DE102015214429A1 - Active damper system for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Aktives Dämpfersystem für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend eine Dämpfereinheit mit einem Zylinder, einem im Zylinder geführten Kolben und einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, wobei der Kolben den Zylinder in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt, und wobei die Dämpfereinheit zur Anordnung zwischen einer Karosserie und einem Rad des Fahrzeuges ausgebildet ist, und zumindest zwei Pumpen, für die eine Dämpfereinheit zum Verändern der Drücke in den beiden Kammern und zum Bewegen des Kolbens, wobei die beiden Pumpen unterschiedliche theoretische Fördermengen aufweisen.The invention relates to an active damper system for a vehicle, in particular a motor vehicle, comprising a damper unit with a cylinder, an in-cylinder piston and a piston rod connected to the piston, wherein the piston divides the cylinder into a first chamber and a second chamber, and wherein the damper unit is designed to be arranged between a body and a wheel of the vehicle, and at least two pumps, for a damper unit for varying the pressures in the two chambers and for moving the piston, wherein the two pumps have different theoretical flow rates.
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein aktives Dämpfersystem für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug.The present invention relates to an active damper system for a vehicle, in particular a motor vehicle.
Bei aktiven Dämpfersystemen, wie beispielsweise in
Im Stand der Technik wird üblicherweise eine einzelne Pumpe eingesetzt. Die Pumpe wird entweder für einen einzelnen Dämpfer, pro Achse oder für das gesamte Fahrzeug verwendet.The prior art usually employs a single pump. The pump is used either for a single damper, per axle or for the entire vehicle.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein aktives Dämpfersystem für ein Fahrzeug anzugeben, das bei einfacher Montage und wartungsarmem Betrieb eine komfortable und sichere aktive Dämpfung ermöglicht.It is an object of the present invention to provide an active damper system for a vehicle that allows for easy installation and low maintenance operation comfortable and safe active damping.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.The object is achieved by the independent claims. The dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein aktives Dämpfersystem für ein Fahrzeug. Insbesondere handelt es sich dabei um ein Kraftfahrzeug. Das aktive Dämpfersystem umfasst eine Dämpfereinheit mit einem Zylinder, einem im Zylinder geführten Kolben und einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange. Der Kolben unterteilt den Zylinder in eine erste Kammer und in eine zweite Kammer. Die Dämpfereinheit ist zur Anordnung zwischen einer Karosserie und einem Rad des Fahrzeuges ausgebildet. Der Begriff Karosserie ist dabei breit zu verstehen und umfasst auch etwaige Hilfsrahmen, Achsträger oder Fahrschemel.Thus, the object is achieved by an active damper system for a vehicle. In particular, it is a motor vehicle. The active damper system includes a damper unit having a cylinder, a piston guided in the cylinder and a piston rod connected to the piston. The piston divides the cylinder into a first chamber and a second chamber. The damper unit is designed to be arranged between a body and a wheel of the vehicle. The term body is to be understood broad and includes any auxiliary frame, axle or subframe.
Durch Verändern des Hydraulikdrucks in den beiden Kammern kann der Kolben im Zylinder bewegt werden. Dadurch ist ein aktives Stellen der Dämpfereinheit möglich. Das aktive Dämpfersystem ermöglicht somit nicht nur eine Veränderung der Dämpferkennlinie, sondern beispielsweise auch einen Wankausgleich.By varying the hydraulic pressure in the two chambers, the piston can be moved in the cylinder. As a result, an active placement of the damper unit is possible. The active damper system thus not only allows a change in the damper characteristic, but also, for example, a roll compensation.
Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Pumpen, vorzugsweise Hydraulikpumpen, vorgesehen, wobei beide Pumpen zum Verändern der Drücke in den Kammern einer Dämpfereinheit genutzt werden. Dabei können die beiden Pumpen auch für die Dämpfereinheiten einer Achse oder des gesamten Fahrzeugs verwendet werden. Entscheidend ist, dass beide Pumpen zum Verändern des Drucks in einer Kammer der jeweiligen Dämpfereinheit genutzt werden.According to the invention, at least two pumps, preferably hydraulic pumps, are provided, wherein both pumps are used for varying the pressures in the chambers of a damper unit. The two pumps can also be used for the damper units of an axle or the entire vehicle. It is crucial that both pumps are used to vary the pressure in a chamber of the respective damper unit.
Erfindungsgemäß unterscheiden sich die beiden Pumpen in ihrer Baugröße. Die Baugröße ist dabei definiert durch die theoretische Fördermenge. Die beiden Pumpen weisen somit unterschiedliche theoretische Fördermengen auf. Das aktive Dämpfersystem ist dabei nicht begrenzt auf zwei Pumpen, sondern es können auch mehr als zwei Pumpen verwendet werden. Des Weiteren kann zusätzlich zu den beiden Pumpen auch ein Druckspeicher verwendet werden. Entscheidend ist, dass es zumindest zwei Pumpen mit unterschiedlichen theoretischen Fördermengen gibt.According to the invention, the two pumps differ in their size. The size is defined by the theoretical flow rate. The two pumps thus have different theoretical flow rates. The active damper system is not limited to two pumps, but it can also be used more than two pumps. Furthermore, in addition to the two pumps and a pressure accumulator can be used. It is crucial that there are at least two pumps with different theoretical flow rates.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass bisher stets die eingesetzten Pumpen und/oder Dämpfer bei größeren Fahrzeugen auch größer dimensioniert wurden. Diese größere Dimensionierung der Pumpen führte zu einer höheren Massenträgheit, was wiederum den Radkomfort deutlich verschlechtert. Dafür verantwortlich ist die Verschlechterung der Übertragungsfunktion durch ein Absenken der Eckfrequenz, was eine radkomfortorientierte Regelung der aktiven Dämpfung erschwert. Zusätzlich wird die weichste Kennlinie im F-v-Diagramm des Dämpfers für den rekuperativen und stromlosen Betrieb begrenzt. Erfindungsgemäß wird deshalb die nötige Druckleistung des aktiven Dämpfersystems durch zumindest zwei Pumpen mit unterschiedlicher Baugröße zur Verfügung gestellt.In the context of the invention it was recognized that hitherto always the pumps and / or dampers used in larger vehicles were also sized larger. This larger dimensioning of the pumps led to a higher inertia, which in turn significantly worsened the cycling comfort. This is due to the deterioration of the transfer function by lowering the corner frequency, which complicates a radkomfortorientierte scheme of active damping. In addition, the softest curve in the Fv diagram of the damper is limited for recuperative and de-energized operation. Therefore, according to the invention, the required pressure capacity of the active damper system is provided by at least two pumps of different sizes.
Dabei sind die mögliche Winkelgeschwindigkeit und damit die Zeitspanne, in der eine gewünschte Pumpleistung zur Verfügung steht, abhängig von Drehmoment und dem Trägheitsmoment des Systems. Das Drehmoment wird hauptsächlich durch den Aufbau und die Art der elektrischen Maschine beeinflusst, welche die Pumpe antreibt. Das Trägheitsmoment wiederum ist maßgeblich abhängig von der Form und Abmessung der Pumpe. Bei Verwendung einer Zahnradpumpe, insbesondere eines Gerotors, ist das Trägheitsmoment beispielsweise abhängig von Form und Abmessung des Pumprades. Geht man bei dem Pumprad vereinfacht von einer Kreisscheibe aus, so berechnet sich die Trägheit mit J = ½·m·r2. Dabei geht der Radius r quadratisch in das Trägheitsmoment mit ein und stört damit erheblich eine möglichst große Winkelgeschwindigkeit.The possible angular velocity and thus the time span in which a desired pumping power is available depend on the torque and the moment of inertia of the system. The torque is mainly influenced by the structure and type of electric machine that drives the pump. In turn, the moment of inertia is critically dependent on the shape and size of the pump. When using a gear pump, in particular a gerotor, the moment of inertia is dependent, for example, on the shape and dimensions of the pump wheel. If one starts from a circular disk with the pump wheel simplified, then the inertia is calculated with J = ½ · m · r 2 . The radius r is quadratic in the moment of inertia and thus significantly disturbs the highest possible angular velocity.
Hydraulische Pumpen, in unterschiedlichsten Bauarten, umfassen ein rotierendes Bauteil. Je größer dieses rotierende Bauteil ist, desto größer ist auch die theoretische Fördermenge.Hydraulic pumps, in various designs, include a rotating component. ever larger this rotating component, the greater the theoretical flow rate.
Demzufolge kann ein kleineres Pumprad in entsprechend kürzerer Zeit bei konstantem Drehmoment eine benötigte Leistung zur Verfügung stellen. Das größere Pumprad kann anschließend nach einer gewissen Anlaufzeit geförderte höhere Leistungen ermöglichen.As a result, a smaller pumping wheel can provide needed power in a correspondingly shorter time at constant torque. The larger pumping wheel can then allow for a higher starting power after a certain startup time.
Die eingesetzten Pumpen sind vorteilhafterweise Hydraulikpumpen. Die theoretische Fördermenge der kleineren Pumpe beträgt vorteilhafterweise höchstens 90%, vorzugsweise höchstens 80%, besonders vorzugsweise höchstens 70%, der theoretischen Fördermenge der größeren Pumpe.The pumps used are advantageously hydraulic pumps. The theoretical delivery rate of the smaller pump is advantageously at most 90%, preferably at most 80%, particularly preferably at most 70%, of the theoretical delivery rate of the larger pump.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass, wenn beide Pumpen betrieben werden, die beiden Pumpen gemeinsam auf eine der beiden Kammern der Dämpfereinheit wirken. Die Pumpen sind also nicht so an die Dämpfereinheit angeschlossen, dass die eine Pumpe in die eine Kammer und die andere Pumpe in die andere Kammer wirkt. Vielmehr wirken beide Pumpen zusammen in eine der beiden Kammern.Furthermore, it is preferably provided that, when both pumps are operated, the two pumps act together on one of the two chambers of the damper unit. The pumps are therefore not connected to the damper unit so that one pump acts in one chamber and the other pump in the other chamber. Rather, both pumps act together in one of the two chambers.
Hierzu sind die Pumpen bevorzugt entweder in Reihe oder parallel geschaltet. Über ein entsprechendes Ventilsystem können Dosierungen und Verteilung zwischen den Pumpen verschaltet werden. Es ist bevorzugt vorgesehen, die zumindest zwei Pumpen für eine entsprechende Skalierung auf verschiedene Fahrzeugtypen separat in verschiedenen Gehäusen mit eigenen elektrischen Maschinen anzuordnen.For this purpose, the pumps are preferably connected either in series or in parallel. Via a suitable valve system, dosing and distribution between the pumps can be interconnected. It is preferably provided to arrange the at least two pumps for a corresponding scaling on different vehicle types separately in different housings with their own electrical machines.
Die Parallelschaltung der beiden Pumpen führt zu einer Vermeidung bzw. Minimierung des negativen Einflusses auf den Radkomfort, da die weichste Kennung für den rekuperativen Betrieb nicht ansteigt, sondern trotz größerer Kraft abgesenkt wird.The parallel connection of the two pumps leads to avoidance or minimization of the negative influence on the wheel comfort, since the softest identifier for the recuperative operation does not increase, but is lowered despite greater force.
Zudem kann eine Verschlechterung dieser Gesamtmassenträgheit und damit der Übertragungsfunktion deutlich einfacher und effektiver verhindert werden, als bei einer konstruktiven Hochskalierung einer einzelnen Pumpe. Dies ist erfindungsgemäß möglich, da sich der Volumenstrom entsprechend aufteilt und dadurch geringere Pumpengeschwindigkeiten notwendig sind.In addition, a deterioration of this total mass inertia and thus the transfer function can be significantly easier and more effectively prevented, as in a constructive scaling up a single pump. This is possible according to the invention, since the volume flow is divided accordingly and thus lower pump speeds are necessary.
Zum Antrieb der beiden Pumpen wird zumindest eine elektrische Maschine eingesetzt. In der einfachsten Ausgestaltung ist die elektrische Maschine ein Elektromotor. Allerdings ist es auch bevorzugt vorgesehen, dass die elektrische Maschine generatorisch betrieben werden kann. Durch eine Federbewegung am Fahrzeug kann Hydrauliköl aus einer der beiden Kammern der Dämpfereinheit verdrängt werden. Dieses verdrängte Volumen kann wiederum zum generatorischen Betrieb verwendet werden.At least one electric machine is used to drive the two pumps. In the simplest embodiment, the electric machine is an electric motor. However, it is also preferably provided that the electrical machine can be operated as a generator. By a spring movement on the vehicle hydraulic oil can be displaced from one of the two chambers of the damper unit. This displaced volume can in turn be used for regenerative operation.
Insbesondere ist auch vorgesehen, dass die Pumpen mittels der elektrischen Maschine in beiden Drehrichtungen betrieben werden können.In particular, it is also provided that the pumps can be operated by means of the electric machine in both directions of rotation.
Gemäß einer ersten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Pumpen jeweils mit einer eigenen elektrischen Maschine betrieben sind. Gemäß einer zweiten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Pumpen mit einer gemeinsamen elektrischen Maschine betrieben sind. Hierzu ist die gemeinsame elektrische Maschine vorteilhafterweise über ein Getriebe mit den beiden Pumpen verbunden.According to a first variant, it is preferably provided that the two pumps are each operated with their own electrical machine. According to a second variant, it is preferably provided that the two pumps are operated with a common electric machine. For this purpose, the common electric machine is advantageously connected via a transmission with the two pumps.
Die beiden Pumpen sind vorteilhafterweise Zahnradpumpen. Insbesondere sind die Zahnradpumpen als Innenzahnradpumpen ausgebildet. Diese werden auch als Gerotor bezeichnet.The two pumps are advantageously gear pumps. In particular, the gear pumps are designed as internal gear pumps. These are also called Gerotor.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Fahrzeug mit zumindest einem aktiven Dämpfersystem, wie es soeben beschrieben wurde. Die zum aktiven Dämpfersystem beschriebenen Unteransprüche und vorteilhaften Ausgestaltungen finden entsprechend vorteilhafte Anwendung für das erfindungsgemäße Fahrzeug.The invention further includes a vehicle having at least one active damper system as just described. The subclaims and advantageous embodiments described for the active damper system accordingly find advantageous application for the vehicle according to the invention.
Die vorgestellte Erfindung bietet die Realisierung eines skalierbaren Dämpferkonzepts ohne Änderung der Dimensionierung der Ölpumpen. Damit können anfallende Entwicklungs- und Anpassungskosten, sowie die vorlaufenden Produktionskosten für einzelne Varianten eingespart werden. Zudem lässt sich das einfache Konzept auf sämtliche Fahrzeugvarianten übertragen. Weiter bietet das aktive Dämpfersystem einen gewissen Schutz oder eine Notlauffunktion bei einem eventuellen Ausfall einer der beiden Pumpen.The presented invention offers the realization of a scalable damper concept without changing the dimensioning of the oil pumps. Thus, development and adaptation costs as well as the leading production costs for individual variants can be saved. In addition, the simple concept can be applied to all vehicle variants. Further, the active damper system provides some protection or emergency function in the event of failure of either pump.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:
Im Folgenden werden anhand der
Der Kolben
Das Dämpfersystem
Die beiden Pumpen
Zusätzlich zu der kleinen Pumpe
Die beiden Pumpen
In beiden Ausführungsbeispielen weisen die beiden Pumpen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Dämpfersystemdamper system
- 22
- Dämpfereinheitdamper unit
- 33
- Zylindercylinder
- 44
- Kolbenpiston
- 55
- Kolbenstangepiston rod
- 66
- erste Kammerfirst chamber
- 77
- zweite Kammersecond chamber
- 88th
- kleine Pumpesmall pump
- 99
- große Pumpebig pump
- 1010
- elektrische Maschinenelectrical machines
- 1111
- Druckspeicheraccumulator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 11159874 A2 [0002] WO 11159874 A2 [0002]
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DE102015214429.1A DE102015214429A1 (en) | 2015-07-29 | 2015-07-29 | Active damper system for a vehicle |
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DE (1) | DE102015214429A1 (en) |
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2015
- 2015-07-29 DE DE102015214429.1A patent/DE102015214429A1/en active Pending
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