DE102010006069A1

DE102010006069A1 - Oscillation damping system for steering arrangement, has sensor unit for detecting oscillation of steering arrangement and actuator unit for producing compensating oscillation

Info

Publication number: DE102010006069A1
Application number: DE201010006069
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Ing. Born; Karsten Dipl.-Ing. Braeuer (Fh); Thomas Dipl.-Ing. Krüger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2010-09-30

Abstract

The oscillation damping system has a sensor unit for detecting an oscillation of the steering arrangement and an actuator unit for producing a compensating oscillation. The sensor unit is formed by a piezoelectric surface element (1) and the actuator unit is formed by another piezoelectric surface element. A control unit is coupled with both piezoelectric surface elements and forms a closed control loop.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwingungsdämpfungssystem einer Lenkanordnung.The The invention relates to a vibration damping system The steering assembly.

Aus dem Stand der Technik ist der Einsatz von schwingungsdämpfenden Elementen bekannt, die in den Lenkstrang integriert werden, um die Übertragung von Vibrationen, die durch Fahrbahnunebenheiten entstehen oder von dem Motor stammen, zum Lenkrand hin zu verringern. Diese Vibrationen, verursacht durch den Motor oder durch die Fahrbahnunebenheiten, werden über das Lenkgetriebe und den Lenkstrang bis ins Lenkrad übertragen, und dort vom Fahrer als störendes Zittern des Lenkrads wahrgenommen.Out The prior art is the use of vibration damping Known elements that are integrated into the steering line to the transmission of vibrations caused by road bumps or of come from the engine, to reduce the steering edge. These vibrations, caused by the engine or by the road bumps, are about the steering gear and the steering line to the Transferring steering wheel, and there by the driver as annoying Trembling of the steering wheel perceived.

Bei den herkömmlich verwendeten schwingungsdämpfenden Elementen kann es sich um Gelenkscheiben oder Tube-inTube-Dämpfer handeln. Diese dämpfen jedoch die Schwingungen lediglich in ihrer Intensität, ohne sie ganz unterdrücken zu können, und sind nur unter hohem Kosten- und Montageaufwand in den Lenkstrang integrierbar. So muss beispielsweise der Lenkstrang zur Anordnung einer schwingungsdämpfenden Gelenkscheibe unterbrochen werden.at the conventionally used vibration damping Elements may be flexible discs or tube-in-tube dampers act. However, these only dampen the vibrations in their intensity, without completely suppressing them to be able to, and are only under high cost and assembly costs integrable in the steering line. For example, the steering line for the arrangement of a vibration-damping joint disc to be interrupted.

Des Weiteren ist im Stand der Technik der Einsatz von Piezoelementen zur Schwingungsdämpfung bekannt, beispielsweise aus der DE 102 26 477 A1 , in der ein piezokeramischer Aktuator beschrieben ist, der auf einer Lenksäule in einem Bereich zwischen dem Lenkrad und dem nächstliegenden Haltemittel der Lenksäule angeordnet ist. Dieser piezoelektrische Aktuator soll eine deutliche Schwingungsreduzierung für die Anordnung Lenksäule/Lenkrad in einem weiten Frequenzband bereitstellen, indem zusätzlich ein Sensor zur Erfassung von Vibrationen oberhalb des piezokeramischen Aktuators an der Struktur der Anordnung Lenksäule/Lenkrad angeordnet ist.Furthermore, the use of piezo elements for vibration damping is known in the prior art, for example from the DE 102 26 477 A1 in which a piezoceramic actuator is described, which is arranged on a steering column in a region between the steering wheel and the nearest holding means of the steering column. This piezoelectric actuator is intended to provide a significant vibration reduction for the steering column / steering wheel arrangement in a wide frequency band by additionally arranging a sensor for detecting vibrations above the piezoceramic actuator on the structure of the steering column / steering wheel assembly.

In der DE 10 2004 002 519 B3 ist zur Verbesserung der Schwingungsdämpfung und der Reduktion der Anzahl der benötigten Piezoelemente ist ein Instrumententräger für ein Kraftfahrzeug beschrieben, der ein Tragprofil aufweist, dem eine aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung zugeordnet ist. Dazu weist die Anordnung im Anbindungsbereich von Lenksäule und Tragprofil mehrere Piezoelemente auf, die in Bezug auf die Längsachse des Tragprofils schräg angeordnet sind, wobei wenigstens zwei Piezoelemente zueinander gegensätzlich geneigt sind.In the DE 10 2004 002 519 B3 is for improving the vibration damping and the reduction of the number of required piezoelectric elements is described an instrument carrier for a motor vehicle having a support profile, which is associated with an active arrangement for vibration damping. For this purpose, the arrangement in the connection region of the steering column and support profile on a plurality of piezoelectric elements which are arranged obliquely with respect to the longitudinal axis of the support profile, wherein at least two piezo elements are inclined to each other in opposite directions.

Für eine verbesserte Schwingungsdämpfung, insbesondere im Instrumententafelbereich, ist in der DE 10 2004 003 175 B3 eine Lenksäule mit einem oberen und einem unteren Lenksäulenabschnitt offenbart, die durch einen Dämpfungskörper gekoppelt sind, der mehrere Piezoelemente umfasst.For improved vibration damping, especially in the instrument panel area, is in the DE 10 2004 003 175 B3 discloses a steering column having upper and lower steering column portions coupled by a damping body comprising a plurality of piezo elements.

Aus der DE 10 2004 033 230 A1 ist eine Lenksäule bekannt, die ein aktives System zur Schwingungsdämpfung mit Piezoelementen aufweist, die an einem Lenksäulenabschnitt angeordnet sind und als Sensor und Aktuator arbeiten. Die Piezoelemente werden sequenziell taktgesteuert einmal als Sensor und im nächsten Takt als Aktuator eingesetzt und sind im Inneren des als Hohlprofil ausgeführten Lenksäulenabschnitts angeordnet.From the DE 10 2004 033 230 A1 a steering column is known which has an active system for vibration damping with piezo elements, which are arranged on a steering column section and operate as a sensor and actuator. The piezoelectric elements are sequentially clocked once used as a sensor and in the next cycle as an actuator and are arranged inside the designed as a hollow profile steering column section.

Ferner ist aus der DE 10 2008 007 162 A1 ein Lenkrad bekannt, das mit einer Schwingungsdämpfungseinrichtung ausgestattet ist, die wenigstens ein Piezoelement umfasst, durch welches die mechanische Energie der Schwingung in elektrische Energie umwandelbar ist. Mit diesem schwingungsgedämpften Lenkrad soll ein einfaches und kostengünstig herzustellendes Lenkrad geschaffen werden.Furthermore, from the DE 10 2008 007 162 A1 a steering wheel is known, which is equipped with a vibration damping device comprising at least one piezoelectric element, by which the mechanical energy of the vibration is converted into electrical energy. With this vibration-damped steering wheel to a simple and inexpensive to be produced steering wheel to be created.

Schließlich bezieht sich die DE 10 2004 001 098 A1 auf ein Verfahren zum Reduzieren von Vibrationen in einer Armaturenbrett-Struktur, wobei eine oder mehrere piezoelektrische Aktuator- und Sensoreinrichtungen verwendet werden, die zwischen unterschiedlichen Strukturen in der Armaturenbrett-Struktur angeordnet sind. Die Sensorkomponente erfasst die Vibrationen zwischen den Strukturen, während die Aktuatorkomponente einen umgekehrten Sinuspuls generiert, der die Vibrationen dämpft. Damit sollen Vibrationen in der Lenksäule und im Armaturenbrett auf kosteneffektive und -effiziente Weise gedämpft werden, ohne die Gesamtmassen wesentlich zu erhöhen oder die Komponenten der Armaturenbrett-Struktur komplexer zu gestalten.Finally, the refers DE 10 2004 001 098 A1 to a method of reducing vibration in a dashboard structure using one or more piezoelectric actuator and sensor devices disposed between different structures in the instrument panel structure. The sensor component senses the vibrations between the structures while the actuator component generates a reverse sinusoid that dampens the vibrations. This is intended to damp vibrations in the steering column and in the dashboard in a cost-effective and efficient manner, without substantially increasing the overall mass or making the components of the dashboard structure more complex.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, ein Schwingungsdämpfungssystem einer Lenkanordnung bereitzustellen, die eine einfachere und kostengünstigere Gestaltung der Lenkstrangbauteile ermöglicht, das bauraumunabhängig verbaut werden kann, und möglichst wenig Bauraum erfordert.outgoing From this prior art, it is desirable to To provide vibration damping system of a steering assembly, the simpler and cheaper design of the steering column components allows the installation space to be installed independently can, and requires as little space as possible.

Diese Aufgabe wird durch ein Schwingungsdämpfungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.These Task is by a vibration damping system with the Characteristics of claim 1 solved. Trainings are executed in the subclaims.

Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungssystems, das zur Schwingungsdämpfung einer Lenkanordnung an derselben angeordnet ist, weist eine Sensoreinheit, mit der Schwingungen der Lenkanordnung erfasst werden können, und eine Aktuatoreinheit auf, die zur Erzeugung einer Kompensationsschwingung dient. Die erzeugte Kompensationsschwingung ist dabei in ihrer Phase derart zur erfassten Schwingung verschoben, dass sich die Schwingung und die Kompensationsschwingung in destruktiver Interferenz überlagern, so dass die durch Motor oder Fahrbahnunebenheiten verursachten Vibrationen an der Lenkanordnung deutlich reduziert, gegebenenfalls sogar eliminiert werden.A first embodiment of the vibration damping system according to the invention, which is arranged thereon for vibration damping of a steering arrangement, has a sensor unit, with which vibrations of the steering arrangement can be detected, and an actuator unit, which serves to generate a compensation oscillation. The generated compensation oscillation is in this case ver in such a way to the detected vibration pushed that the vibration and the compensation vibration in destructive interference superimpose, so that caused by engine or road bumps vibrations at the steering assembly significantly reduced, possibly even eliminated.

Erfindungsgemäß werden hier die Sensoreinheit und die Aktuatoreinheit jeweils durch ein einziges piezoelektrisches Flächenelement bereitgestellt, das prinzipiell auf jedem Bauteil der Lenkanordnung angeordnet werden kann. Durch die Platzierungswahl der piezoelektrischen Flächenelemente kann die Qualität der Schwingungstilgung, beziehungsweise -dämpfung beeinflusst werden.According to the invention here the sensor unit and the actuator each by a provided only piezoelectric surface element, which are arranged in principle on each component of the steering assembly can. By the placement choice of the piezoelectric surface elements can the quality of vibration damping or damping to be influenced.

Das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungssystem bildet vorteilhaft durch die Anordnung der beiden piezoelektrischen Flächenelemente als Sensor- und Aktuatoreinheit, die über eine Regeleinrichtung miteinander gekoppelt sind, einen autonomen Regelkreis, der mit einer selbstregulierenden Übertragungsfunktion zur Minimierung, beziehungsweise Eliminierung, der Schwingung der Lenkanordnung, ausgestattet ist. Dazu steuert die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Schwingung der Lenkanordnung, die von dem als Sensoreinheit fungierenden piezoelektrischen Flächenelement erfasst wurde, das als Aktuatoreinheit dienende zweite piezoelektrische Flächenelement an, so dass dieses die Kompensationsschwingung erzeugt, die sich destruktiv mit der Schwingung der Lenkanordnung überlagert und damit diese Schwingung reduziert oder sogar eliminiert. Hierzu können in vorteilhafter Weise die beiden piezoelektrischen Flächenelemente gemeinsam innerhalb eines bzw. an einem Abschnitt der Lenkanordnung angeordnet werden, jedoch an voneinander abgewandten Seiten dieses Abschnitts.The Inventive vibration damping system forms advantageous by the arrangement of the two piezoelectric Surface elements as a sensor and actuator unit, the over a control device are coupled together, an autonomous Control circuit, with a self-regulating transfer function to minimize, or eliminate, the oscillation of the Steering arrangement is equipped. The control device controls this in response to the vibration of the steering assembly, by the acting as a sensor unit piezoelectric surface element was detected, serving as the actuator unit second piezoelectric surface element so that it generates the compensation oscillation that is destructively superimposed with the vibration of the steering assembly and thus reduce or even eliminate this vibration. For this can advantageously the two piezoelectric Surface elements together within one or on one Section of the steering assembly are arranged, but at each other opposite sides of this section.

Die Verwendung von lediglich zwei piezoelektrischen Flächenelementen ermöglicht ein einfaches und kostengünstiges Schwingungsdämpfungssystem für eine beliebige Lenkanordnung, das kaum Bauraum erfordert, und das keine Änderung an den Lenkstrangbauteilen, wie beispielsweise im Stand der Technik beim Einsatz von Gelenkscheiben o der zwei Rohrdämpfern nötig ist. Dadurch, dass der Lenkstrang nicht durch Schwingungsdämpfer unterbrochen wird, kann dem Fahrer auch ein direkteres Lenkgefühl vermittelt werden, so dass vorteilhaft die haptische Rückmeldung der Lenkung an den Fahrer verbessert wird, während gleichzeitig die vorhandenen Schwingungen, die durch Motor oder Fahrbahn entstehen, durch das Schwingungsdämpfungssystem auf ein für den Fahrer akzeptables Maß reduziert oder gar eliminiert werden. Durch den selbstregulierenden Regelkreis erfolgt die Schwingungsdämpfung unabhängig von der Vibrationsfrequenz, so dass das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungssystem breiten Einsatz in verschiedenen Baureihen finden kann.The Use of only two piezoelectric surface elements enables a simple and cost-effective vibration damping system for any steering assembly that requires little space, and that no change to the steering column components, such as For example, in the prior art when using flexible discs o the two pipe dampers is necessary. As a result of that the steering line is not interrupted by vibration damper can give the driver a more direct steering feel so that the haptic feedback of the Steering to the driver is improved while at the same time the existing vibrations caused by the engine or the road, through the vibration damping system on a for reduces or even eliminates the driver's acceptable level become. Due to the self-regulating control loop, the vibration damping is independent from the vibration frequency, so that the invention Vibration damping system wide use in different Can find series.

In einer vorteilhaften Ausführungsform können die piezoelektrischen Flächenelemente an einem Lenkgetriebe oder einer Lenksäule der Lenkanordnung angeordnet werden, insbesondere können die beiden piezoelektrischen Flächenelemente entgegengesetzt radial an einem Umfang einer Welle des Lenkgetriebes oder einer Lenkspindel der Lenksäule angeordnet werden. Dadurch können die Vibrationen unmittelbar abgegriffen und durch den geschlossenen Regelkreis sofort die Genese der Kompensationsschwingung bewirken.In an advantageous embodiment, the piezoelectric surface elements on a steering gear or a steering column of the steering assembly are arranged In particular, the two piezoelectric surface elements opposite radially on a circumference of a shaft of the steering gear or a steering shaft of the steering column can be arranged. As a result, the vibrations can be tapped directly and by the closed loop immediately the genesis of the compensation oscillation cause.

In einer weiteren Ausführungsform kann ein piezoelektrisches Flächenelement, oder beide, eine Elektronikvorrichtung aufweisen, die zur Steuerung des Schwingungsdämpfungssystems herangezogen werden, und somit die Regeleinrichtung teilweise oder ganz bilden kann, so dass ein separates elektronisches Bauteil für die Regeleinrichtung eventuell entfallen kann. Das passive System, bestehend aus den zwei piezoelektrischen Flächenelementen, kann ohne zusätzliche Spannungsversorgung auskommen, in der Elektronikvorrichtung, beziehungsweise der Regeleinrichtung, kann das Regelverhalten, beziehungsweise die Übertragungsfunktion, auf den jeweiligen Einsatzfall angepasst werden, abhängig von dem Ort und der Orientierung der Platzierung der piezoelektrischen Flächenelemente sowie in Abhängigkeit der entsprechenden Baureihen, die sich hinsichtlich Lenkanordnung, sowie Schwingungseigenschaften unterscheiden können.In In another embodiment, a piezoelectric Surface element, or both, an electronic device having, for controlling the vibration damping system be used, and thus the control device partially or can completely form, leaving a separate electronic component for the control device may possibly be omitted. The passive system, consisting of the two piezoelectric surface elements, can do without additional power supply, in the electronic device, or the control device, can the control behavior, or the transfer function, be adapted to the particular application, depending from the location and orientation of the placement of the piezoelectric Surface elements and depending on the corresponding Series, with regard to steering arrangement, as well as vibration characteristics can distinguish.

Schließlich kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, die piezoelektrischen Flächenelemente folienartig als biegsame Kunststofffolienelemente auszubilden, die bei einer Applikation an die Lenkanordnung an nahezu beliebige Konturen anpassbar sind, so dass zur Integration des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungssystems der Lenkungsstrang nicht umkonstruiert werden muss. Das Schwingungsdämpfungssystem kann somit auch an Stellen der Lenkanordnung angebracht werden, an denen die Anbringung anderer Piezoelemente aufgrund komplexer Anbringungsflächen scheitert.After all may be provided in one embodiment, the piezoelectric Surface elements like a foil as flexible plastic film elements form, which in an application to the steering assembly to almost Any contours are adaptable, so that the integration of the invention Vibration damping system of the steering line not redesigned must become. The vibration damping system can thus be attached to locations of the steering assembly, where the Attachment of other piezo elements due to complex mounting surfaces fails.

Die einfache und konturgetreue Anbringung der Piezoflächenelemente kann dabei durch Kleben erfolgen. Solche biegsamen piezoelektrischen Flächenelemente sind im Stand der Technik bekannt und umfassen eine Schicht aus piezoelektrischem Material, das entweder eine Piezokeramik, eine aufgedampfte Halbleiterdünnschicht oder ein Polyvinylidenfluorid sein kann.The simple and true-to-contour attachment of the piezo surface elements can be done by gluing. Such flexible piezoelectric Surface elements are known in the art and include a layer of piezoelectric material containing either a piezoceramic, a vapor-deposited semiconductor thin film or a polyvinylidene fluoride can be.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.These and further advantages are provided by the following description with reference to the accompanying figures.

Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.Of the Reference to the figures in the description is for assistance the description and the easier understanding of the Object. Objects or parts of objects, which are essentially the same or similar be provided with the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the Invention.

Dabei zeigt:there shows:

1 eine Schnittansicht einer Gelenkscheibe zur Schwingungsdämpfung in einem Lenkstrang aus dem Stand der Technik, 1 a sectional view of a joint disc for vibration damping in a steering column of the prior art,

2 eine perspektivische Ansicht auf einen Teil des Lenkstrangs, der erfindungsgemäß mit einem piezoelektrischen Flächenelement ausgestattet ist, 2 a perspective view of a part of the steering line, which is equipped according to the invention with a piezoelectric surface element,

3 schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Lenkanordnung, an der erfindungsgemäß die beiden Piezo-Flächenelemente angeordnet sind, 3 1 is a schematic perspective view of a steering arrangement, on which according to the invention the two piezo-planar elements are arranged,

4 ein einfaches Regelkreisschaltbild des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungssystems. 4 a simple control circuit diagram of the vibration damping system according to the invention.

Das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungssystem bezieht sich auf ein System zur Dämpfung, beziehungsweise Eliminierung von Schwingungen einer Lenkanordnung, die ein Lenkrad, zu dem keine Schwingungen übertragen werden sollen, eine (obere und untere) Lenksäule und ein Lenkgetriebe umfasst, zwischen denen sich Gelenkanordnungen, beispielsweise Kardangelenke, befinden können. Der Drehmoment übertragende innere Strang der Lenksäule wird dabei durch die Lenkspindel gebildet.The Inventive vibration damping system refers to a system for damping, respectively Elimination of vibrations of a steering assembly comprising a steering wheel, to which no vibrations are to be transmitted, one (upper and lower) steering column and a steering gear includes, between where there are joint arrangements, such as universal joints can. The torque transmitting inner strand The steering column is formed by the steering shaft.

Vor allem die Vibrationen des Motors werden auf den Lenkungsstrang übertragen, wodurch an dem Lenkrad Schwingungen in Form eines Zitterns auftreten. Fahrbahnunebenheiten verstärken diesen Effekt. Um diese Lenkradschwingungen unter die Wahrnehmbarkeitsgrenze eines Fahrers zu drücken, und damit den Fahrkomfort zu verbessern, wird nun das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungssystem aus zwei Piezo-Flächenelementen eingesetzt.In front all the vibrations of the engine are transmitted to the steering column, whereby vibrations in the form of a jitter occur on the steering wheel. Road bumps reinforce this effect. Around Steering wheel vibrations below the perceptibility limit of a driver to push, and thus to improve the ride comfort, is now the Inventive vibration damping system made of two piezo surface elements.

Bei diesen Flächenelementen kann es sich beispielsweise um einen Flächenwandler handeln, in dem eine piezokeramische Platte zwischen Polymerschichten integriert ist. Solche Flächenwandler können sehr dünn ausgeführt werden, so dass sie eine Biegsamkeit aufweisen, die die Applikation unter Konturenanpassung erlaubt. Sie sind geeignet zur Verwendung im Regelkreis als Aktuator- und Sensoreinheiten, und können, falls dies gewünscht ist, auch mit mehreren Piezokeramikschichten ausgeführt sein. Piezoelektrische Keramiken werden vorzugsweise aus synthetischen anorganischen, ferroelektrischen und polykristallinen Keramikwerkstoffen hergestellt. Beispiele dafür sind modifizierte Blei-Zirkonat-Titanate zur Anwendung im Hochvoltbereich und Blei-Magnesium-Niobate zur Anwendung im Niedervoltbereich. Alternativ dazu können auch Folien basierend auf piezoelektrischen Dünnschichten eingesetzt werden, wobei diese auf einer Siliziumschicht abgeschieden werden. Zur Bildung der piezoelektrischen Dünnschichten werden meist Zinkoxid oder Aluminiumnitrid eingesetzt.at These surface elements may be, for example act a surface converter, in which a piezoceramic Plate is integrated between polymer layers. Such area converter can be run very thin, so that they have a flexibility that the application under contour adjustment allowed. They are suitable for use in the control loop as an actuator and sensor units, and may, if desired is, be carried out with several piezoceramic layers. Piezoelectric ceramics are preferably made of synthetic inorganic, ferroelectric and polycrystalline ceramic materials produced. Examples are modified lead zirconate titanates for use in the high-voltage range and lead-magnesium niobates for Application in low voltage range. Alternatively, you can also films based on piezoelectric thin films are used, wherein these deposited on a silicon layer become. To form the piezoelectric thin films usually zinc oxide or aluminum nitride are used.

Ferner existiert mit dem Kunststoff-Polyvinylidenfluorid die Möglichkeit, eine piezoelektrische Folie zu schaffen, da sich Polyvinylidenfluorid polarisieren lässt und dadurch piezoelektrisch wird. Solche Folien lassen sich auch auf gekrümmte Oberflächen aufbringen, und können daran verklebt werden.Further exists with the plastic polyvinylidene fluoride the possibility to provide a piezoelectric film, since polyvinylidene fluoride polarize and thereby becomes piezoelectric. Such slides can also be applied to curved surfaces, and can be glued to it.

So kann nun erfindungsgemäß vermieden werden, einen komplizierten Aufbau zur Schwingungsdämpfung, wie in 1 als Stand der Technik gezeigt, zu verwenden. Dort stellt eine Gelenkscheibe 7 eine Schwingungsdämpfung des Lenkstrangs bereit, wobei allerdings der Lenkstrang unterbrochen wird und nunmehr die zwei Abschnitte 2, 12 bildet. Vorliegend ist die Anordnung der Gelenkscheibe 7 in direkter Nachbarschaft zu dem Gelenk 6 gezeigt.So can now be avoided according to the invention, a complicated structure for vibration damping, as in 1 as prior art shown to use. There represents a flexible disc 7 a vibration damping of the steering line ready, however, the steering line is interrupted and now the two sections 2 . 12 forms. In the present case is the arrangement of the flexible disc 7 in the immediate vicinity of the joint 6 shown.

Wird nun das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfersystem eingesetzt, so kann die Gelenkscheibe 7 entfallen, und mit ihr auch die Zentrierung mittels Führungsbuchse 9, 10, sowie die Nietverbindung 8 der Gelenkscheibe 7 mit dem Lenkstrangabschnitt 12. Die Unterbrechung des Lenkstrangs in zwei Abschnitte 2, 12 ist dann nicht mehr nötig, und die Lenkspindel 2 kann, wie in 2 dargestellt, als ein Bauteil einfach dargestellt werden.If now the vibration damper system according to the invention is used, the flexible disc can 7 omitted, and with it the centering by means of guide bushing 9 . 10 , as well as the riveted connection 8th the flexible disc 7 with the steering column section 12 , The interruption of the steering column in two sections 2 . 12 is then no longer necessary, and the steering shaft 2 can, as in 2 represented as a component simply displayed.

In 2, in der sich die Lenkspindel 2 ebenfalls von einem Gelenk 6 erstreckt, ist ein erstes Piezo-Flächenelement 1 zu sehen, das zweite Piezo-Flächenelement der Erfindung befindet sich, in dieser Darstellung nicht sichtbar, an der abgewandt liegenden Seite der Spindel 2. Die beiden Piezo-Flächenelemente, die über eine Regeleinrichtung gekoppelt das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfersystem für die Lenkanordnung darstellen, können generell am Umfang verteilt, vorteilhaft radial voneinander angewandt an der Lenkspindel angeordnet sein, wobei deren Orientierung nicht zwangsläufig wie in 2 dargestellt, entsprechend der Längsachse der Lenkspindel 2 ausgerichtet sein muss, sie kann einen Winkel dazu bilden.In 2 in which the steering spindle 2 also from a joint 6 extends, is a first piezo-planar element 1 to see, the second piezo-planar element of the invention is located, not visible in this illustration, on the opposite side of the spindle 2 , The two piezo-surface elements, coupled via a control device represent the vibration damper system according to the invention for the steering assembly, can generally be distributed around the circumference, advantageously radially applied to each other on the steering shaft, their orientation is not necessarily as in 2 shown, corresponding to the longitudinal axis of the steering shaft 2 must be aligned, it can form an angle to it.

3 zeigt nun schematisch eine Lenkanordnung 5, in der das Lenkgetriebe 3 über ein Gelenkelement 6 mit einem unteren Lenksäulenabschnitt 2 verbunden ist, der über ein weiteres Gelenkelement das Drehmoment der Lenkbewegung am Lenkrad 4 von dem oberen Lenkspindelabschnitt 2' übertragen wird. Hier ist die Anordnung der beiden piezoelektrischen Flächenelemente 1, 1' an dem unteren Lenkspindelabschnitt 2 dargestellt, generell ist deren Anordnung aber auch am Lenkgetriebe 3 oder am oberen Lenkspindelabschnitt 2' denkbar. 3 now shows schematically a steering assembly 5 in which the steering gear 3 via a joint element 6 with a lower steering column section 2 is connected, over another joint element the torque of the steering movement on the steering wheel 4 from the upper steering shaft portion 2 ' is transmitted. Here is the arrangement of the two piezoelectric surface elements 1 . 1' at the lower steering shaft portion 2 shown, but generally their arrangement is also on the steering gear 3 or at the upper steering spindle section 2 ' conceivable.

In 4 ist ein Regelkreis skizziert, in dem die beiden piezoelektrischen Flächenelemente, der Piezosensor und der Piezo-Aktuator miteinander verbunden sind. Durch die Regeleinrichtung, die gegebenenfalls durch eine auf zumindest einer der piezoelektrischen Flächenelementen vorhandenen Elektronik gebildet sein kann, findet ein kontinuierlicher Soll-Ist-Vergleich statt, indem eine durch den Piezosensor erfasste Schwingung der Lenkanordnung mit dem Soll-Wert verglichen wird, der vorliegend 0 sein soll. Eine Übertragungsfunktion berechnet aus dieser Schwingung der Lenkanordnung, die die Regelgröße x darstellt, eine Steuergröße u, mit der der Piezo-Aktuator angesteuert wird, um die Stellgröße y, die Kompensationsschwingung, zu generieren, die mit der erfassten Schwingung der Lenkanordnung in destruktiver Interferenz überlagern soll, so dass die beispielsweise durch Motorvibration hervorgerufene Schwingung der Lenkanordnung dem Soll-Wert nachgeführt wird, so dass die resultierende Restschwingung der Lenkanordnung minimiert oder günstigenfalls sogar eliminiert wird.In 4 a control loop is sketched in which the two piezoelectric surface elements, the piezoelectric sensor and the piezoelectric actuator are connected to each other. By the control device, which may optionally be formed by a present on at least one of the piezoelectric surface elements electronics, a continuous target-actual comparison takes place by a detected by the piezoelectric sensor vibration of the steering assembly is compared with the target value, the present 0 should be. A transfer function calculates from this oscillation of the steering arrangement, which represents the controlled variable x, a control variable u, with which the piezo actuator is driven, in order to generate the manipulated variable y, the compensation oscillation, which is superimposed on the detected oscillation of the steering arrangement in destructive interference is, so that caused for example by engine vibration vibration of the steering assembly is tracked to the desired value, so that the resulting residual vibration of the steering assembly is minimized or at best even eliminated.

Vorteilhaft kann der durch die Schwingung der Lenkanordnung hervorgerufene Stromfluss im Piezosensor eine externe Spannungsversorgung überflüssig machen, indem dadurch die Steuergröße für den Piezo-Aktuator generiert wird.Advantageous can the current flow caused by the vibration of the steering assembly in the piezo sensor, an external power supply superfluous by doing so, the control size for the Piezo actuator is generated.

Bezüglich des Einsatzes von piezoelektrischen Flächenelementen zur Schwingungstilgung im Lenkstrang ist auch der Einsatz eines einzigen piezoelektrischen Flächenelements in einem aktiven System denkbar, wobei das einzelne Flächenelement extern aktiv angesteuert wird. Eine solche externe Steuerung eines einzigen piezoelektrischen Flächenelements, welches als Aktuatoreinheit die Kompensationsschwingung erzeugen soll, kann dann nach einer empirisch ermittelten Kennlinie oder einem Schwingungsbild arbeiten. Auch hier kann auf dem piezoelektrischen Flächenelement selbst ein Teil der erforderlichen Elektronik angeordnet sein.In terms of the use of piezoelectric surface elements for Vibration damping in the steering column is also the use of a single piezoelectric surface element in an active system conceivable, wherein the single surface element externally active is controlled. Such external control of a single piezoelectric Surface element, which as the actuator unit, the compensation oscillation should generate, then can according to an empirically determined characteristic or work on a vibration pattern. Again, on the piezoelectric Surface element itself a part of the required electronics be arranged.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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- DE 102004002519 B3 [0005]
DE 102004003175 B3 [0006]
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- DE 102008007162 A1 [0008]
- DE 102004001098 A1 [0009]

Claims

Vibration damping system of a steering assembly ( 5 ) comprising a sensor unit for detecting a vibration of the steering assembly ( 5 ) and an actuator unit for generating a compensation vibration, wherein the sensor unit and the actuator unit on the steering arrangement ( 5 ) are arranged and comprise at least one piezoelectric element, characterized in that the sensor unit by a first piezoelectric surface element ( 1 ) and the actuator unit by a second piezoelectric surface element ( 1' ), wherein the vibration damping system comprises a control device which is connected to the first and the second piezoelectric surface element ( 1 . 1' ) and forms a closed loop, wherein the control device in dependence of the first piezoelectric surface element ( 1 ) detected vibration of the steering assembly ( 5 ) the second piezoelectric surface element ( 1' ) such that the generated compensation vibration destructive with the vibration of the steering assembly ( 5 ) interferes.

Vibration damping system according to claim 1, characterized in that the piezoelectric surface elements ( 1 . 1' ) on a steering gear or a steering column of the steering assembly ( 5 ), in particular facing away from each other radially on a circumference of a shaft ( 3 ) of the steering gear or a steering spindle ( 2 . 2 ' ) of the steering column are arranged.

Vibration damping system according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the piezoelectric surface elements ( 1 . 1' ) has an electronic device by which the control device is at least partially provided.

Vibration damping system according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the piezoelectric surface elements ( 1 . 1' ) are flexible plastic film members comprising at least one layer of a piezoelectric material selected from a group comprising a piezoceramic comprising lead zirconate titanate and lead magnesium niobate, a semiconductor thin film comprising zinc oxide, aluminum nitride, and a polyvinylidene fluoride includes.