 대한 합력은 항상 각각의 트랙에 바로 인접한 접촉선의 접선에 수직이 되도록 정렬(트랙 방향으로 정렬)된다.
이러한 로커 요소는 서로에 대해 축방향으로 오프셋되도록 배열된 3개의 개별 부분 트랙을 포함하는 것이 여기에서 제안된다. 예를 들어, (단일) 롤러 트랙(예를 들어 출력측 트랙)은 2개의 부분 트랙으로 형성된다. (단일) 제2 롤러 트랙(예를 들어 입력측 롤러 트랙)은 제3 부분 트랙으로 형성된다. 특히 바람직하게는, 제1 및 제2 부분 트랙은 외측에 축방향으로 배열되고 제3 부분 트랙은 다른 2개의 부분 트랙 사이에 축방향으로 배열된다. 특히 바람직한 구현예에서, 부분 트랙에 상응하는 부분 카운터 트랙, 구체적으로 하나의(단일) 부분 트랙이 제공되는 2개의 부분 카운터 트랙 및 2개의 부분 트랙이 제공되는 하나의(단일) 부분 카운터 트랙이 측부에 형성된다. 예를 들어, 입력측은 (단일) 부분 카운터 트랙으로 형성되고 입력측 롤링 요소의 입력측 제2 주행면과 구름 접촉하는 입력측 카운터 트랙을 포함한다. 여기서, 로커 요소는 2개의 부분 트랙으로 형성되고 입력측 롤링 요소의 상응하는 입력측 제1 주행면과 구름 접촉하는 입력측 롤러 트랙을 포함한다. 출력측의 경우, 정반대인 것이 바람직하며, 즉, 출력측 롤링 요소는 로커 요소의 출력측 롤러 트랙에서 축방향 중심으로 그리고 출력측의 출력측 카운터 트랙에 있는 2개의 부분 카운터 트랙에 의해 외부에서 축방향으로 롤링 방식으로 지지된다.
이러한 진자 로커 댐퍼를 사용하면, 에너지가 롤링 요소에 의해 개별적으로 적용 가능한 전달 특성(상대적 비틀림 각도에 대한 토크)으로 변환된다. 순수한 롤링이 있고 따라서 롤링 요소의 구름 접촉에 마찰이 없기 때문에 히스테리시스가 거의 없다. 롤러 트랙 및 상보적인 카운터 트랙은 저장 에너지원을 교체하지 않고도 모듈 방식으로 임의의 전달 특성을 달성할 수 있다.
유리한 구현예에서, 각각의 롤링 요소는 롤링 축을 가로지르는 틸팅 모멘트에 대해 등변 주행면의 외측에서 롤링 축방향으로 지지된다. 출력측에, 입력측에 또는 상응하는 로커 요소에 등변 주행면이 형성된다. (바람직하게는 일체형) 다른 주행면은 2개의 외부 지지 주행면 사이에 배열되고 그에 따라 길항 구성요소, 즉, (전술된 바와 같은 상응하는 순서로) 상응하는 로커 요소 또는 출력측 또는 입력측 각각에 지지된다. 로커 요소 측에서, 이러한 틸팅 모멘트는 바람직하게는 저장 에너지원에 의해, 특히 바람직하게는 예압력을 발생시키거나 이 예압력에 기여하는 동일한 요소에 의해 카운터 지지된다.
바람직한 구현예에서, 여기에 제안된 진자 로커 댐퍼는 회전 샤프트에 사용되지 않고, 차량 서스펜션, 예를 들어 롤 스태빌라이저, 댐퍼 장치, 플랩 댐퍼, 예를 들어 트렁크 리드 또는 후드, 또는 차량 도어에 래칭 기능을 제공하기 위한 것과 같은 진자 로커 댐퍼의 회전축에 대해 단지 일면 또는 양면 비틀림 편향으로 정적으로 사용된다.
또한 진자 로커 댐퍼의 유리한 구현예에서 입력측 롤러 트랙과 출력측 롤러 트랙이 각각 외부에서 방사상으로 로커 요소에 배열되는 것이 제안된다.
특히 콤팩트한 설계를 위해, 로커 요소는 방사상 외향으로(즉, 각 측부를 향해 및/또는 저장 에너지원에서 멀리) 개방되도록 설계되었다. 롤링 요소는 외부로부터, 즉 각각의 롤링 축에 대해 반경 방향으로 연관된 롤러 트랙에 배치될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일 구현예에서, 롤링 요소는 조립 중에 롤링 축에 대해 축방향으로 밀어넣어진다. 이 구현예에서 모든 기존의 롤러 트랙은 방사상으로 외부에 배열된다는 것이 지적되어야 한다(즉, 저장 에너지원의 중심 및/또는 힘의 균형 및/또는 진자 로커 댐퍼의 대칭축으로부터 멀어짐). 로커 요소 내에 배열되거나 저장 에너지원을 향하도록 배열된 롤러 트랙은 없다. 따라서 기존의 (상보적인) 카운터 트랙은 모두 링형으로 형성된 측부의 방사상 내향으로, 바람직하게는 방사상 내향을 가리키도록 배열된다. 특히 콤팩트한 설계를 위해, 측부는 또한 방사상 내향으로(즉, 각각의 로커 요소를 향해 또는 저장 에너지원을 향해) 개방되도록 설계되었다. 일 측부는 바람직하게는 롤링 요소의 하나의 (최대) 단부에서 롤링 요소의 반대쪽 (최대) 단부까지 연장되거나 더 짧거나 그 너머로 돌출하는 축방향 범위를 갖는다. 일 구현예에서, 측부 중 적어도 하나는 추가 요소에 축방향으로 연결되거나 일체형으로 형성되고, 축방향 중첩의 외부에서 (반경 방향의 링형 측부의 경우) 진자 로커 댐퍼의 (저장 에너지원 및/또는 힘의 균형 및/또는 대칭축의) 중심을 향해 로커 요소 및/또는 저장 에너지원이 있는 롤링 요소 중 하나와 중첩된다. 일 구현예에서, 로커 요소 및/또는 저장 에너지원의 레벨에서의 축방향 중첩은, 예를 들어, 2개의 측부 중의 하나에 있는 2개의 부분 요소 사이의 연결 볼트에 의해 이동 가능한 요소(또는 이동 트랙)의 외부 영역에서만 형성된다. 링형으로 형성된 측부의 경우, 로커 요소(예를 들어, 한 쌍)는 측부에 의해 에워싸인 원 내에 2개의 원 세그먼트를 형성한다. 에워싸인 원에서 로커 요소의 원 세그먼트를 뺀 내부에 저장 에너지원을 위한 설치 공간이 있다. 이 저장 에너지원은 바람직하게는 중앙 설치 공간이 완전히 채워지는 방식으로 설정된다(엔벨로프, 예를 들어, 직선 스프링 축이 있는 나선형 스프링의 경우 원통형 모양).
또한 진자 로커 댐퍼의 유리한 구현예에서 입력측과 출력측이 서로 축방향으로 인접하도록 배열되는 것이 제안되며, 입력측 및/또는 출력측은 바람직하게는 2개의 개별 부분 요소(들)를 포함한다.
이 구현예로, 특히 방사상으로 콤팩트한 설계가 달성될 수 있다. 예를 들어, 입력측과 출력측의 외주는 (거의 또는 정확히) 동일한다. 일 구현예에서, 입력측과 출력측의 내주, 즉, 로커 요소를 향한 확장은 (대략 또는 정확하게) 동일하며, 각각의 카운터 트랙의 배열은 반대 비틀림 각도로 인해 (바람직하게는) 대칭으로 구현예에서 미러링된다. 일 구현예에서, 입력측과 출력측은 구성이 동일하다(아마도 축 방향으로의 설치 길이와 별개임). 일 구현예에서, 입력측은 출력측과 축방향으로 중첩되거나 그 반대가 되므로, 중첩하는 입력측 또는 출력측이 회전축에 대해 지지되고 진자 로커 댐퍼의 설치 길이에 상응하는(가능하게는 약간 더 적은) 축방향 거리에서 지지될 수 있다. 이는 회전축을 가로지르는 틸팅 모멘트에 대해 높은 수준의 강성을 생성한다. 일 구현예에서, 3개 이상의 개별 롤러 트랙이 로커 요소에 제공되고 상응하는 수의 개별 카운터 트랙이 측부에 제공될 뿐만 아니라 롤링 요소에 별도의 주행면이 제공된다.
유리한 구현예에서, 측부 중 하나, 예를 들어, 출력측은 각각의 다른 측부, 예를 들어, 입력측에 축방향으로 인접하도록 배열되는 2개의 개별 부분 요소와 쌍으로 형성된다. 일 구현예에서, 2개의 개별 부분 요소는 서로 연결되지 않고 단지 기능적으로 각각의 측부를 함께 형성하며, 이는 롤링 요소와 로커 요소의 기어 연결을 통해 할당된다. 따라서 2개의 부분 요소는 항상 서로 동시에 움직인다. 별도의 작동 모드에 대한 대안으로, 진자 로커 댐퍼의 (로커 요소가 배열된) 코어 직경의 방사상 외부 또는 이 코어 직경 내에서 관련 측부의 2개의 부분 요소 사이에 연결(예를 들어, 스페이서 볼트에 의한 연결)이 형성된다. 코어 직경 내에서 연결을 갖는 구현예는 작은 상대적 비틀림 각도에 대해 유리하다.
또한 진자 로커 댐퍼의 유리한 구현예에서 저장 에너지원이 직선형 스프링 축을 갖는 적어도 하나의 나선형 압축 스프링을 포함하는 것이 제안되며, 스프링 축은 바람직하게는 입력측 롤링 요소와 출력측 롤링 요소 사이에서 연장되도록 배열된다.
특히 간단한 이 구현예는 비용 효율적인 설계 및 적은 수의 개별 구조적 구성 요소를 가능하게 한다. 진자 로커 댐퍼의 회전축을 가로지르는 틸팅 모멘트에 대한 지지를 제공하고, 서로에 대한 입력측과 출력측의 상대적인 회전에 대해 원하는 대항력을 제공하도록(주요 기능), 나선형 압축 스프링은 마찬가지로 롤링 요소에 최소 예압을 가하기 위해 로커 요소에 의해 설정된다. 바람직한 구현예에서, 2개의 로커 요소는 서로 정반대로 배열되고 하나 이상의 나선형 압축 스프링은 2개의 로커 요소 사이의 최단 거리에 (각각) 평행한 스프링 축을 갖도록 정렬된다. 형성된 램프 기어는 입력측과 출력측 사이의 비틀림 각도가 증가하면서 나선형 압축 스프링의 압축을 증가시켜 증가하는 대항력(변위에 비례)을 생성한다. 나선형 압축 스프링은 낮은 에너지 소실을 나타내며 간단한 방식으로 과부하에 대해 설계될 수 있으며, 예를 들어, 온 블록 하중까지 파손에 대해 안전하도록 설계되고/되거나 최대 스프링 편향은 정지부를 통해(예를 들어 로커 요소에서) 제한될 수 있다. 나선형 압축 스프링은 매우 정밀하게 조정된 변위력 특성으로 (예를 들어, 고무 탄성 재료 블록과 비교하여) 저렴하게 생산할 수 있거나 시장에서 표준 부품으로 입수 가능하며 충분히 긴 서비스 수명 동안 고려해야 하는 노화의 징후가 없다. 또한, 나선형 압축 스프링에 대한 제한 하중은, 예를 들어, 온 블록 하중까지 최대 스프링 편향에 의해 설계 측면에서 쉽게 고려할 수 있다.
유리한 일 구현예에서, 적어도 하나의 나선형 압축 스프링의 스프링 축은 각각의 로커 요소의 (예를 들어, 2개의) 롤링 요소 사이에, 바람직하게 대략적으로(예를 들어, 3mm[3 밀리미터] 이하로 편향됨) 또는 정확히 중앙에, 특히 바람직하게는 회전 축과 교차하거나 작은 오프셋(예를 들어, 최대 ± 0.5 mm[플러스/마이너스 0.5 밀리미터])으로 배열된다. 일 구현예에서, 2개 이상의 나선형 압축 스프링은, 예를 들어, 동일한 스프링 축으로 서로 중첩되도록 배열되며, 2개의 나선형 압축 스프링 중 하나는 바람직하게는 다른 나선형 압축 스프링을 안내하고 2개의 나선형 압축 스프링 중 하나만이 스프링 축에 대해 가로로 장착된다. 일 구현예에서, 이완된 길이의 나선형 압축 스프링 중 하나는 저장 에너지원에 의해 서로 지지되는 로커 요소의 (비틀림 각도 0에서의) 최단 거리보다 짧다. 서로에 대한 2개의 측부의 사전 결정된 비틀림 각도에서만 로커 요소 둘 모두가 이 (짧은) 나선형 압축 스프링과 힘 전달 접촉을 하게 된다. 이것은 또한 진자 로커 댐퍼의 전달 특성에 걸쳐 강성을 (계단식) 증가시키고/시키거나 다른(힘 전달 접촉에서 길고 영구적인) 나선형 압축 스프링의 온 블록 하중 또는 과부하에 대한 보호 장치를 형성한다. 이러한 짧은 나선형 압축 스프링은 또한 저장 에너지원 요소의 다른 구현예와 결합될 수 있다.
중앙 위치에 저장 에너지원으로 적어도 하나의 나선형 압축 스프링을 갖는 진자 로커 댐퍼는 높은 와이어 두께를 가능하게 하며 이는 매우 많은 양의 에너지를 의미한다. 이 양의 에너지는 롤링 요소에 의해 개별적으로 적용 가능한 전달 특성으로 변환된다. 순수한 롤링이 있고 따라서 구름 접촉에 마찰이 없기 때문에, 사실상 히스테리시스가 없다. 나선형 압축 스프링의 강성은 거의 변하지 않는다. 이것은 서비스 수명 동안 고품질의 절연을 보장한다. 롤러 트랙 및 상보적인 카운터 트랙은 나선형 압축 스프링을 교체하지 않고도 모듈 방식으로 임의의 특성을 달성할 수 있다.
진자 로커 댐퍼의 유리한 구현예에서, 나선형 압축 스프링 중 적어도 하나에 대한 와이어 직경은 주행면에서 롤링 요소의 롤러 직경으로부터 20% 미만의 편차를 갖고, 바람직하게는 와이어 직경은 롤러 직경보다 5% 넘게 더 크고, 와이어 직경은 바람직하게는 5 mm보다 크고, 로커 요소의 외주로부터 형성되는 코어 직경은 80 mm 미만, 바람직하게는 40 mm 미만인 것이 추가로 제안된다.
여기서 제안된 진자 로커 댐퍼는 전체 치수 또는 전달 가능한 토크에 비해 매우 높은 수준의 강성을 갖는 나선형 압축 스프링을 갖는다. 바람직한 구현예에서, 나선형 압축 스프링은 최대 전달 가능한 토크(설계에 의해)에서 유일한 힘 전달 요소이며, 즉, (정지부 및/또는 추가 저장 에너지원 요소와 같은) 평행 구조가 제공되지 않는다. 예를 들어, 1.5 kNm[1.5 킬로뉴튼 미터]의 최대 토크는 나선형 압축 스프링을 통해 전달될 수 있으며, 예를 들어, 5 kN[5 킬로뉴튼] 내지 30 kN의 최대 스프링력이 나선형 압축 스프링에 가해지고 나선형 압축 스프링은 여전히 자유 스프링 편향 용량을 가지므로 블록까지 하중이 가해지지 않는다.
유리한 구현예에서, 진자 로커 댐퍼의 코어 직경은 80 mm[80 밀리미터] 미만, 바람직하게는 40 mm 미만이다. 진자 로커 댐퍼 또는 여기에 기술된 구성요소의 외경은 바람직하게는 100 mm 미만, 예를 들어, 약 60 mm이다. 코어 직경은 설치 상황에서 로커 요소의 외주에 의해 정의되며, 코어 직경은 로커 요소의 최대 반경 범위(외부)에 접선 방향으로 배열된 회전축을 중심으로 한 원 직경에 상응한다. 대안적으로, 코어 직경은 설치 상황에서 방사상으로 가장 바깥쪽(예를 들어, 모든) 롤링 요소의 롤링 축을 통과하는 원의 직경이다. 설치 상황은 입력측과 출력측 사이에 비틀림각이 없는 상태이다. 나선형 압축 스프링 중 적어도 하나의 와이어 직경은 바람직하게는 5 mm[5 밀리미터]보다 크고, 와이어 직경은 특히 바람직하게는 대략 10 mm이다. 그러면 롤링 요소의 롤러 직경은 예를 들어 와이어 직경에서 -5%[마이너스 5퍼센트] 편차가 있는 9.5 mm이다. 일 구현예에서, 진자 로커 댐퍼의 축방향 설치 길이는 100 mm[100 밀리미터] 미만, 바람직하게는 약 50 mm이다. 롤링 요소는 바람직하게는 축방향으로 진자 로커 댐퍼의 축방향 설치 길이만큼 길거나 약간 짧다.
또한 진자 로커 댐퍼의 유리한 구현예에서, 적어도 하나의 로커 요소가 나선형 압축 스프링 중 적어도 하나, 바람직하게는 내부 스프링을 수용하기 위해 수용면에 오목부를 갖는 것이 제안된다.
오목부는 나선형 압축 스프링에 대한 안전한 가이드를 제공한다. 노즈와 대조적으로, 오목부는 나선형 압축 스프링의 더 긴 디자인이 수용되도록 하여 더 큰 스프링 편향 용량 및/또는 스프링 강성을 가능하게 한다. 오목부는 또한 로커 요소가 안정적인 성형을 위해 주조 또는 소결에 의해 제조될 때 유리한다. 바람직한 구현예에서, 내부(또는 가장 안쪽) 나선형 압축 스프링만이 오목부에 의해 수용된다. (하나 이상의) 다른 나선형 압축 스프링은 바람직하게는 오목부에 의해 안내되는 나선형 압축 스프링에 의해서만 안내된다. 일 구현예에서, 나선형 압축 스프링은 설계된 대로 기능할 때 서로 접촉하지 않도록 설계된다. 또는 예를 들어 나선형 압축 스프링 중 하나 이상이 온 블록 하중을 받는 경우와 같이 제한 하중에 도달했을 때만 접촉한다. 일 구현예에서, 나선형 압축 스프링 사이의 마찰은 에너지 소실이 발생하도록 사전 결정된 하중으로부터 바람직하다. 이 에너지 소실은 바람직하게는 상대적 비틀림 각도의 외부 한계 범위에서만 발생하고 제로 크로싱에서는 발생하지 않는다. 따라서 제로 크로싱에서 히스테리시스는 (거의) 0이다. 그럼에도 불구하고, (설계에 따른 최대 비틀림 각도와 비교하여) 큰 비틀림 각도에서 안전 한계 및/또는 대항력 또는 카운터 토크의 증가가 생성될 수 있다.
진자 로커 댐퍼의 유리한 구현예에서 입력측과 출력측 사이의 최대 상대적 비틀림 각도가 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만인 것이 또한 제안된다.
회전 샤프트 시스템의 드라이브 트레인에 사용하기 위한 이전에 알려진 진자 로커 댐퍼의 경우, ± 20°[360°에서 플러스/마이너스 20도] 내지 ± 30°의 최대 비틀림 각도, 200 Nm의[200 뉴턴 미터] 내지 300 Nm의 낮은 강성이 필요하고, 바람직하게는 ± 10°[플러스/마이너스 10도] 미만, 또는 심지어 ± 5°, 예를 들어, ± 3° 내지 ± 4°의 낮은 비틀림 각도를 갖는 약 1.5 kNm의 매우 높은 강성(이미 상기 전술된 바와 같이)이 여기에서 제공된다. 이러한 진자 로커 댐퍼는 토크 흐름에서 유일한 댐퍼 장치로서 추가 조치 없이, 예를 들어, 롤 스태빌라이저에 사용될 수 있다. 이러한 롤 스태빌라이저의 설치 공간과 질량 또는 힘에 따라 다른 값을 얻을 수 있다. 또한, 히스테리시스 특성이 (거의) 없는 전송 곡선을 달성할 수 있으므로, 예를 들어, 작은 비틀림 각도(예를 들어, 고르지 않은 도로를 주행할 때 자동차에서)에 대한 고유하고, 예를 들어, 소프트 전달 특성이 있고, 큰 비틀림 각도의 경우 고유하고, 예를 들어, 하드 전달 특성이 있다(예를 들어, 자동차에서 높은 횡방향 가속도로 코너링할 때). 포트홀을 통과할 때, 휠 어셈블리의 무게만 영향을 미치기 때문에 롤 스태빌라이저에 낮은 토크가 발생한다. 전달 특성의 낮은 강성(낮은 토크에 상당)으로 인해, 휠 차축의 다른 휠로 전달되지 않거나 심한 댐핑으로 전달된다. 코너링 시, 전체 차량 질량이 커브 바깥쪽으로 (횡방향) 가속되어 롤 스태빌라이저에서 상당히 더 높은 토크가 발생한다. 이런 다음 전달 특성의 강성이 높은(높은 토크에 상당) 다른 휠로 전달된다.
또한 진자 로커 댐퍼의 유리한 구현예에서, 입력측과 출력측 사이의 설계에 따른 최대 상대 비틀림 각도에서 롤러 트랙과 카운터 트랙에 의해 약 1 mm 내지 10 mm의, 바람직하게는 최대 6 mm까지의 저장 에너지원의 최대 스프링 편향이 이루어지는 것으로 제안된다.
저장 에너지원의 스프링 편향은 진자 로커 댐퍼의 높은 수준의 소형화를 달성할 수 있도록 가능한 한 작아야 한다. 일부 애플리케이션의 경우, (예를 들어, 전술된 바와 같이) 최대 비틀림 각도가 낮은 진자 로커 댐퍼의 높은(최대) 강성이 필요하다. 롤링 요소, 즉, 램프 기어의 트랙으로 인해 이러한 관계가 달성될 수 있으며 각 경우에 필요한 특성 곡선을 사용하여 요구 사항에 개별적으로 적응할 수도 있다. 유리한 구현예에서, 구성이 항상 동일하거나 단지 약간만 수정된 저장 에너지원이 상이한 전달 특성을 위해 사용될 수 있다. 램프 기어의 형상만 조정해야 한다. 대안적으로, 속성은 같지만 힘이나 토크가 상이한 원하는 전달 특성을 달성하기 위해 저장 에너지원만 교체해야 한다. 필요한 설치 공간은 저장 에너지원 및/또는 램프 기어에 필요한 변경 사항과 함께 항상 동일한 것이 특히 바람직한다. 즉, 진자 로커 댐퍼는 상이한 질량을 갖는 다른 수많은 상이한 차량에 사용될 수 있고/있거나 개발 과정에서 나중에 큰 노력 없이 조정될 수 있을 뿐만 아니라 많은 상이한 응용분야에 사용될 수 있다.
다른 양태에 따르면, 적어도 다음의 구성요소를 갖는 자동차의 휠 차축용 롤 스태빌라이저가 제안된다:
- 적어도 하나의 휠 스프링 연결부;
- 적어도 하나의, 바람직하게는 상기 설명에 따른 구현예에 따른 진자 로커 댐퍼를 구성요소로 포함하며,
적어도 하나의 휠 스프링 연결부는 토크 전달 방식으로 진자 로커 댐퍼에 연결되고,
진자 로커 댐퍼는 입력측, 출력측, 복수의 로커 요소, 상응하는 수의 롤링 요소 및 저장 에너지원을 포함하되, 롤링 요소는 로커 요소의 롤러 트랙과 입력측 또는 출력측의 카운터 트랙 사이에서 저장 에너지원에 의해 롤링 가능하게 클램핑되고,
바람직하게는 액추에이터, 특히 바람직하게는 다단 유성 기어가 액추에이터와 진자 로커 댐퍼 사이의 토크 흐름에 제공되되, 적어도 하나의 휠 스프링 연결부는 토크 전달 방식으로 진자 로커 댐퍼에 의해 액추에이터에 연결된다.
고전적인 구현예의 롤 스태빌라이저는, 예를 들어, 제1 토션 바를 통해 연결된 제1 휠 스프링과, 예를 들어, 제2 토션 바를 통해 연결된 제2 휠 스프링 사이에 배열되고, 예를 들어, (가급적 조향되는) 전방 차축의 MacPherson 스트러트를 사용하여 (공통) 휠 차축의 2개의 휠의 압축력 또는 반발력의 전달을 조절하도록 설정된다. 스프링 스트러트 또는 토션 바는 공통 휠 차축 중 하나의 휠용 휠 마운트에 각각 힘 전달 방식으로 연결된다. 롤 스태빌라이저의 비조절 및 수동 구현예에서, 2개의 토션 바는 서로 연결되거나 일체형으로 형성된다. 여기에 기술된 롤 스태빌라이저에서, 토크 전달은 진자 로커 댐퍼를 통해 각각의 휠 스프링 연결에 의해 하나의 휠 스프링에서 다른 휠 스프링으로 전달된다. 진자 로커 댐퍼는 (예를 들어, 고르지 않은 지면으로 인해) 2개의 휠 중 하나의 상하 움직임을 공통 휠 차축의 다른 휠로 전달하는 것을 감쇠시키거나 억제하기 위해 개재된다.
롤 스태빌라이저의 능동적 구현예에서, 액추에이터가 추가로 제공된다. 액추에이터는, 예를 들어, 전기 기계이다. 액추에이터는 바람직하게는 롤 스태빌라이저 외부로부터, 예를 들어, 자동차의 온 보드 전원으로부터 필요한 전력 전압을 공급받는다. 일 구현예에서, 컨트롤러 및/또는 액추에이터에 필요한 센서 시스템은 롤 스태빌라이저에 통합된다. 일 구현예에서, 각각의 경우에 하나의 휠 스프링 연결부만이 제공되도록 별도의 롤 스태빌라이저가 각 휠에 제공된다. 이 휠 스프링 연결부는 진자 로커 댐퍼에 의해 액추에이터에 연결된다. 토크 전달 방식으로 연결된 휠의 압축 또는 반발은 센서 시스템에 의해 등록된다. 결정된 값은 공통 휠 차축에 있는 각각의 다른 롤 스태빌라이저의 액추에이터에 순전히 전자적으로 전송되며 액추에이터는 거기에 있는 휠 스프링 연결부로 전달하기 위한 토크를 생성한다.
양호한 응답 거동과 롤 스태빌라이저의 래틀링 소음을 줄이기 위해 램프 기어에 의해 원하는 댐핑을 제공하는 진자 로커 댐퍼를 사용하는 것이 특히 유리한다. 래틀링 소음은 특히 고르지 않은 지면을 마주할 때 차량 운전자에게 불확실성을 야기하여 이러한 소음을 유발할 수 있다. 진자 로커 댐퍼는 바람직하게는 2개의 휠 스프링 연결부 사이 또는 액추에이터와 휠 스프링 연결부 또는 휠 스프링 연결부 사이의 토크 흐름에서 유일한 댐퍼 장치이다. 진자 로커 댐퍼는 고무 탄성 댐퍼 요소 없이 형성된다. 진자 로커 댐퍼는 복수의 로커 요소, 상응하는 수의 롤링 요소 및 저장 에너지원을 포함하며, 램프 기어는 입력측 및/또는 출력측의 로커 요소에 의해 형성된다. 출력측에 대한 입력측의 회전에 반대되는 토크는 바람직하게는 적어도 하나의 나선형 압축 스프링을 포함하고, 특히 바람직하게는 적어도 하나의 나선형 압축 스프링만을 포함하는 저장 에너지원에 의해 인가된다. 롤링 요소는 저장 에너지원에 의해 로커 요소의 롤러 트랙과 입력측 또는 출력측의 카운터 트랙 사이에서 롤링 가능하게 클램핑된다. 진자 로커 댐퍼는, 예를 들어, 처음에 언급된 이전에 알려진 진자 로커 댐퍼의 구현예와 같이 설계된다. 진자 로커 댐퍼는 히스테리시스 특성이 낮거나 무시할 수 있는 방식으로 설계될 수 있다. 따라서 롤 스태빌라이저에서 래틀링 소음이 발생하는 것을 효과적으로 방지하거나 충분히 줄일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 진자 로커 댐퍼는 상기 설명에 따른 구현예에 따라 설계된다. 후자는 종래의 롤 스태빌라이저에 사용되는 이전에 알려진 고무 탄성 댐퍼 장치보다 바람직하게는 더 적은 설치 공간을 필요로 하는, 특히 소형이라는 이점을 제공한다. 또한, 이러한 진자 로커 댐퍼는 이 목적을 위해 변경되어야 하는 설치 공간 없이 다양한 요구 사항에 맞게 저렴하고 유연하게 생산될 수 있다.
유리한 구현예에서, 다단 유성 기어는 능동형 롤 스태빌라이저에서 액추에이터와 진자 로커 댐퍼 사이의 토크 흐름에 개재된다. 따라서 롤 스태빌라이저에 (무변속기) 사용하기에는 (너무) 낮은 최대 토크를 갖는 저렴하고 매우 소형인 액추에이터가 사용될 수 있다. 다단 유성 기어는 가능한 가장 작은 설치 공간에서 엄청난 변속비를 가능하게 한다. 일 구현예에서, 3단 유성 기어가 제공된다.
다른 양태에 따르면, 구동 엔진, 적어도 하나의 휠 차축 및 적어도 하나의 휠 차축 상의 상기 설명에 따른 구현예에 따른 적어도 하나의 롤 스태빌라이저를 갖는 자동차가 제안된다.
스포츠 유틸리티 차량(SUV)이라고 하는 것과 대형 트랙션 배터리가 장착된 전기 자동차 둘 모두에서 대량의 자동차가 점점 더 문제가 되고 있다. 또한, 예를 들어, 포장된 도로에서 정밀한 코너링 및 높은 수준의 승차감(따라서 안전감 증가)을 위한 양호한 롤 안정화을 포함하는, 높은 주행 안전성에 대한 요구가 증가하고 있다. 동시에, 오늘날 자동차의 복잡성과 운전 중 자동차에서 일어나는 일에 대한 이해 부족으로 인해 (알 수 없는) 소음의 발달에 대한 차량 운전자의 민감도가 높다.
여기에 제안된 자동차에서는 소형 진자 로커 댐퍼와 모든 작동 상태에서 래틀링 없이 작동하는 능동형 롤 스태빌라이저가 제안된다. 롤 스태빌라이저는 고무 탄성 댐퍼 장치를 구비한 이전에 알려진 롤 스태빌라이저와 동일하거나 더 작은 크기로 설계될 수 있으므로 자동차에서 이전에 알려진 롤 스태빌라이저의 대체품으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, 종래의 롤 스태빌라이저에 문제가 발생하는 경우(예를 들어, 노화 징후로 인해) 유지 관리 주기에서 교체할 수도 있다.
승용차는, 예를 들어, 크기, 가격, 중량, 및 성능에 따라 차량 카테고리에 할당되고, 이러한 규정은 시장의 필요성을 기반하여 항상 변화된다. 미국 시장에서는 유럽 분류에 따른 차량의 J- 세그먼트(SUV)가 미니 SUV에서 풀사이즈 SUV 세그먼트로, 영국 시장에서는 4x4 세그먼트 또는 쿠페 SUV 세그먼트에 해당한다. 미니 SUV 부문의 예로는 Dacia Duster와 Opel Mokka가 있다. 대형 4x4 세그먼트의 예로는 Porsche Cayenne, Mercedes-Benz M-Class 및 Ford Explorer가 있다. 잘 알려진 완전 전기 SUV는 Tesla Model X이다.
전술한 본 발명은, 바람직한 구현예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여, 중요한 기술적 배경에 대해서 이하에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 순전히 개략적인 도면에 의해서 제한되지 않고, 도면이 치수적으로 정확한 것이 아니고 비율을 규정하기에 적합하지 않다는 것에 주목하여야 한다.
도 1은 진자 로커 댐퍼의 정면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 진자 로커 댐퍼의 단면도를 도시한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 진자 로커 댐퍼의 분해도를 도시한다.
도 4는 달성 가능한 전송 특성을 보여준다.
도 5는 도 1 내지 도 3에 따른 진자 로커 댐퍼를 갖는 능동형 롤 스태빌라이저를 도시한다.
도 6은 서스펜션 스트러트를 구비한 자동차를 도시한다.
도 1은 진자 로커 댐퍼(1)의 정면도를 도시하며, 이에 의해, 중심 회전축(2)에 주위의 (여기서는 링형) 입력측(3)(여기서는 덮여 있음, 도 2 및 도 3 참조)과 (여기서는 또한 링형) 출력측(4) 사이에 중심 회전축(2)에 주위의 비틀림 각도(30)는 스프링 축(20)을 따라 직선 스프링 편향(31)으로 변환된다. 이것은 이 구현예에서 정반대의 2개의 로커 요소(6)에 의해 형성되는 램프 기어에 의해 또는 롤러 트랙(7, 8), 카운터 트랙(11,12)(입력측(3) 및 출력측(4)), 및 그 사이에 배열된 롤링 요소(9, 10)에 의해 달성된다(도 3 참조). 로커 요소(6)의 롤러 트랙(7, 8)은 방사상 외향을 향하고 이 구현예에서 입력측(3) 및 출력측(4)은 로커 요소(6)에 대해 방사상 외측에 배열된다. 입력측(3)과 출력측(4) 사이의 비틀림 각도(30)(0이 아님)의 결과로, 로커 요소(6)는 측부(3, 4)에 대해 도시된 휴지 위치 밖으로 기울어진다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 로커 요소(6)는 스프링 축(20)을 따라 서로에 대해 정렬된 상태(적어도 거의)를 유지하며, 즉, 스프링 축에 수직이거나 서로에 대해 수용면(29)의 약간의 측방향 오프셋을 설명한다. 로커 요소(6)는 적용된 비틀림 각도(30)(0이 아님)의 경우, 표시된 스프링 편향(31)에 의해, 도시된 바와 같이 서로를 향해 움직인다.
롤링 요소(9, 10)는, 각각의 롤링 요소(9, 10)와 로커 요소(6)와 관련 측부(3, 4) 사이의 상대 이동으로서 롤링 이동만이 가능한 방식으로, 저장 에너지원(5)에 의해 각각의 롤러 트랙(7, 8) 및 각각의 카운터 트랙(11, 12)에 대해 가압된다. 각각의 롤링 요소(9, 10)의 롤링 축(41)(여기에서는 도면에 따라 하부 롤링 요소(9, 10)의 경우에만 명확성을 위해 지정됨)에 대한 회전 없는 미끄러짐 운동은, 진자 로커 댐퍼(1)이 설계된 대로 작동할 때, 제외된다. 이 구현예에서, 저장 에너지은(5)은 공통 스프링 축(20)을 갖는 외부 나선형 압축 스프링(18) 및 내부 나선형 압축 스프링(19)을 포함한다. 스프링 축(20)은 로커 요소(6)의 수용면(29)에 수직이 되도록 배열되고 나선형 압축 스프링(18, 19)의 예압력은 따라서 로커 요소(6)에 수직으로 향하게 된다. 스프링 축(20)은 회전 축(2)과 교차하거나 회전 축(2)으로부터 약간 오프셋되어 배열된다. 저장 에너지원(5)의 예압력은 이후 각각의 롤러 트랙(7, 8)을 통해 관련 롤링 요소(9, 10)로 도입되고, 이로부터 차례로 관련 측부(3, 4)의 관련 카운터 트랙(11, 12)으로 도입된다. 바람직한 구현예에서, 롤링 요소(9, 10)에 가해지는 힘이 각각의 경우에 각각의 트랙(7, 8, 11, 12)과의 전류 접촉선의 접선(트랙 방향으로)에 (적어도 대략) 수직으로 향하도록, 이러한 안정적인 힘의 균형이 생성된다. 그런 다음 힘은 롤링 요소(9, 10)를 통해 정반대로(즉, 롤링 축(41)과 교차) 진행한다.
도 2에서, 도 1에 따른 진자 로커 댐퍼(1)가 거기에 표시된 바와 같이 단면도로 도시되어 있다. 도면의 상단에는 (출력측) 롤링 요소(10)를 점선으로 간략화된 형태로 도시되어 있고, 반대측(아래)에는 (입력측) 롤링 요소(9)가 대부분 덮여 있으므로 여기에서는 표시하지 않는다(도 1 참조). 여기에서 공통 스프링 축(20)을 갖는 2개의 나선형 압축 스프링(18, 19)이 어떻게 로커 요소(6)의 수용면(29) 사이에서 하나가 다른 하나의 내부에 배열되는 지 그리고 따라서 클램핑되어 상대 회전에 반대되는 예압력 및 토크를 생성하는 지를 쉽게 알 수 있다. 외부 나선형 압축 스프링(18)의 와이어 직경(21)은 롤링 요소(9, 10)의 (유효한) 롤러 직경(22)보다 약간 더 크다. 측부(3, 4)은 외부에 방사형으로 배치되고, 여기에서 축 중심에서 (일체형) 입력측(3), 및 제1 부분 요소(16) 및 제2 부분 요소(17)를 갖고, 각각의 경우 입력측(3)에 축방향으로 인접하는 출력측(4)으로서 링형 방식으로 형성된다. 입력측(3)을 통해 인가되는 토크는 입력측 롤링 요소(9), 로커 요소(6)를 통해 그리고 다시 출력측 롤링 요소(10)를 통해 출력측(4)으로 흐른다. 이러한 방식으로 생성된 로커 요소(6)의 (흔들리는) 움직임은 저장 에너지원(5)의 스프링력에 반대된다(도 1의 스프링 편향(31) 참조). 횡방향 힘에 대해 나선형 압축 스프링(18, 19)을 안내하거나 유지하기 위해, 이 유리한 구현예에서 로커 요소(6)의 수용면(29)에 오목부(28)가 (선택적으로) 제공된다. 내부 나선형 압축 스프링(19)의 각각의 일 단부는 이들 오목부(28)에 수용된다. 내부 나선형 압축 스프링(19)은 외부 실린더 원주 위로 외부 나선형 압축 스프링(18)을 안내한다. 코어 직경(27)은 도시된 설치 상황에서 로커 요소(6)의 (최대) 외주에 상응하는 링형측(3, 4) 내부에 방사상으로 형성된다. 코어 직경(27)은 매우 작지만(예를 들어, 약 40 mm[40 밀리미터]로 측정됨) 회전축(2) 주위의 출력측(4)에 대한 입력측(3)의 상대 비틀림의 경우, 1.5 kNm[1.5 킬로뉴튼 미터] 이상의 최대 토크가 달성될 수 있다. 바람직하게는, 최대 비틀림 각도(30)(설계상)는 ± 6°[플러스/마이너스 6도] 미만이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 진자 로커 댐퍼(1)의 분해도를 도시한다. 이미 설명한 진자 로커 댐퍼(1)의 구성 요소 외에도, 여기에서 트랙을 명확하게 볼 수 있다.
- (그림에 따라) 상부 로커 요소(6)에서 두 부분으로 구성된 출력측 롤러 트랙(8)이 전면에서 볼 수 있고 축방향 중앙의 입력측 롤러 트랙(7)이 후면에서 볼 수 있다. 회전축(2)을 중심으로 회전하고 바람직하게는 상부 로커 요소(6)와 동일한 하부 로커 요소(6)에도 동일하게 적용된다. 따라서 출력측 롤러 트랙(8)은 제1 부분 트랙(13) 및 제2 부분 트랙(14) 각각으로부터 형성되며, 이들은 외부에서 축방향으로 배열된다. 입력측 롤러 트랙(7)은 각각 다른 2개의 제1 부분 트랙(13, 14) 사이에서 축방향 중앙에 배열되는 제3 부분 트랙(15)으로 형성된다.
- 축방향 중앙 입력측(3)에서 서로 반대편에 있는 2개의 (입력측) 카운터 트랙(11)을 볼 수 있다. 따라서 입력측 카운터 트랙(11)은 각 경우에 (축 방향 중앙) 제3 부분 카운터 트랙(44)으로 형성된다.
- 두 부분으로 구성된 출력측(4)에서, 각각의 경우 각각의 부분 요소(16, 17)에서 서로 반대편에 있는 2개의 (출력측) 카운터 트랙(11, 12)을 볼 수 있다. 따라서 출력측 카운터 트랙(12)은, 각각의 경우에, 즉 제3 부분 카운터 트랙(44)에 대해 외부에서 축방향으로, 제1 부분 카운터 트랙(42)(출력측(4)의 제1 부분 요소(16)) 및 제2 부분 카운터 트랙(43)(출력측(4)의 제2 부분 요소(17))으로 형성된다.
또한 상응하는 주행면은 롤링 요소(9, 10)에서도 볼 수 있다.
- 입력측 롤링 요소(9)(도면에 따라, 전면은 상단, 후면은 하단)에서, 입력측 카운터 트랙(11)(제3 부분 카운터 트랙(44)) 상에서 롤링하기 위한 입력측 제2 주행면(25)은 축방향 중앙에서 볼 수 있고, 입력측 롤러 트랙(7)(제1 부분 트랙(13) 및 제2 부분 트랙(14)) 상에서 롤링하기 위한 입력측 제1 주행면(23)은 각각의 경우 축방향 외부에서 볼 수 있다. 순전히 선택적으로, 입력측 롤링 요소(9)의 (입력측) 주행면(23, 25)은 여기에서 숄더에 의해 서로 분리되어 축방향 베어링 장치 또는 보호 장치를 생성한다.
- 출력측 롤링 요소(10)(그림에 따라 전면은 하단, 후면은 상단)에서, 출력측 롤러 트랙(8)(제3 부분 트랙(15)) 상에서 롤링하기 위한 출력측 제1 주행면(24)은 축방향 중앙에서 볼 수 있고, 출력측 카운터 트랙(12)(제1 부분 카운터 트랙(42) 및 제2 부분 카운터 트랙(43)) 상에서 롤링하기 위한 출력측 제2 주행면(26)은 각각의 경우 축방향 외부에서 볼 수 있다. 순전히 선택적으로, 출력측 롤링 요소(10)의 (출력측) 주행면(24, 26)은 여기서 숄더에 의해 서로 분리되어 축방향 베어링 장치 또는 안전장치를 생성한다.
또한, 도면에 따른 하부 로커 요소(6)의 수용면(29)의 오목부(28)는 여기 도 3에서 명확하게 볼 수 있다. 도 2에서 이미 알 수 있는 바와 같이, 이 유리한 구현예에서, 오목부(28)는 내부 나선형 압축 스프링(19)을 수용하도록만 설계되고 오목부(28) 주위의 수용면(29) 영역은 외부 나선형 압축 스프링(18)만 수용하도록 설계된다.
도 4는 진자 로커 댐퍼(1)(예를 들어, 도 1 내지 도 3 중 하나에 도시된 바와 같음)에 의해 달성될 수 있는 전달 특성(45)을 도시한다. 이러한 전달 특성(45)은 롤 스태빌라이저(32)에 유용하다(예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같음). 가로 좌표(46)는 예를 들어 -6°에서 +6°까지 도 단위로 표시된다. 세로 좌표 47은 예를 들어 -1.5kNm에서 +1.5kNm까지 킬로뉴턴 미터 단위로 표시된다. 전달 특성(45)은 편평하고 제로 크로싱(48) 주위에서 거의 직선이다(즉, 대략 일정한 구배를 가짐). 이것은 작은 비틀림 각도(30)로 부드러운 응답 거동을 달성한다. 사전 결정된 비틀림 각도(30), 예를 들어, -4° 또는 +4°에서 급격하고 또한 거의 직선인 구배(즉, 강성의 급격한 증가)로의 급격하지만 일정한 전이가 형성된다. 비틀림 각도 30의 작은 범위(예를 들어, +4°에서 +6° 또는 -4°에서 -6°) 내에서 비틀림 강성은 10배(또는 그 이상) 증가한다(예를 들어, 약 0.15 kNm에서 1.5 kNm로). 전달 특성(45)은 넓은 한계 내에서 원하는 대로 설정될 수 있다는 것이 지적되어야 한다. 또한, 적절한 디자인으로 전달 특성(45)의 히스테리시스는 도시된 바와 같이 무시할 수 있다. 예를 들어, 제로 크로싱(48)에서의 히스테리시스는 0.5 Nm[1/2 뉴턴 미터] 미만이다.
도 5는 도 1 내지 도 3에 따른 진자 로커 댐퍼(1)를 갖는 능동형 롤 스태빌라이저(32)의 예를 도시한다. 롤 스태빌라이저(32)는, 예를 들어, 좌측 토션 바(49)(섹션으로 도시됨)를 위한 좌측 휠 스프링 연결부(36) 및, 예를 들어, 우측 토션 바(50)(섹션으로 도시됨)를 위한 우측 휠 스프링 연결부(37)를 갖는다. 측부 지정은 임의적이며 표현에 따라 일반성을 배제하지 않고 여기에서 선택된다. 하우징(51)을 통해 좌측 휠 스프링 연결부(36)는 고정자(52)를 통해 전기 기계로 설계된 액추에이터(38)에 토크 전달 방식으로 연결된다. 액츄에이터(38)의 로터(53)는 유성기어(39)를 통해 연결되며, 토크 전달 방식으로 진자 로커 댐퍼(1)의 출력측(4)에 직렬로 연결된 제1 유성 스테이지(54), 제2 유성 스테이지(55) 및 제3 유성 스테이지(56)를 포함한다. 진자 로커 댐퍼(1)의 입력측(3)은 차례로 토크 전달 방식으로 우측 휠 스프링 연결부(37)에 연결된다. 따라서 좌측 휠 스프링 연결부(36)와 우측 휠 스프링 연결부(37) 사이의 토크 전달 연결부는 액추에이터(38), 유성 기어(39) 및 진자 로커 댐퍼(1)를 통해서만 형성된다. 이러한 방식으로, 한편으로, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은 전달 특성(45)에 따라 진자 로커 댐퍼(1)에 의해 토크 전달이 감쇠되고 및/또는 변조된다. 한편, 종래의 댐퍼 장치의 작은 토크 편향 및 히스테리시스 특성의 결과는 유성 기어(39) 및 액추에이터(38)에 의해 멀리 유지된다. 액추에이터(38)에 의해 토크가 생성될 수도 있으므로, 원인 휠(57, 58)(또는 토션 바(49, 50))에 의해 유도되는 것보다 더 큰 (반대) 토크가 2개의 휠 스프링 연결부(36, 37)로 전달될 수 있다. 여기서 액추에이터(38)는 내부 센서 시스템, 여기서는, 예를 들어, 자기 탄성 토크 센서(59) 및 회전자 위치 센서(60)에 의해 제어된다.
도 6에서, 자동차(35)는 휠 차축(33, 34)에 각각 하나의 롤 스태빌라이저(32)를 갖는 순전히 평면도로 개략적으로 도시되어 있다. 이 자동차(35)에서 후륜 차축(34)(차량 종축(61)을 따라)은 (예를 들어 순수 전기) 구동 엔진(40)에 의해 구동된다. 전륜 차축(33)은 (예를 들어 배타적으로) 운전대(63)에 의해 운전석(62)으로부터 자동차(35)의 이동 방향을 제어하기 위한 조향 차축이다. 예를 들어, 휠 차축(33, 34)의 왼쪽 휠(57)이 코너링으로 인해 압축되는 경우(여기에 표시된 대로 왼쪽으로), 자동차(35)를 향한 좌측(즉, 곡선의 외부) 휠(57)의 상대적 상향 이동은 좌측 토션 바(49)에서 토크로 변환되어 롤 스태빌라이저(32)로 전달된다. 거기에서 토크(선택적으로 능동적으로 증폭됨)는 오른쪽(곡선 내부) 토션 바(50)로 전달된다. 우측 휠(58)의 부하가 없는 스프링 스트러트는 따라서 부하가 걸리고 따라서 부하가 걸린 좌측 휠(57)에 대한 접합부를 형성한다. 이것은 자동차(35)가 구르는 경향을 감소시킨다. 자동차(35)는 낮은 롤율로 (왼쪽) 곡선을 통과한다. 한편, 고르지 않은 지면만이 휠(57,58)을 상하로 움직이게 하면, 이 결과 토크는 진자 로커 댐퍼(1)에 의해 흡수되거나 부드러움으로 인해 상당히 감소된다. 따라서 자동차(35)는 흔들리지 않는다.
여기서 제안된 진자 로커 댐퍼는 소형이며 높은 비틀림 강성을 생성할 수 있다. 래틀링 소음을 줄이면서 롤 스태빌라이저를 작동할 수 있다.
1 진자 로커 댐퍼
2 회전축
3 입력측
4 출력측
5 저장 에너지원
6 로커 요소
7 입력측 롤러 트랙
8 출력측 롤러 트랙
9 입력측 롤링 요소
10 출력측 롤링 요소
11 입력측 카운터 트랙
12 출력측 카운터 트랙
13 제1 부분 트랙
14 제2 부분 트랙
15 제3 부분 트랙
16 제1 부분 요소(출력측)
17 제2 부분 요소(출력측)
18 외부 나선형 압축 스프링
19 내부 나선형 압축 스프링
20 스프링 축
21 와이어 직경
22 롤러 직경
23 입력측 제1 주행면
24 출력측 제1 주행면
25 입력측 제2 주행면
26 출력측 제2 주행면
27 코어 직경
28 오목부
29 수용면
30 비틀림 각도
31 스프링 편향
32 롤 스태빌라이저
33 전륜 차축
34 후륜 차축
35 자동차
36 좌측 휠 스프링 연결부
37 우측 휠 스프링 연결부
38 액추에이터
39 유성 기어
40 구동 엔진
41 롤링 축
42 제1 부분 카운터 트랙
43 제2 부분 카운터 트랙
44 제3 부분 카운터 트랙
45 전달 특성
46 가로 좌표
47 세로 좌표
48 제로 크로싱
49 좌측 토션 바
50 우측 토션 바
51 하우징
52 고정자
53 회전자
54 제1 유성 단
55 제2 유성 단
56 제3 유성 단
57 좌측 휠
58 우측 휠
59 자기 탄성 토크 센서
60 회전자 위치 센서
61 차량 종축
62 운전석
63 운전대

Claims (10)

  1. 회전축(2)을 갖는 진자 로커 댐퍼(1)로서, 적어도
    - 입력측(3);
    - 출력측(4);
    - 입력측(3)과 출력측(4) 사이에 토크를 전달하기 위한 저장 에너지원(5);
    - 입력측 롤러 트랙(7) 및 출력측 롤러 트랙(8)을 갖는 복수의 로커 요소(6); 및
    - 로커 요소(6)의 롤러 트랙(7, 8)의 수에 상응하는 수의 롤링 요소(9, 10)를 구성요소로 포함하며,
    입력측(3)은 입력측 롤러 트랙(7) 중 각각의 하나에 각각 상응하는 하나의 입력측 카운터 트랙(11)을 갖고 그 사이에서 하나의 입력측 롤링 요소(9)가 저장 에너지원(5)에 의해 각각 롤링 가능하게 클램핑되고,
    출력측(4)은 출력측 롤러 트랙(8) 중 각각의 하나에 각각 상응하는 출력측 카운터 트랙(12)을 갖고 그 사이에서 하나의 출력측 롤링 요소(10)가 저장 에너지원(5)에 의해 각각 롤링 가능하게 클램핑된, 진자 로커 댐퍼에 있어서,
    각각의 로커 요소(6)는 서로에 대해 축방향으로 오프셋되도록 배열된 3개의 개별 부분 트랙(13, 14, 15)을 포함하고 이로부터 롤러 트랙(7, 8)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 진자 로커 댐퍼(1).
  2. 제1항에 있어서, 입력측 롤러 트랙(7) 및 출력측 롤러 트랙(8)은 외측에서 방사상으로 로커 요소(6)에 각각 배열되는, 진자 로커 댐퍼(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 입력측(3)과 출력측(4)은 서로 축방향으로 인접하도록 배열되고, 입력측(3) 및/또는 출력측(4)은 바람직하게는 2개의 개별 부분 요소(16, 17)를 포함하는, 진자 로커 댐퍼(1).
  4. 제1항에 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 저장 에너지원(5)은 직선 스프링 축(20)을 갖는 적어도 하나의 나선형 압축 스프링(18, 19)을 포함하고, 상기 스프링 축(20)은 바람직하게는 입력측 롤링 요소(9)와 출력측 롤링 요소(10) 사이에서 연장되도록 배열되는, 진자 로커 댐퍼(1).
  5. 제4항에 있어서, 나선형 압축 스프링(18, 19) 중 적어도 하나에 대한 와이어 직경(21)은 주행면(23, 24, 25, 26)에서 롤링 요소(9, 10)의 롤러 직경(22)으로부터 20% 미만의 편차를 갖고, 바람직하게는 와이어 직경(21)은 롤러 직경(22)보다 5% 넘게 더 크고, 와이어 직경(21)은 바람직하게는 5 mm보다 크고, 로커 요소(6)의 외주로부터 형성되는 코어 직경(27)은 80 mm 미만, 바람직하게는 40 mm 미만인, 진자 로커 댐퍼(1).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 로커 요소(6) 중 적어도 하나는 나선형 압축 스프링(19) 중 적어도 하나, 바람직하게는 내부의 하나를 수용하기 위한 수용면(29)에 오목부(28)를 갖는, 진자 로커 댐퍼(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 입력측(3)과 출력측(4) 사이의 최대 상대적 비틀림 각도(30)가 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만인, 진자 로커 댐퍼(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 입력측(3)과 출력측(4) 사이의 설계에 따라 최대 상대적 비틀림 각도(30)에서 롤러 트랙(7, 8) 및 카운터 트랙(11, 12)에 의해, 저장 에너지원(5)의 최대 스프링 편향(31)이 약 1 mm 내지 10 mm, 바람직하게는 최대 6 mm까지 발생되는, 진자 로커 댐퍼(1).
  9. 자동차(35)의 휠 차축(33, 34)용 롤 스태빌라이저(32)로서, 적어도
    - 적어도 하나의 휠 스프링 연결부(36, 37);
    - 적어도 하나의, 바람직하게는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 진자 로커 댐퍼(1)를 구성요소로 포함하며,
    적어도 하나의 휠 스프링 연결부(36, 37)는 토크 전달 방식으로 진자 로커 댐퍼(1)에 연결되고,
    진자 로커 댐퍼(1)는 입력측(3), 출력측(4), 복수의 로커 요소(6), 상응하는 수의 롤링 요소(9, 10) 및 저장 에너지원(5)을 포함하되, 롤링 요소(9, 10)는 로커 요소(6)의 롤러 트랙(7, 8)과 입력측(3) 또는 출력측(4)의 카운터 트랙(11, 12) 사이에서 저장 에너지원(5)에 의해 롤링 가능하게 클램핑되고,
    바람직하게는 액추에이터(38), 특히 바람직하게는 다단 유성 기어(39)가 액추에이터(38)와 진자 로커 댐퍼(1) 사이의 토크 흐름에 제공되되, 적어도 하나의 휠 스프링 연결부(36, 37)는 토크 전달 방식으로 진자 로커 댐퍼(1)에 의해 액추에이터(38)에 연결되는, 롤 스태빌라이저(32).
  10. 구동 엔진(40), 적어도 하나의 휠 차축(33, 34), 및 휠 차축(33, 34) 중 적어도 하나에 있는 제9항에 따른 적어도 하나의 롤 스태빌라이저(32)를 갖는, 자동차(35).
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