DE19955410B4 - Device for the active suspension of a motor vehicle wheel on a vehicle body - Google Patents

Device for the active suspension of a motor vehicle wheel on a vehicle body Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau mit einer lasttragenden Feder (2), die an einer oberen Stützstelle am Fahrzeugaufbau (1) und einer unteren Stützstelle an einem Radträger (5) abgestützt ist, sowie mit einem parallel zur Feder (2) wirkenden elektrischen Linearantrieb (6), dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stützstelle (3) der als Schraubenfeder ausgebildeten lasttragenden Feder (2) mittels eines rotatorischen Elektroantriebs (7) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verstellbar an diesem abgestützt ist und dieser rotatorische Elektroantrieb (7) zur Niveauregulierung und Wankstabilisierung des Fahrzeugsaufbaus angesteuert wird, während der eine Dämpfungsfunktion wahrnehmende elektrische Linearantrieb (6) bei höherfrequenten Hubbewegungen des Radträgers (5) aktiviert wird.Device for the active suspension of a motor vehicle wheel on a vehicle body with a load-bearing spring (2) which is supported on an upper support point on the vehicle body (1) and a lower support point on a wheel carrier (5), and with a parallel to the spring (2) acting Electric linear drive (6), characterized in that the upper support point (3) designed as a helical spring load-bearing spring (2) by means of a rotary electric drive (7) relative to the vehicle body (1) is adjustably supported on this and this rotary electric drive (7) is controlled for level control and roll stabilization of the vehicle body, while the damping function perceiving electric linear drive (6) is activated at higher frequency strokes of the wheel carrier (5).

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Bei einer derartigen aus der US 5,060,959 A bekannten Vorrichtung ist zwischen dem Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeugs und einem Radträger eine lasttragende Feder mit einem parallel dazu wirkenden elektrischen Linearantrieb zur Bildung einer aktiven Federung vorgesehen. Ein derartiger elektrischer Linearantrieb ist zwar in der Lage, sehr schnelle Hubbewegungen einzuleiten, er ist aber nur begrenzt fähig, statische Kräfte, die z. B. aufgrund von Eigenbewegungen des Fahrzeugaufbaus herrühren, aufzunehmen. Ein wichtiger Vorteil eines Linearmotors besteht unter anderem darin, dass er die Kraft nicht formschlüssig aufbringt. Er ist somit wesentlich toleranter gegen Fehler in der Steuerung, da er bei höheren Kräften von außen sofort nachgibt und damit wie ein Dämpfer arbeitet.In such from the US 5,060,959 A known device is provided between the vehicle body of the motor vehicle and a wheel carrier a load-bearing spring with a parallel acting electric linear drive to form an active suspension. Although such an electric linear drive is able to initiate very fast strokes, but he is only limited capable of static forces, the z. B. due to proper movements of the vehicle body, record. An important advantage of a linear motor is, among other things, that it does not apply the force in a form-fitting manner. He is thus much more tolerant of errors in the control, as he immediately gives in at higher forces from the outside and thus works like a damper.

Zur Realisierung einer aktiven Federung gibt es verschiedene technologische Möglichkeiten. Aus o. g. Schrift sind integrale Dämpfer mit einem elektrischen Spiral- bzw. Linearmotor bekannt. Ferner sind Kombinationen aus Spiral- mit Linearmotor und Luftfederung bzw. Luftfederung mit Linearmotor und Spindelmotor mit Luftfederung, die jeweils parallel geschaltet sind, bekannt ( DE 42 04 302 A1 ). Ferner ist die aktive Steuerung der Radbewegung im voraus mit Hilfe einer Preview-Sensorik aus der DE 43 29 161 A1 bekannt. Zur aktiven Steuerung von schnellen Einfederbewegungen ist die Reaktionsfähigkeit hydraulischer Aktuatoren zu gering. Schnelle hydraulische Verstelleinrichtungen bei hohen Kräften sind nur mit realtiv hohem Aufwand herzustellen. Rotatorisch elektrische Verstellantriebe können die erforderlichen hochfrequenten bzw. schnellen Hubbewegungen nicht realisieren. Lineare Elektromotoren sind, wie schon erläutert, nur begrenzt fähig, statische Kräfte aufzunehmen.To realize an active suspension, there are various technological possibilities. From the above font integral damper with an electric spiral or linear motor are known. Furthermore, combinations of spiral with linear motor and air suspension or air suspension with linear motor and spindle motor with air suspension, which are each connected in parallel, known ( DE 42 04 302 A1 ). Furthermore, the active control of the wheel movement in advance by means of a preview sensor from the DE 43 29 161 A1 known. The responsiveness of hydraulic actuators is too low for the active control of fast compression movements. Fast hydraulic adjustment at high forces can be produced only with realtiv high cost. Rotary electrical adjusting drives can not realize the required high-frequency or fast strokes. Linear electric motors are, as already explained, only limited ability to absorb static forces.

Weiterhin ist in der DE 21 46 723 A eine Schraubenfeder-Anordnung an einem Fahrzeug mit grundsätzlich bekannter Federfußpunkt-Verstellung gezeigt. Mit einer solchen Federfußpunkt-Verstellung erfolgt eine statische Niveauregulierung allein zum Ausgleich von Änderungen der Beladung des Fahrzeugs.Furthermore, in the DE 21 46 723 A a coil spring assembly shown on a vehicle with basically known spring base adjustment. With such a Federfußpunkt-adjustment is a static level control alone to compensate for changes in the load of the vehicle.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangsgenannten Art zu schaffen, welche eine hohe Reaktionsfähigkeit auf ein breites Spektrum von Einfederungsbewegungen aufweist.The object of the invention is to provide a device of the type mentioned, which has a high responsiveness to a wide range of compression movements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

Bei der Erfindung ist in Kombination mit dem zur Feder parallel geschalteten elektrischen Linearantrieb ein rotatorischer Elektroantrieb vorgesehen, mit welchem die obere Stützstelle, an welcher die Feder am Fahrzeugaufbau abgestützt ist, gegenüber dem Fahrzeugaufbau verstellbar ist und über welchen ferner die Feder am Fahrzeugaufbau abgestützt wird. Zwischen dem Radträger, an welchem die lasttragende Feder sich in einer unteren Stützstelle abstützt, und dem Fahrzeugaufbau sind der elektrische Linearantrieb und der rotatorische Elektroantrieb hintereinander geschaltet. Der rotatorische Elektroantrieb dient zur Verstellung der oberen Stützstelle bei niederfrequenten Bewegungen, während der elektrische Linearantrieb neben der Funktion des Dämpfers ferner in der Lage ist, als aktives Stellglied für schnelle Radbewegungen zu dienen. Durch die kombinierte Anwendung des elektrischen Linearantriebs und des rotatorischen Elektroantriebs ergibt sich eine Erweiterung des Spektrums der steuerbaren Einfederungsbewegungen. Mit Hilfe einer entsprechenden Regelung können die jeweiligen Bewegungsaufgaben auf den elektrischen Linearantrieb und den rotatorischen Elektroantrieb verteilt werden, wobei auch beide Antriebe bzw. Motore gleichzeitig eingesetzt werden können. Durch Regelung der Verteilung der Systemaufgaben kann dem jeweiligen Teilsystem, die gerade am besten zu beherrschende Teilaufgabe zugeordnet werden. Hierdurch ist es auch möglich den energetischen Einsatz zu minimieren, wobei nur eine Energieform für die beiden Antriebe erforderlich ist. In bevorzugter Weise können der Linearantrieb und der rotatorische Antrieb als Einheit hergestellt werden, die mit elektrischer Energie versorgt wird. Ferner läßt sich eine aktive Steuerung der Radbewegungen im voraus mit Hilfe einer Preview-Sensorik erreichen. Z. B. können die Radbewegungen an der Hinterachse in Abhängigkeit von den Radbewegungen an der Vorderachse mit Hilfe des elektrischen Linearantriebs, welcher als linearer Stellantrieb wirkt, im voraus realisiert werden.In the invention, a rotary electric drive is provided in combination with the electric linear drive parallel to the spring, with which the upper support point on which the spring is supported on the vehicle body, relative to the vehicle body is adjustable and via which also the spring is supported on the vehicle body. Between the wheel, on which the load-bearing spring is supported in a lower support point, and the vehicle body of the electric linear drive and the rotary electric drive are connected in series. The rotary electric drive is used to adjust the upper support point in low-frequency movements, while the electric linear drive in addition to the function of the damper is also able to serve as an active actuator for fast wheel movements. The combined use of the electric linear drive and the rotary electric drive results in an expansion of the spectrum of controllable compression movements. With the help of a corresponding control, the respective movement tasks can be distributed to the electric linear drive and the rotary electric drive, wherein both drives or motors can be used simultaneously. By regulating the distribution of the system tasks, the subsystem to be controlled can be assigned to the respective subsystem. This also makes it possible to minimize the energetic use, with only one form of energy for the two drives is required. Preferably, the linear drive and the rotary drive can be manufactured as a unit which is supplied with electrical energy. Furthermore, an active control of the wheel movements can be achieved in advance by means of a preview sensor. For example, the wheel movements on the rear axle in response to the wheel movements on the front axle by means of the electric linear drive, which acts as a linear actuator can be realized in advance.

Durch die Vielfalt der Funktionen können im wesentlichen alle Anforderungen, die an eine aktive Federung gestellt werden, wie Wankstabilisierung, variable Federungs- und Dämpfungseigenschaften, Niveauregulierung und dergleichen erfüllt werden. Außerdem erreicht man erheblich reduzierte Losbrechmomente durch Entfall des Dämpfers.Due to the variety of functions essentially all requirements that are placed on an active suspension, such as roll stabilization, variable suspension and damping properties, level control and the like can be met. In addition, significantly reduced breakaway torque is achieved by eliminating the damper.

Anhand der Figuren wird anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:Reference to the figures, the invention will be explained in more detail with reference to embodiments. It shows:

1 in Form eines schematischen Blockschaltbildes den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 in the form of a schematic block diagram, the basic structure of a device according to the invention;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel; und 2 a first embodiment; and

3 ein zweites Ausführungsbeispiel. 3 a second embodiment.

Zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades gegenüber einem Fahrzeugaufbau 1 besitzen die dargestellten Ausführungsbeispiele eine lasttragende Feder 2, die an einer oberen Stützstelle 3 über einen rotatorischen Elektroantrieb 7 am Fahrzeugaufbau abgestützt ist. Ferner ist die lasttragende Feder 2 an einer unteren Stützstelle 4 an einem Radträger 5 abgestützt. Parallel zur Feder 2 wirkt ein elektrischer Linearantrieb 6. Dieser kann beispielsweise in Form eines elektromagnetischen Aktuators vorliegen.For active suspension of a motor vehicle wheel relative to a vehicle body 1 The illustrated embodiments have a load-bearing spring 2 at an upper support point 3 via a rotary electric drive 7 is supported on the vehicle body. Further, the load-bearing spring 2 at a lower support point 4 on a wheel carrier 5 supported. Parallel to the spring 2 acts an electric linear drive 6 , This can be present for example in the form of an electromagnetic actuator.

Die obere Stützstelle 3 ist gegenüber dem Fahrzeugaufbau 1 mittels des rotatorischen Elektroantriebs 7 verstellbar. Hierzu ist die obere Stützstelle 3, bezüglich des Fahrzeugaufbaus 1 in einer Führung 8, linear entlang eines Verstellweges V geführt. Der rotatorische Elektroantrieb 7 besitzt Statorpole 14, welche in einem Gehäuse 17 das starr mit dem Fahrzeugaufbau 1 verbunden ist, ortsfest angeordnet sind. Unter Belassung eines Spaltes liegen den auf einem Kreisring angeordneten Statorpolen 14 Rotorpole 15 eines Rotors 9 gegenüber. Bei Aktivierung des rotatorischen Elektroantriebs 7 wird die Drehbewegung des Rotors 9 in eine axiale Bewegung, mittels eines Gewinde- oder Spiraltriebs umgewandelt. Beim Ausführungsbeispiel der 2 ist hierzu eine Kugelumlaufspindel 10 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel der 3 ist hierzu ein Trapezgewindetrieb 11 vorgesehen. Um die obere Stützstelle 3 in der jeweils eingestellten Position fixieren zu können, ist eine bevorzugt elektromagnetisch betätigbare Bremse 12 beim Ausführungsbeispiel der 2 vorgesehen. Die Bremse 12 wirkt auf den Rotor 9. Beim Ausführungsbeispiel der 3 wird durch Selbsthemmung des Trapezgewindetriebs 11 der Rotor und damit die obere Stützstelle 3 in der jeweiligen vertikalen Position festgehalten. Hierdurch ist bei den beiden Ausführungsbeispielen eine Niveauregulierung und Wankstabilisierung über den Gewinde- bzw. Spiraltrieb möglich. Um eine einwandfreie Linearführung der oberen Stützstelle 3 zu erreichen ist eine Verdrehsicherung 16 vorgesehen. Diese kann an einem Fortsatz des starr mit dem Fahrzeugaufbau 1 verbundenen Gehäuse 17 vorgesehen sein.The upper support point 3 is opposite the vehicle body 1 by means of the rotary electric drive 7 adjustable. For this purpose, the upper support point 3 , concerning the vehicle construction 1 in a guided tour 8th , Linear guided along an adjustment path V. The rotary electric drive 7 has stator poles 14 which in a housing 17 the rigid with the vehicle body 1 is connected, are arranged stationary. Leaving a gap are arranged on a circular ring stator poles 14 rotor poles 15 a rotor 9 across from. When activating the rotary electric drive 7 is the rotational movement of the rotor 9 in an axial movement, converted by means of a threaded or spiral drive. In the embodiment of 2 For this purpose, a ball screw 10 intended. In the embodiment of 3 this is a trapezoidal screw drive 11 intended. Around the upper support point 3 be able to fix in the respective set position, is a preferably electromagnetically actuated brake 12 in the embodiment of 2 intended. The brake 12 acts on the rotor 9 , In the embodiment of 3 is achieved by self-locking the trapezoidal screw drive 11 the rotor and thus the upper support point 3 held in the respective vertical position. As a result, a level control and roll stabilization via the threaded or spiral drive is possible in the two embodiments. To a perfect linear guide of the upper support point 3 to achieve an anti-rotation 16 intended. This can be attached to an extension of the rigid with the vehicle body 1 connected housing 17 be provided.

Während der rotatorische Elektroantrieb 7 als Federfußpunktverstellung für niederfrequente Bewegungen dient, wirkt der elektrische Linearantrieb 6, beispielsweise in Form eines elektromagnetischen Akuators über seine Funktion als Dämpfer hinaus als aktives Stellglied für schnelle Radbewegungen, die auf den Radträger 5 an der unteren Stützstelle 4 übertragen werden. Hierbei stützt sich der elektrische Linearantrieb über ein Stützelement 13 an der oberen Stützstelle 3 ab. Beim Ausführungsbeispiel der 2 ist das Stützelement 13 über die Stützstelle 3 (Federfußpunkt) starr mit einem Eingriffs-teil 18 verbunden, das Bestandteil der Kugelumlaufspindel 10 ist und in welches die Kugeln der Kugelumlaufspindel 10 eingreifen. Auf das Eingriffsteil 18 wird die Rotationsbewegung des Rotors 3 als Linearbewegung mit verdrehsicherer Führung durch die Verdrehsicherung 16 übertragen. Beim Ausführungsbeispiel der 3 ist das Stützelement 13 einstückig ausgebildet mit dem linear verschiebbaren Teil des Trapezgewindetriebs 11. In dieses greift das vom Rotor 9 gedrehte Gegenstück des Trapezgewindetriebs 11 ein. Die lineare Verschiebung des Stützelements 13 wird durch die Verdrehsicherung 16 gewährleistet.During the rotary electric drive 7 serves as Federfußpunktverstellung for low-frequency movements, the electric linear drive acts 6 For example, in the form of an electromagnetic actuator beyond its function as a damper as an active actuator for fast wheel movements on the wheel 5 at the lower support point 4 be transmitted. Here, the electric linear drive is supported by a support element 13 at the upper support point 3 from. In the embodiment of 2 is the support element 13 over the support point 3 (Spring base) rigid with an engaging part 18 connected, the component of the ball screw 10 and into which the balls of the ball screw 10 intervention. On the engaging part 18 becomes the rotational movement of the rotor 3 as a linear movement with anti-twist guidance by the rotation 16 transfer. In the embodiment of 3 is the support element 13 integrally formed with the linearly displaceable part of the trapezoidal screw drive 11 , This is what the rotor uses 9 turned counterpart of the trapezoidal screw drive 11 one. The linear displacement of the support element 13 is due to the rotation 16 guaranteed.

Durch diese Anordnung ist eine hohe Reaktionsfähigkeit aufgrund der Funktion des elektrischen Linearantriebs 6 bei den Ausführungsbeispielen gewährleistet. Statische Kräfte, welche aufgrund von Eigenbewegungen des Fahrzeugaufbaus 1 herrühren, werden über die Bestandteile des rotatorischen Elektroantriebs 7 in die Feder 2 eingeleitet.By this arrangement is a high responsiveness due to the function of the electric linear drive 6 guaranteed in the embodiments. Static forces, which due to proper movements of the vehicle body 1 derive from the components of the rotary electric drive 7 in the spring 2 initiated.

Claims (11)

Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau mit einer lasttragenden Feder (2), die an einer oberen Stützstelle am Fahrzeugaufbau (1) und einer unteren Stützstelle an einem Radträger (5) abgestützt ist, sowie mit einem parallel zur Feder (2) wirkenden elektrischen Linearantrieb (6), dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stützstelle (3) der als Schraubenfeder ausgebildeten lasttragenden Feder (2) mittels eines rotatorischen Elektroantriebs (7) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verstellbar an diesem abgestützt ist und dieser rotatorische Elektroantrieb (7) zur Niveauregulierung und Wankstabilisierung des Fahrzeugsaufbaus angesteuert wird, während der eine Dämpfungsfunktion wahrnehmende elektrische Linearantrieb (6) bei höherfrequenten Hubbewegungen des Radträgers (5) aktiviert wird.Device for the active suspension of a motor vehicle wheel on a vehicle body with a load-bearing spring ( 2 ) at an upper support point on the vehicle body ( 1 ) and a lower support point on a wheel carrier ( 5 ) is supported, and with a parallel to the spring ( 2 ) acting electric linear drive ( 6 ), characterized in that the upper support point ( 3 ) designed as a helical spring load-bearing spring ( 2 ) by means of a rotary electric drive ( 7 ) relative to the vehicle body ( 1 ) is supported on this adjustable and this rotary electric drive ( 7 ) is controlled for level control and roll stabilization of the vehicle body, while the damping function perceived electric linear drive ( 6 ) at higher frequency strokes of the wheel carrier ( 5 ) is activated. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stützstelle (3) in ihrer jeweiligen Position durch eine am Rotor (9) des rotatorischen Elektroantriebs (7) wirkende Haltekraft am Fahrzeugaufbau (1) fixiert ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the upper support point ( 3 ) in their respective position by one on the rotor ( 9 ) of the rotary electric drive ( 7 ) acting holding force on the vehicle body ( 1 ) is fixed. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft durch eine am Rotor (9) wirkende Bremse (12) aufgebracht wird.Apparatus according to claim 2, characterized in that the holding force by a on the rotor ( 9 ) acting brake ( 12 ) is applied. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft durch die Selbsthemmung des Gewindetriebs (11) aufgebracht wird.Apparatus according to claim 2, characterized in that the holding force by the self-locking of the screw drive ( 11 ) is applied. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rotatorische Elektroantrieb (7) einen fest mit der oberen Stützstelle (3) verbundenen Gewinde- oder Spiraltrieb (10; 11) antreibt. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary electric drive ( 7 ) one fixed to the upper support point ( 3 ) connected thread or spiral drive ( 10 ; 11 ) drives. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stützstelle (3) bezüglich des Fahrzeugaufbaus (1) linear geführt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the upper support point ( 3 ) with regard to the vehicle body ( 1 ) is linearly guided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewinde- oder Spiraltrieb (10; 11) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verdrehsicher geführt ist.Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the threaded or spiral drive ( 10 ; 11 ) relative to the vehicle body ( 1 ) is guided against rotation. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Linearantrieb (6) auf den Radträger (5) wirkt und mit einem Stützteil (13) an der oberen Stützstelle (3) abgestützt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electric linear drive ( 6 ) on the wheel carrier ( 5 ) and with a support part ( 13 ) at the upper support point ( 3 ) is supported. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Linearantrieb (6) und der rotatorische Elektroantrieb (7) eine Baueinheit bildenDevice according to one of the preceding claims, characterized in that the electric linear drive ( 6 ) and the rotary electric drive ( 7 ) form a structural unit Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Radbewegung mit Hilfe des elektrischen Linearmotors (6) in Abhängigkeit von einer Preview-Sensorik erfolgt.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the control of the wheel movement by means of the electric linear motor ( 6 ) takes place as a function of a preview sensor. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Radbewegungen an der Hinterachse des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den Radbewegungen an der Vorderachse des Fahrzeugs gesteuert werden.Apparatus according to claim 10, characterized in that the wheel movements are controlled at the rear axle of the vehicle in response to the wheel movements on the front axle of the vehicle.
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