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DE10135868A1 - Reibdämpfer für Getriebe beliebiger Art - Google Patents

Reibdämpfer für Getriebe beliebiger Art

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Publication number
DE10135868A1
DE10135868A1 DE2001135868 DE10135868A DE10135868A1 DE 10135868 A1 DE10135868 A1 DE 10135868A1 DE 2001135868 DE2001135868 DE 2001135868 DE 10135868 A DE10135868 A DE 10135868A DE 10135868 A1 DE10135868 A1 DE 10135868A1
Authority
DE
Germany
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friction
damper
damping
control
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2001135868
Other languages
English (en)
Inventor
Volker Haertel
Frank Gauterin
Uwe Folchert
Oliver Schuermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental AG
Original Assignee
Continental AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental AG filed Critical Continental AG
Priority to DE2001135868 priority Critical patent/DE10135868A1/de
Publication of DE10135868A1 publication Critical patent/DE10135868A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Ein Reibdämpfer soll Schwingungsenergie durch trockene Reibung verzehren. Darüber hinaus soll die Dämpfer-Kennlinie regelbar sein. DOLLAR A Der Reibdämpfer besteht aus einem Reibelement mit zwei Reibflächen (12a und 12b) und aus mindestens jeweils einem an die Reibflächen (12a und 12b) andrückbaren Stempel (14a und 14b). DOLLAR A Das Reibelement ist insbesondere an mindestens einem Längs- oder Querlenker (8a und/oder 8b) einer Radaufhängung angebracht und mindestens ein Stempel (14a und 14b) pro Reibfläche (12a bzw. 12b) ist an mindestens einem Achsträger (2a und/oder 2b) jeweils mit Halterung (16a und/oder 16b) befestigt. DOLLAR A Der Reibdämpfer ist vorzugsweise als Drehdämpfer ausgebildet, wobei die Reibflächen (12a und 12b) die Seitenflächen eines Kreisscheibensegments sind. DOLLAR A Mit Hilfe eines Sensors und eines Aktors kann die Dämpfer-Kennlinie aktiv beeinflusst werden. DOLLAR A Insbesondere für die Radaufhängung eines Personenkraftwagens.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Reibdämpfer für Getriebe beliebiger Art, d. h. einen energieverzehrenden, mit mechanischer Reibung arbeitenden Dämpfer, insbesondere für eine Fahrzeug-Radaufhängung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei zielt die vorliegende Erfindung auf das Prinzip der trockenen Reibdämpfung mit Regelung.
  • In der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 16 093 A1 wird eine Radaufhängung mit Drehschwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Der Drehschwingungsdämpfer weist einen Rotor und einen Stator auf. Die Radaufhängung erfolgt über einen Lenker, wobei der Drehschwingungsdämpfer vom radführenden Lenker über ein Verbindungselement, welches mit dem Rotor verbunden ist, angesteuert wird.
  • Wie der Drehschwingungsdämpfer im einzelnen aufgebaut ist und wie er funktioniert, wird nicht näher beschrieben.
  • Die Offenlegungsschrift DE 24 49 748 beschreibt eine Schwingungsdämpfereinrichtung zwischen gefederten und ungefederten Massen. Der mit mechanischer Reibung arbeitende Dämpfer ist ein Drehdämpfer vom Typ eines Lamellendämpfers. Dieser Lamellendämpfer besteht aus mehreren, in einem Gehäuse hintereinander angeordneten, unter Vorspannung gegeneinander reibenden Lamellenpaaren, von denen jeweils die eine Hälfte mit einem Rotor an der ungefederten Masse und die andere Hälfte mit einem Stator an der gefederten Masse des Fahrzeugs verzahnt ist.
  • Diese Schwingungsdämpfereinrichtung ist für schwere Kettenfahrzeuge vorgesehen, bei denen am Fahrwerk durch die Kettenteilung Schwingungen mit hoher Frequenz und kleiner Amplitude entstehen.
  • Für die Bedämpfung der radführenden Lenker an Kraftfahrzeugen ist der genannte Lamellendämpfer nicht geeignet. Eine Beeinflussung (Steuerung oder Regelung) der Schwingungsdämpferkennlinie ist nicht möglich.
  • Zwar können die aus dem Stand der Technik bekannten Reibdämpfer mit einer zusätzlichen Regelung versehen werden. Diese Reibdämpfer haben aber immer eine mechanische Grundreibung und können daher nicht ohne Dämpfung betrieben werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Dämpfer für eine Radaufhängung zu beschreiben, wobei der Dämpfer die Schwingungsenergie durch trockene Reibung verzehrt. Gemäß einer Weiterbildung soll die Dämpfer-Kennlinie regelbar sein.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ist im wesentlichen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Der an der Achse zwischen Fahrzeugaufbau und Rädern - insbesondere eines Personenkraftwagens - angebrachte, mechanisch funktionierende Dämpfar verzehrt die Schwingungsenergie durch trockene Reibung.
  • Dabei ist karosserieseitig an einer Halterung mindestens ein Stempel befestigt, der eine beliebige Form aufweisen kann. Wesentlich sind zwei Reibflächen. Der mindestens eine Stempel drückt seitlich (einseitig oder beidseitig) gegen eine dem mindestens einen Stempel zugeordnete, an einem (je nach Achskonzept) Längs- oder Querlenker angebrachte Reibfläche. Auch Pendel oder Drehspindel sind möglich.
  • Der Dämpfer kann als Drehdämpfer oder als Dämpfer einer Linearführung ausgebildet sein.
  • Ein Drehdämpfer sitzt vorzugsweise nahe dem Drehpunkt einer Längslenkerachse. Die Reibflächen sind dabei als Segment einer oder mehrerer Kreisscheibe(n) ausgebildet.
  • Ein Lineardämpfer wird vorzugsweise parallel zur Aufbaufeder angeordnet und ersetzt dabei den sonst üblichen hydraulischen Dämpfer. Die Reibfläche kann als einfacher Stab mit Seitenführung ausgebildet sein.
  • Die Stempel können unterschiedliche Flächen und Beläge aufweisen. Die Beläge können auswechselbar sein. Die Fläche kann in den Längslenker integriert sein (z. B.: plangefräste Seite).
  • Eine Grunddämpfung(-vorspannung) kann durch eine mechanische Feder (Spiral- oder Drehfeder, drückt auf Stempel) vorgegeben werden. Die Feder kann selbstnachstellend sein (z. B. bei Abrieb oder Querbewegung des Längslenkers). Auch als Fallback bei Stromausfall (Mindestdämpfung sichert Grundfahrstabilität).
  • Der Reibdämpfer enthält weiter eine Regelung zur
    • 1. Anpassung der prinzipiell rechteckigen Kennlinie (Fig. 2) des Reibdämpfers an die heute übliche Kennlinie eines hydraulischen Dämpfers (Fig. 3).
      Diese Grundregelung kann abhängig von der Schwinggeschwindigkeit oder der Amplitude der Schwingung oder der Reibung (bzw. des Anpressdrucks des Stempels selbst sein. Im einfachsten Fall erfolgt diese Regelung passiv, z. B. mit einem Hebel, der abhängig vom Niveau der Achse den Stempel direkt auf das Scheibensegment drückt (ähnlich einer Nockenwelle). Die Grundregelung kann auch aktiv erfolgen mit einem Sensor für Niveau und/oder Anpressdruck und einem entsprechend angesteuerten Aktor, der z. B. ein Piezoquarz oder ein elektromagnetischer Aktor sein kann. Kombinationen von passiver und aktiver Regelung sind ebenfalls denkbar.
    • 2. Die Regelung ermöglicht weiterhin eine langsame Adaptation an verschiedene Fahrzustände, Fahrbahnbeschaffenheit und Witterungsverhältnisse (sportliche oder komfortable Fahrwerksabstimmung).
    • 3. Eine Regelung mit einem schnellen Sensor und Aktor (über 100 Hz) kann weiterhin Fahrbahn-Unebenheiten ausgleichen und so den Fahrzeugkomfort verbessern.
  • Der für die Regelung erforderliche Sensor kann entweder bereits im Fahrzeug vorhanden sein (z. B. aus einer Niveauregelanlage) oder der Sensor wird für die Dämpferregelung zusätzlich eingebaut. In diesem Fall kann der Sensor seine Daten auch an einen Zentralrechner für das Gesamtfahrzeugmanagement weiterleiten. Insbesondere kann der Sensor in den Piezo-Aktor integriert sein.
  • Im folgenden wird der erfindungsgemäße Reibdämpfer anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt:
  • Fig. 1 die Radaufhängung eines Personenkraftwagens in perspektivischer Sicht;
  • Fig. 2 die Kraft/Weg-Kennlinie eines mechanischen Reibdämpfers ohne Regelung;
  • Fig. 3 die Kraft/Weg-Kennlinie eines hydraulischen Dämpfers;
  • Fig. 4 die Kraft/Geschwindigkeitskennlinie eines hydraulischen Dämpfers und eines geregelten Reibdämpfers; und
  • Fig. 5 die Kraft/Weg-Kennlinie eines geregelten Reibdämpfers.
  • Bei dem in Fig. 1 gezeigten typischen Grundaufbau der Radaufhängung an einem Personenkraftwagen ist an zwei chassisfesten Achsträgern 2a und 2b jeweils ein Längslenker 8a bzw. 8b drehbar befestigt. Die beiden Längslenker 8a und 8b sind durch eine Achse 10 miteinander verbunden. An den Enden der Längslenker 8a und 8b ist jeweils ein Fahrzeugrad 6a bzw. 6b drehbar gelagert. Die beiden Längslenker 8a und 8b sind jeweils durch eine Feder 4a bzw. 4b gegenüber dem jeweils zugeordneten Achsträger 2a bzw. 2b abgestützt.
  • Zur Schwingungsdämpfung sind Reibdämpfer vorgesehen. Erfindungsgemäß bestehen diese Reibdämpfer aus jeweils einer an den Längslenkern 8a und 8b angebrachten Reibfläche 12a bzw. 12b, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Gestalt eines Kreisscheiben- Segments aufweist.
  • Karosserieseitig, d. h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel an den Achsträgern 2a und 2b, ist jeweils mindestens ein Stempel 14a bzw. 14b mittels jeweils einer Halterung 16a, bzw. 16b befestigt. Die Stempel 14a und 14b drücken gegen die jeweils zugeordneten Reibflächen 12a bzw. 12b. Beim Einfedern bewirken die auf den Reibflächen 12a und 12b gleitenden Stempel 14a und 14b einen Reibvorgang und damit eine Bewegungs- bzw. Schwingungsdämpfung. Diese jeweils aus Stempel 14a bzw. 14b und Reibfläche 12a bzw. 12b bestehenden Drehdämpfer sind vorzugsweise jeweils nahe dem jeweiligen Drehpunkt der Längslenkerachsen 8a bzw. 8b angeordnet.
  • Zur Erläuterung der Vorteile des geregelten Reibdämpfers sei der Verlauf der Dämpferkraft über die Geschwindigkeit betrachtet (Fig. 4).
  • Alle hydraulischen Dämpfer zeigen prinzipbedingt einen Anstieg der Kraft mit steigender Kolbengeschwindigkeit. Dabei ist es unerheblich, ob die erhöhte Kolbengeschwindigkeit auf eine Erhöhung der Amplitude oder der Frequenz (oder beides) zurückgeht. Beim Reibdämpfer ist die Dämpferkraft zunächst nur vom Anpressdruck der Reibflächen abhängig.
  • Damit werden beliebige Kennlinienverläufe möglich, z. B. auch mit der Geschwindigkeit fallende Kennlinien bei hoher Frequenz und kleiner Amplitude.
  • Insbesondere kann die Regelung frequenz- und/oder amplitudenabhängig sein und so nur die jeweils benötigte Dämpfung erzeugen.
  • Aus der Kennlinie (Fig. 4) ist außerdem ersichtlich, dass für sehr kleine Amplituden die Dämpferkraft beim hydraulischen Dämpfar nicht auf Null zurückgeht, sondern gegen einen endlichen Wert strebt, der durch die Haftreibung der Kolbendichtringe verursacht wird. Das Ansprechverhalten sowie das Verhalten bei kleinen Amplituden wird hierdurch verschlechtert, weshalb die Hersteller hydraulischer Dämpfer ständig um eine Reduzierung dieser Haftreibung bemüht sind.
  • Die Kraft/Geschwindigkeits-Kennlinie (Fig. 4) kann beim geregelten Reibdämpfer beliebig aussehen, insbesondere kann die Kraft bei x = 0 tatsächlich auf F = 0 zurückgehen (siehe Fig. 5). Darüber hinaus kann ein geregelter Reibdämpfer bei großen Amplituden sehr weich in die Anschläge gehen, was die Anschlagpuffer erspart oder zumindest vereinfacht, da sie nur bei Stromausfall gebraucht werden.
  • Für das konventionelle Dämpfungssystem, bestehend aus hydraulischem Dämpfer, oberem Dämpferlager, unterem Dämpferauge und Anschlagpuffer ergeben sich völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten.
  • Die Lebensdauer eines hydraulischen Dämpfers ist durch Ölverlust begrenzt, beim Reibdämpfer können die Belege gegebenenfalls gewechselt werden. Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum "trockenen Fahrwerk". In jedem Fall bleiben die Eigenschaften des Reibdämpfers über die gesamte Lebensdauer erhalten. Die Asymmetrie der Zug/Druckstufe des hydraulischen Dämpfers kann ohne Probleme nachgebildet werden.
  • Die trockene Reibdämpfung ist keine neue Erfindung. Ein rein passiver Reibdämpfer ist jedoch für Anwendungen im PKW untauglich: Aus dem Kraft/Weg-Diagramm (Fig. 2) ist ersichtlich, dass die Kraft in den Umkehrpunkten der Bewegung unstetig verläuft, was äußerst unkomfortabel ist. Mit einem geregelten Reibdämpfer kann man dagegen die Kennlinie des hydraulischen Dämpfers (Fig. 3) nachbilden und darüber hinaus weitere Vorteile (siehe Fig. 4) erzielen.
  • Eine derartig beliebige Regelung bedeutet insbesondere, dass die Reibkraft auf Null geregelt werden kann. So kann insbesondere der Wechsel von Haft- zu Gleitreibung (Stick- Slip-Effekt) bei kleinen Amplituden vermieden werden.
  • Die schnelle und einfache Adaption an verschiedene Fahrzeugmodelle wird in Zukunft immer wichtiger werden. Ein Software-Austausch ist in jedem Fall schneller, einfacher und billiger als ein Austausch der Dämpfer mitsamt den Lagern. Außerdem wird die Variantenanzahl der Bauteile reduziert.
  • Die Regelung selbst besteht aus einem Sensor, Aktor und Regler (hardware- oder softwaretechnisch realisiert). Ein Beispiel für einen Aktor ist der Stempel, der piezoelektrisch, elektromagnetisch, elektromotorisch, pneumatisch und/oder hydraulisch betätigt werden kann.
  • In der vorliegenden Erfindung wird eine Regelung für einen Reibdämpfer, ein Aktor, ein Sensor und wichtige Kenngrößen für die Regelung beschrieben. Der Regelalgorithmus selbst ist nicht Bestandteil dieser Anmeldung.
  • Teile der Regelung können auch in Hardware realisiert werden, z. B. eine unterschiedliche Dicke der Reibfläche oder eine einfache mechanischen, wegabhängige Regelung wie eine der Amplitude proportionale Normalkraft, die über eine Nockenwelle oder Taumelscheibe an den Stempel übertragen wird. Bezugszeichenliste 2a, 2b Achsträger
    4a, 4b Kraftfahrzeug-Feder, Aufbaufeder
    6a, 6b Rad, Fahrzeugrad
    8a, 8b Längslenker, Längslenkerachse
    10 Achse
    12a, 12b Reibfläche, Kreisscheibensegment
    14a, 14b Stempel
    16a, 16b Halterung

Claims (21)

1. Reibdämpfer für Getriebe beliebiger Art, insbesondere für eine Fahrzeug-Radaufhängung,
mit an karosseriefesten Achsträgern (2a, 2b) des Kraftfahrzeugs radseitig drehbar angebrachten Längs- oder Querlenkern (8a, 8b), und
mit mindestens einem energieverzehrenden, mit mechanischer Reibung arbeitenden Dämpfer (Reibdämpfer), wobei die Achsträger (2a, 2b) und die Längs- oder Querlenker (a, 8b) über den mindestens einen Reibdämpfer miteinander in Wirkverbindung stehen,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Reibdämpfer aus einem Reibelement mit zwei Reibflächen (12a und 12b) und
aus zwei an die Reibflächen (12a und 12b) andrückbare Stempel (14a und 14b) besteht,
wobei das mindestens eine Reibelement an mindestens einem Längs- oder Querlenker (8a und/oder 8b) und
wobei die beiden Stempel (14a und 14b) an mindestens einem Achsträger (2a und/oder 2b) jeweils mittels einer Halterung (16a und/oder 16b) befestigt ist.
2. Reibdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Reibdämpfer
als Drehdämpfer mit kreisförmiger/kreisabschnittsförmiger Reibbahn,
als Dämpfer einer Linearführung mit linearer Reibbahn oder
als Dämpfer eines beliebigen Übersetzungsgetriebes (z. B. Scherenheber) mit beliebiger Reibbahn, die durch die Getriebegeometrie vorgegeben ist, ausgebildet ist.
3. Reibdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drehdämpfer nahe dem Drehpunkt mindestens eines der Längs- oder Querlenker (8a und/oder 8b) angeordnet ist.
4. Reibdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehdämpfer-Reibflächen (12a und 12b), auf die die Stempel (14a und 14b) ihre Reibkraft übertragen, die Seitenflächen eines Kreisscheibensegments sind.
5. Reibdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Lineardämpfer parallel zu mindestens einer Aufbaufeder (4a und/oder 4b) angeordnet ist,
wobei die Aufbaufeder auch als Drehstab realisiert sein kann, und
wobei die Reibfläche als Stab mit Seitenführung ausgebildet ist.
6. Reibdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stempel (14a und 14b) jeweils einen auswechselbaren Belag aufweisen.
7. Reibdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Reibflächen (12a und 12b) in den jeweiligen Längslenker (8a und/oder 8b) integriert sind.
8. Reibdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grunddämpfung durch eine mechanische, auf den mindestens einen Stempel (14a und/oder 14b) wirkende Spiral- oder Drehfeder vorgegeben ist.
9. Reibdämpfer nach Anspruche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder selbstnachstellend, manuell justierbar oder beides ist.
10. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Fallback bei Stromausfall.
11. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Reibdämpfer eine Regelung der Dämpfer-Kennlinie aufweist.
12. Reibdämpfung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung in Abhängigkeit von
a) der Schwinggeschwindigkeit,
b) der Amplitude (gering bis Null für kleine Amplituden, hoch für große Amplituden) und/oder
c) Lage (hohe Dämpfung bei großer statischer Einfederung)
regelbar ist
13. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkraft variabel ist:
a) über eine Steuerung/Regelung der Normalkraft;
b) über die Geometrie (Dicke) der Reibflächen (z. B. Mitte dünn, Enden dick);
c) über eine Winkelanstellung der Reibflächen (Keilwirkung);
d) über eine variable Winkelansteuerung während eines Reibzyklus (Steuerung/Regelung) oder
e) über eine Kombination der beiden passiven Maßnahmen (b) und (c) mit den aktiven/adaptiven Maßbahmen (a) und (d).
14. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung passiv mit einem Hebel erfolgt, der abhängig vom Niveau einer Achse (10) den mindestens einen Stempel (14a und/oder 14b) direkt auf die zugeordnete Reibfläche (12a und/oder 12b) drückt.
15. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die Regelung aktiv mit einem Sensor für Niveau und/oder Anpressdruck und einem entsprechend angesteuerten Aktor erfolgt,
wobei der Aktor ein Piezoquarz oder ein elektromagnetischer Aktor ist, und
wobei die Dämpfung in Abhängigkeit von Niveau, Anpressdruck, Schwinggeschwindigkeit oder frequenzselektiv regelbar ist.
16. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Kombination von aktiver und passiver Regelung.
17. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Adaptation der Regelung an verschiedene Fahrzustände.
18. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Sensor und Aktor für eine schnelle Regelung über 100 Hz geeignet sind.
19. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch einen Anschluss des Sensors an den Zentralrechner des Gesamtfahrzeugmanagements.
20. Reibdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in den Piezo-Aktor integriert ist.
21. Reibdämpfung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Stapelaktor eine Scheibe als Sensor geschaltet ist.
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