DE10033713C1 - Infinitely adjustable friction damper - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen stufenlos verstellbaren Reibungsdämpfer für zwei relativ zueinander bewegliche Bauteile, insbesondere zur Dämpfung der Aufbauschwingungen von Kraftfahrzeugen in Abhängigkeit von fahrzeugspezifischen Parametern. Der Reibungsdämpfer besitzt ein mit einem Radträger verbundenes Reibungselement, das mit einem in einem karosseriefesten Bauteil angeordneten Anpresskörper, dessen Anpresskraft über Sensorsignale steuerbar ist, in Wirkverbindung steht. Als Anpresskörper ist ein Piezo-Aktor vorgesehen, der in einer dessen Außenform angepassten Aussparung des karosseriefesten Bauteils angeordnet ist und durch Spannungsänderung eine Längenänderung erfährt.The invention relates to a continuously adjustable friction damper for two components which are movable relative to one another, in particular for damping the body vibrations of motor vehicles as a function of vehicle-specific parameters. The friction damper has a friction element connected to a wheel carrier, which is in operative connection with a pressure body arranged in a component fixed to the body, the pressure force of which can be controlled via sensor signals. A piezo actuator is provided as the pressing body, which is arranged in a recess of the body-fixed component that is adapted to its outer shape and undergoes a change in length due to a change in voltage.
Description
Die Erfindung betrifft einen stufenlos verstellbaren Reibungsdämpfer entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a continuously adjustable friction damper the preamble of claim 1.
Zur Dämpfung der Aufbaubewegungen bei Kraftfahrzeugen werden derzeit üblicher weise Teleskop-Schwingungsdämpfer verwendet. Die Dämpfwirkung wird durch Drosselung von Dämpfflüssigkeit in Dämpfventilen erzeugt, wobei es auch bekannt ist, die Dämpfkraft in Grenzen variabel zu gestalten, was durch Veränderungen der Drosselventile erreicht wird. Diese Teleskop-Schwingungsdämpfer weisen eine rela tiv große Einbaulänge auf, da prinzipbedingt die Kolbenstange den gesamten Ein- und Ausfederweg zwischen der Karosserie und den Fahrzeugrädern mitmachen müssen. Außerdem sind derartige nach dem hydraulischen Prinzip verstellbare Schwingungsdämpfer teuer in der Herstellung. To dampen the body movements in motor vehicles are currently more common wise telescopic vibration damper used. The damping effect is through Throttling of damping fluid generated in damping valves, it also being known is to make the damping force variable within limits, which can be achieved by changing the Throttle valves is reached. These telescopic vibration dampers have a rela large installation length, because the piston rod inherently covers the entire installation and participate in the rebound distance between the body and the vehicle wheels have to. In addition, such are adjustable according to the hydraulic principle Vibration damper expensive to manufacture.
Zur Lösung der vorstehenden Nachteile ist es durch die DE 197 00 423 C1 bekannt, einen verstellbaren Reibungsdämpfer für Kraftfahrzeuge zu verwenden. Hierbei wird zur Dämpfung der Aufbauschwingungen in Abhängigkeit von verschiedenen Para metern ein mit einem Reibungselement zusammenwirkender Anpresskörper ver wendet, der durch einen hydraulisch betätigten Stellkolben aufweist oder von diesem gebildet ist. Mit einer solchen Konstruktion wird zwar ein Schwingungsdämpfer mit kleinem Einbauraum geschaffen, jedoch erfordert die hydraulische Steuerung einen relativ hohen Bauaufwand, wobei die Verstellgeschwindigkeit und dementsprechend auch die Ansprechgeschwindigkeit des Reibungsdämpfers durch die verwendete Hydraulik begrenzt ist.To solve the above disadvantages, it is known from DE 197 00 423 C1 to use an adjustable friction damper for motor vehicles. Here will to dampen the structure vibrations depending on different para a meter interacting with a friction element turns, which has a hydraulically operated piston or by this is formed. With such a construction, a vibration damper is used small installation space created, but the hydraulic control requires one relatively high construction costs, the adjustment speed and accordingly also the response speed of the friction damper used by the Hydraulics is limited.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kostengünstig herstellbaren Reibungsdämpfer zu schaffen, der bei einfachem Aufbau eine extrem hohe An sprech- und Verstellgeschwindigkeit aufweist einen problemlosen Einbau in das Fahrzeug ermöglicht und ein geringes Gewicht bei möglichst kleinem Raumbedarf besitzt.The object of the present invention is to produce an inexpensive one To create friction damper, which is extremely high in simple construction speaking and adjustment speed has a problem-free installation in the Vehicle enables and a low weight with the smallest possible space requirement owns.
Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkma len von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved according to the invention with the characteristic Merkma len solved by claim 1. Further advantageous configurations are the subject of subclaims.
Zur Vermeidung von hydraulischer Betätigung wird als Anpresskörper ein unter Ein wirkung von Energie gestaltsveränderlicher Körper vorgesehen, der in einer Ausspa rung in einem karosseriefesten Teil angeordnet ist und nur durch die Gestaltsverän derung eine Anpresskraft auf ein Reibungselement ausübt, also keinerlei Verschie bebewegungen durch ein hydraulisches Medium vorgenommen wird und dement sprechend keinerlei Hydraulik erforderlich ist, wodurch ein sehr einfacher Gesamt aufbau und eine kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Reibungs dämpfers geschaffen wird. Der gestaltsveränderliche Anpresskörper wird vorteilhaft erweise durch einen Piezo-Aktor gebildet, der mit einem elektrischen Hochspan nungsteil in Verbindung steht und durch Spannungsänderung eine Längenänderung ausführt. Eine derartige elektrische Verbindung des Piezo-Aktors ist problemlos herstellbar und ermöglicht ein extrem schnelles Verstellen des Anpresskörpers, wodurch in kürzester Zeit eine Dämpfkraftänderung auf die verschiedensten fahrzeugspezifi schen Parameter ermöglicht wird. Außerdem gestattet eine solche Konstruktion die im Fahrzeug eingebauten Reibungsdämpfer einzeln anzusteuern. Hierzu sind ledig lich die entsprechenden Sensoren anzubringen, so dass die verschiedensten Signa le in einem elektronischen Steuergerät verarbeitet werden können und dann über ein Hochspannungsteil die jeweiligen Reibungsdämpfer angesteuert werden. So können außer den der Relativbewegung zwischen den Fahrzeugrädern und dem Fahrzeug aufbau dienenden Signalen auch Signale von Sensoren, die den Bewegungen des Fahrzeugaufbaus um die Längs-, Quer- und Hochachse zugeordnet sind, einzeln aufgenommen und über die Verarbeitungseinrichtung die jeweiligen Reibungsdämp fer angesteuert werden.In order to avoid hydraulic actuation, an under one is used as the pressure body effect of energy changing body provided in a Ausspa tion is arranged in a body-fixed part and only through the design changes exerts a contact pressure on a friction element, so no displacement movements are carried out by a hydraulic medium and demented speaking, no hydraulics are required, making a very simple overall construction and an inexpensive manufacture of the friction according to the invention damper is created. The shape-changing pressing body becomes advantageous prove formed by a piezo actuator with an electrical high voltage connected part and a change in length due to voltage change executes. Such an electrical connection of the piezo actuator can be produced without problems and allows an extremely fast adjustment of the pressure body, which a change in damping force in the shortest possible time on a wide range of vehicle specifics parameters. In addition, such a construction allows The friction damper installed in the vehicle can be controlled individually. To do this are single Lich to attach the appropriate sensors so that the most diverse Signa le can be processed in an electronic control unit and then via a High voltage part, the respective friction damper can be controlled. So can except for the relative movement between the vehicle wheels and the vehicle serving signals also signals from sensors that track the movements of the Vehicle bodies are assigned to the longitudinal, transverse and vertical axes, individually recorded and the respective friction damper via the processing device be controlled.
Durch die Herstellung des Piezo-Aktors in einer sogenannten Multilayer-Technik las sen sich auf einfache Weise die geforderten Aktorhübe durch entsprechende Ausbil dung der Baulänge realisieren. Ein derart ausgeführter Piezo-Aktor besitzt eine hohe Ansprechempfindlichkeit und eine extrem kurze Stellzeit, so dass unterschiedliche Dämpfkräfte äußerst schnell realisierbar sind, wodurch die Dämpfkraft auch bei be sonderen Fahrmanövern einfach an gewünschte Werte anpasst werden kann.By manufacturing the piezo actuator in a so-called multilayer technique the required actuator strokes in a simple manner by appropriate training Realize the overall length. A piezo actuator designed in this way has a high Responsiveness and an extremely short response time, so different Damping forces can be realized extremely quickly, which means that the damping force can also be special driving maneuvers can be easily adapted to the desired values.
Ein Reibungsdämpfer mit vorteilhaftem Aufbau wird geschaffen, wenn einerseits zwischen dem Piezo-Aktor und dem Reibungselement ein Reibbelag und anderer seits ein weiterer Reibbelag zwischen dem karosseriefesten Bauteil und dem Rei bungselement angeordnet ist. Somit lässt sich vom Piezo-Aktor das Reibungsele ment zwischen die Reibbeläge einpressen, wobei diese Reibbeläge aus Keramik, faserverstärkten Gläsern oder aus faserverstärkten Glaskeramiken hergestellt sind und somit eine hohe Druck- und Temperaturfestigkeit mit einem günstigen Reibwert aufweisen. Dieser Aufbau ermöglicht eine sehr kleine und kompakte Ausführung des Reibungsdämpfers, der wenig Einbauraum beansprucht und problemlos in das Fahr zeug einbaubar ist, da lediglich zum Ansteuern des Anpresskörpers ein elektrischer Anschluss erforderlich ist, der zu einem Hochspannungsteil führt. A friction damper with an advantageous structure is created if on the one hand a friction lining and other between the piezo actuator and the friction element on the other hand, another friction lining between the body-fixed component and the Rei Exercise element is arranged. The friction element can thus be removed from the piezo actuator press between the friction linings, these ceramic friction linings, fiber-reinforced glasses or fiber-reinforced glass ceramics and thus a high pressure and temperature resistance with a favorable coefficient of friction exhibit. This structure enables a very small and compact version of the Friction damper that takes up little installation space and is easy to drive Stuff can be installed, since an electric only to control the pressing body Connection is required that leads to a high voltage part.
Um sicherzustellen, dass der Reibungsdämpfer bei Ausfall der Elektronik oder des Piezo-Aktors eine Mindestdämpfkraft erzeugt, also der Reibungsdämpfer mit einer sogenannten "fail safe" Einrichtung versehen ist, darf eine bestimmte Anpresskraft zwischen dem Piezo-Aktor und den Reibbelägen nicht unterschritten werden. Diese Mindestdämpfung wird sehr einfach erhalten, wenn entsprechend einem Merkmal der Erfindung zwischen dem Piezo-Aktor und dem Reibbelag ein Federelement mit sehr hoher Federrate angeordnet ist.To ensure that the friction damper in the event of failure of the electronics or the Piezo actuator generates a minimum damping force, i.e. the friction damper with a so-called "fail safe" device is allowed, a certain contact pressure between the piezo actuator and the friction linings. This Minimum attenuation is obtained very easily if according to a characteristic the invention between the piezo actuator and the friction lining with a spring element very high spring rate is arranged.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung schematisch darge stellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt:The invention is illustrated schematically in the drawing using the drawings presented embodiments explained in more detail. It shows:
Fig. 1 einen Reibungsdämpfer mit einem Piezo-Aktor; . Figure 1 shows a friction damper comprising a piezoelectric actuator;
Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der ein Federelement zwischen dem Piezo-Aktor und dem Reibbelag angeordnet ist. Fig. 2 shows an embodiment in which a spring element is arranged between the piezo actuator and the friction lining.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Reibungsdämpfer ist ein Sattelbauteil 1 fest mit einer Karosserie 2 verbunden. Ein Schwenkhebel 3 ist im Sattelbauteil schwenkbar um eine Drehachse 4 gelagert, trägt am Ende eines Schenkels 3a ein Fahrzeugrad 5 und wirkt mit dem anderen Schenkel 3b, der das Reibungselement bildet, mit Reibbelägen 6 zusammen, die von einem Anpresskörper 7 beaufschlagt sind. Der Anpresskörper 7 ist als Piezo-Aktor 7a ausgeführt, der eine Aussparung im Sattelbauteil 1 bis zum Grunde ausfüllt und sich somit einseitig darin abstützt. Der Fahrzustand des Fahrzeugs wird von Sensoren aufgenommen und als Sensorsigna le 10 an ein Steuergerät 8 geleitet, darin verarbeitet und dann an ein Hochspan nungsteil 9 weitergeleitet. An das Hochspannungsteil 9 ist der Piezo-Aktor 7a mittels einer elektrischen Leitung angeschlossen.In the friction damper shown schematically in FIG. 1, a saddle component 1 is firmly connected to a body 2 . A pivot lever 3 is pivotally mounted in the saddle component about an axis of rotation 4 , carries a vehicle wheel 5 at the end of one leg 3 a and interacts with the other leg 3 b, which forms the friction element, with friction linings 6 , which are acted upon by a pressure body 7 . The pressing body 7 is designed as a piezo actuator 7 a, which fills a recess in the saddle component 1 to the bottom and is thus supported on one side therein. The driving state of the vehicle is recorded by sensors and sent as a sensor signal 10 to a control unit 8 , processed therein and then forwarded to a high-voltage part 9 . The piezo actuator 7 a is connected to the high-voltage part 9 by means of an electrical line.
Der in den Sattel des Sattelbauteils 1 eingreifende Schenkel 3b des um die Achse 4 schwenkbaren Schwenkhebels 3 ist entsprechend der Größe der Relativbewegung des Fahrzeugrads 5 gegenüber der Karosserie 2 segmentförmig ausgebildet. Die Stellkraft des Piezo-Aktors 7a wird einerseits vom Sattelbauteil 1 aufgenommen und wirkt andererseits über die Reibbeläge 6 auf den als Reibungskörper ausgebildeten Schenkel 3b, wobei der Piezo-Aktors 7a eine Anpresskraft von etwa 9000 N aus üben kann und extrem kurze Stellzeiten von 5 × 10-6 sec besitzt. Da der Piezo-Aktor 7a in sogenannter Multilayer-Technk erstellt ist und infolge der verwendeten Reibbe läge 6, die aus Keramik, faserverstärkten Gläsern oder aus faserverstärkten Glaske ramiken gebildet sind, wird nur ein kurzer Hub benötigt um die erforderlichen An presskräfte zu erzielen. Derartige Reibbeläge besitzen eine außerordentlich hohe Druckfestigkeit bis etwa 500 bar, wodurch ein Hub des Piezo-Aktors 7a von ca. 0,05 mm ausreicht um die entsprechenden Reibkräfte aufzubringen. Die Art und Größe der Sensorsignale 10 werden vom elektronischen Steuergerät 8 verarbeitet und dann an das Hochspannungsteil 9 übertragen, so dass dieses Hochspannungsteil mit einer entsprechenden Spannung auf den Piezo-Aktor 7a einwirkt. Entsprechend dieser Spannung dehnt sich der Piezo-Aktor 7a aus und erzeugt über die Reibbelä ge 6 eine der anliegenden Spannung entsprechende Reibkraft. Allerdings ist zur einwandfreien Übertragung dieser Anpresskräfte auf die Reibbeläge 6 und den Schenkel 3b des Schwenkhebels 3 eine starre Ausbildung des Sattelbauteils 1 erfor derlich. Ein Reibbelag 6 ist vorzugsweise am Piezo-Aktor 7a befestigt, während der andere Reibbelag 6 auf der gegenüberliegenden Seite im Sattelbauteil 1 angebracht ist.The leg 3 b engaging in the saddle of the saddle component 1 of the pivot lever 3 which can be pivoted about the axis 4 is segment-shaped in accordance with the size of the relative movement of the vehicle wheel 5 with respect to the body 2 . The actuating force of the piezo actuator 7 a is absorbed on the one hand by the saddle component 1 and on the other hand acts via the friction linings 6 on the leg 3 b designed as a friction body, the piezo actuator 7 a being able to exert a pressing force of approximately 9000 N and extremely short actuating times of 5 × 10 -6 sec. Since the piezo actuator 7 a is created in so-called multilayer technology and as a result of the friction coating 6 used , which are made of ceramic, fiber-reinforced glasses or fiber-reinforced glass ceramics, only a short stroke is required to achieve the required pressing forces. Such friction linings have an extremely high pressure resistance up to about 500 bar, which means that a stroke of the piezo actuator 7 a of approximately 0.05 mm is sufficient to apply the corresponding frictional forces. The type and size of the sensor signals 10 are processed by the electronic control unit 8 and then transmitted to the high-voltage part 9 , so that this high-voltage part acts on the piezo actuator 7 a with a corresponding voltage. According to this voltage, the piezo actuator 7 a expands and generates a friction force corresponding to the applied voltage via the friction linings 6 . However, a rigid design of the saddle component 1 is necessary for the correct transmission of these contact forces on the friction linings 6 and the legs 3 b of the pivot lever 3 . A friction lining 6 is preferably attached to the piezo actuator 7 a, while the other friction lining 6 is attached on the opposite side in the saddle component 1 .
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 im Wesent lichen dadurch, dass zwischen dem Piezo-Aktor 7a und dem Reibbelag 6 ein Feder element 11 angeordnet ist. dieses Federelement 11 sorgt für ein ständiges Andrü cken der Reibbeläge 6 gegen das als Schenkel 3b ausgebildete Reibungselement, wodurch eine Mindestreibkraft erzeugt wird, die auch bei einem Ausfall der Elektro nik oder des Aktors eine Mindestdämpfung bewirkt. Dementsprechend wird durch das Federelement 11, das eine sehr hohe Federrate aufweist, eine "fail safe" Siche rung geschaffen.The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 essentially in that a spring element 11 is arranged between the piezo actuator 7 a and the friction lining 6 . This spring element 11 ensures a constant pressing of the friction linings 6 against the friction element designed as a leg 3 b, whereby a minimum frictional force is generated, which causes a minimum damping even in the event of a failure of the electronics or the actuator. Accordingly, a "fail safe" fuse is created by the spring element 11 , which has a very high spring rate.
Bedingt durch die sehr hohe Ansprechempfindlichkeit und die äußerst kurze Stellzeit des Piezo-Aktors 7a können mit einem solchen Reibungsdämpfer die verschiedens ten Signale, die dem Fahrzeugkomfort und/oder der Fahrsicherheit dienen verwertet werden. So ist es ohne weiteres möglich, im Steuergerät 8 außer den üblichen Sen sorsignalen 10 auch weitere Sensorsignale zu verarbeiten, die dann dem jeweiligen Reibungsdämpfer zugeführt werden, d. h. es wird ermöglicht, die einzelnen Rei bungsdämpfer gesondert über das Hochspannungsteil 9 anzusteuern und dadurch die Bewegungen der Karosserie 2 um die Längs-, die Hoch- und die Querachse ge zielt zu dämpfen.Due to the very high response sensitivity and the extremely short actuating time of the piezo actuator 7 a, the various signals which serve vehicle comfort and / or driving safety can be used with such a friction damper. So it is easily possible to process in the control unit 8 in addition to the usual sensor signals 10 and other sensor signals, which are then fed to the respective friction damper, ie it is possible to control the individual Rei dampers separately via the high-voltage part 9 and thereby the movements of the Body 2 aimed to dampen the longitudinal, vertical and transverse axes.
Das vorstehend beschriebene Prinzip der Reibungsdämpfung mit einem Piezo-Aktor ist bei den verschiedensten Radaufhängungen im Fahrzeug anwendbar. So beste hen keinerlei Schwierigkeiten für eine Anpassung eines nach dem vorbeschriebenen Prinzip arbeitenden Reibungsdämpfers beispielsweise an Schräglenker-, Querlen ker-, Doppelquerlenker- oder Raumlenkerachsen anzupassen.The principle of friction damping described above with a piezo actuator can be used for a wide range of wheel suspensions in the vehicle. So best hen no difficulty in adapting one after the above Principle working friction damper, for example, on semi-trailing arms, wishbones ker, double wishbone or space control axles to adapt.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ZF SACHS AG, 97424 SCHWEINFURT, DE |
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |