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WO2012010355A1 - Energy recovery from a vehicle suspension - Google Patents

Energy recovery from a vehicle suspension Download PDF

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Publication number
WO2012010355A1
WO2012010355A1 PCT/EP2011/058735 EP2011058735W WO2012010355A1 WO 2012010355 A1 WO2012010355 A1 WO 2012010355A1 EP 2011058735 W EP2011058735 W EP 2011058735W WO 2012010355 A1 WO2012010355 A1 WO 2012010355A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
generator
wheel
suspension
damping
energy
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/058735
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard Knecht
Sven Urlaub
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP11722063.2A priority Critical patent/EP2595822A1/en
Priority to CN201180035615.2A priority patent/CN103003076B/en
Publication of WO2012010355A1 publication Critical patent/WO2012010355A1/en

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    • B60G13/14—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers having dampers accumulating utilisable energy, e.g. compressing air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/0152—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the action on a particular type of suspension unit
    • B60G17/0157—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the action on a particular type of suspension unit non-fluid unit, e.g. electric motor
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    • B60G2600/22—Magnetic elements
    • B60G2600/26—Electromagnets; Solenoids

Definitions

  • the present invention relates to suspensions for vehicles, in particular the recovery of energy from a vehicle movement via the suspension.
  • a classic mechanical spring damper system Today's chassis dynamics are controlled by means of a classic mechanical spring damper system.
  • a suspension comprises a spring element (coil spring, torsion bar or torsion spring and the like) and a damping element which acts hydraulically or pneumatically.
  • the energy that is introduced into the suspension by the profile of the route on which the motor vehicle drives is taken up by this damping system and converted into compression energy or heat.
  • the damping of the suspension system of the vehicle within a certain range or be variably adjustable in order to achieve optimum roadholding of the vehicle, especially when cornering.
  • a wheel suspension system for a wheel of a motor vehicle includes:
  • a suspension for resiliently supporting the wheel via the suspension in a direction transverse to an axial direction of the wheel
  • control unit configured to control an amount of energy removed from the generator so that the generator provides a desired damping constant.
  • An idea of the present invention is to provide a suspension system in which both electrical energy can be obtained from the vibration energy of the vehicle and optimum damping can be variably set.
  • the above wheel suspension system allows the use of energy typically converted in the motor vehicle by the damping into heat. Instead of converting the vibration energy taken from the suspension system by damping into heat, it is provided in the above wheel suspension system to convert the energy into electrical energy.
  • the use of these additional energy reserves, in particular for electric vehicles promises a considerable improvement in range or makes it possible to reduce the required storage capacities through parallel energy recuperation during operation.
  • the energy from the vibration of the vehicle can be generated in addition to the classic brake energy recovery.
  • the intelligent removal of the electrical energy from the generator of the suspension system allows a targeted variable adjustment of the damping, so that both the goal of energy recovery and the goal of adjusting the vehicle dynamics and dynamics of the suspension system can be implemented together.
  • the generator may comprise a permanent magnet and at least one generator coil which at least partially surrounds the permanent magnet.
  • the generator may include an excitation coil for providing a field magnetic field and at least one generator coil coupled to each other so as to provide an amount of electrical energy depending on the field magnet field and relative movement of the field coil and the at least one generator coil, wherein the controller is further configured. to adjust an excitation current through the exciter coil to adjust the attenuation of the generator.
  • a rectifier circuit may be provided to rectify the electrical voltage provided by the generator.
  • the control unit can control the rectifier circuit in accordance with a pulse width modulation in order to set the amount of energy to be taken from the generator as a function of a selected duty cycle of the pulse width modulation.
  • a DC / DC converter can be provided to supply the DC voltage provided by the rectifier to a predetermined DC voltage convert, in particular for charging an energy store.
  • the control unit can control the DC / DC converter to adjust the amount of energy to be taken from the generator.
  • a damping device in particular a pneumatic or hydraulic damping cylinder, may be connected to the suspension in order to provide a constant damping, whereby an overall damping of the suspension system results from the damping of the damping device and the damping of the generator.
  • a wheel suspension system for a wheel of a motor vehicle comprising:
  • a suspension for resiliently supporting the wheel via the suspension in a direction transverse to an axial direction of the wheel
  • a generator that converts a kinetic energy of deflections of the suspension as a generator into electrical energy.
  • the method includes controlling an amount of energy removed from the generator such that the generator provides a desired damping constant.
  • the generator of the suspension system may include an excitation coil for providing a field magnetic field and at least one generator coil coupled together so as to provide an amount of electrical energy depending on the field magnet field and relative movement of the field coil and the at least one generator coil, with an excitation current the excitation coil is adjusted to adjust the attenuation of the generator.
  • Figure 1 is a schematic representation of a suspension system for a wheel of a motor vehicle according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of another embodiment of a suspension system for a wheel of a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a wheel suspension system 1 for a wheel 2 of a motor vehicle (not shown).
  • the suspension system 1 has the task of holding the wheel 2.
  • the suspension systems 1 each have a damping device 4, which absorb this energy and dissipate it via the body or convert it into heat.
  • the damping device 4 is usually designed as a pneumatic or hydraulic damping cylinder 41.
  • the arranged on a wheel 2 suspension system 1 has in the embodiment shown a suspension 3, a suspension 6 and the damping device 4.
  • the suspension 3 is shown schematically as arranged perpendicular or transversely to the axial direction of the wheel 2 cross connection.
  • the damping cylinder 41 dampens the vibration applied by the wheel 2 to the suspension 3 according to a predetermined damping constant.
  • the damping constant is usually applied firmly in the damping cylinder 41.
  • a generator 5 is arranged.
  • the generator 5 comprises a permanent magnet 51 which is connected to the suspension 3 is coupled so that the permanent magnet 51 is moved in a direction F in a swing, which leads to a movement of the wheel 2 and the suspension 3 relative to the body of the vehicle, in a translational movement.
  • the permanent magnet 51 forms a shaft around which two generator coils 52 are wound.
  • the generator coils 52 are wound in opposite directions about the shaft.
  • the generator coils 52 are separately connected to a rectifier 7 which receives and rectifies the voltage induced in the generator coils 52.
  • the rectified voltages are optionally added and a resulting DC voltage is provided at the output of the rectifier 7.
  • the resulting DC voltage can be used to charge an energy store 8 for storing electrical energy.
  • the energy storage device 8 may be designed, for example, as a rechargeable battery, as a supercapacity and as a flywheel for charging with mechanical energy and the like.
  • the rectifier 7 may be coupled to a control unit 9, which performs a management of the energy extracted from the generator 5. Since an additional energy removal from the suspension system 1 takes place in the case of energy generation via the generator 5, the damping of the suspension system 1 is thereby changed. Depending on the speed of the deflection of the wheel 2, different voltages or charges are generated in the generator 5 or in its generator coils 52, which correspond to different amounts of energy provided by the generator coils 52. These amounts of energy can be taken from the generator coils as a generator current. Depending on the amount of energy removed, a force counteracting the deflection sets in, acting as a damping force.
  • the control unit 9 serves to control the rectifier 7 in such a way that the quantity of electrical energy removed from the generator 5 is within a certain energy range or corresponds to a specific amount of energy and thus to a specific attenuation.
  • the amount of energy removed is determined by which attenuation provided by the generator 5 is to be added to the attenuation provided by the damping device 4.
  • the damping constant of the damping element 4 is therefore chosen so that the sum of the damping constants of the damping device 4 and a mean damping constant of the generator 5 at a slight vibration occurrence corresponds to a damping sufficient for a stable vehicle position and optimum cornering of the vehicle.
  • the maximum power reduction by the rectifier 6 results from the maximum allowable damping of the suspension system 1, ie from the damping resulting from the damping device 4 and the generator 5 with the strongest possible excitation. If due to the driving behavior, the vehicle situation or the like, a different behavior of the suspension system 1 may be required, the amount of energy removed can be adjusted to the required attenuation.
  • a possible control of the rectifier 7 by the control unit 9 can be done for example by means of a clocked operation in which the rectifier 7 is switched on and off according to a pulse width modulation with a certain duty cycle, so that the proportion of the amount of energy generated in the rectifier 7 transmitted is controlled by the control unit 9 by specifying a duty cycle.
  • the control unit 8 according to the period of a cycle of the pulse width modulation determine an average amount of energy absorbed and adjust the duty cycle accordingly so that the amount of energy transmitted to the rectifier 7 corresponds to an amount of energy in the generator 5 to a certain additional damping constant or to an additional Damping constant within the required damping range leads.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the suspension system 1.
  • the wheel 2 is coupled to a wheel suspension system 1.
  • the suspension system 1 comprises a combined damping and
  • Generator element 12 which essentially replaces the damping device 4 and the generator 5 of the embodiment of FIG.
  • the damping and generator element 12 has an excitation coil 13 which is fixedly mounted and which replaces the permanent magnet 51 of the embodiment of FIG. As in the above embodiment, the exciting coil 13 surrounded by two wound with mutually opposite winding sense generator coils 14 which are connected to a rectifier 7. As before, the rectifier 7 converts the variable amplitude AC voltage taken from the generator coils 14 into a DC voltage.
  • an exciting current element 10 is provided to provide an exciting current for the exciting coil 13, so that an exciting magnetic field is generated.
  • the energy for the provision of the excitation current can be tapped on the output side of the rectifier 7 or from another source of energy, such as. the energy storage 8 are provided.
  • the excitation current element 10 and the rectifier 7 can be controlled by the control unit 9 so that an excitation current is impressed by the excitation coil 13 and an amount of energy is removed via the rectifier 7, so that with a relative movement between the wheel 2 and the Body of the vehicle damping is set, which corresponds to a desired damping of the suspension system 1.
  • control unit 8 a rectifier 7 downstream DC / DC converter 1 1 control to set a withdrawal of electrical energy through the rectifier 7 so that the combined damping and generator element 12 deprived amount of energy leads to a damping of the damping and generator element 12 in the predetermined damping range.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a wheel mounting system (1) for a wheel (2) of a motor vehicle, comprising: a mounting (3) for holding the wheel (2); a suspension (6) for holding the wheel resiliently via the mounting (3) in a direction transverse to an axial direction of the wheel (2); a generator (5), which converts kinetic energy from deflections of the suspension (3) into electrical energy in a regenerating manner; and a control unit (9), which is designed to control an amount of energy withdrawn from the generator (5) such that the generator (5) provides a desired damping constant.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Energierekuperation aus einer Fahrzeugfederung  Energy recuperation from a vehicle suspension
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft Federungen für Fahrzeuge, insbesondere die Rückgewinnung von Energie aus einer Fahrzeugbewegung über die Federung. The present invention relates to suspensions for vehicles, in particular the recovery of energy from a vehicle movement via the suspension.
Stand der Technik State of the art
Es ist wünschenswert, künftige Kraftfahrzeuge energieeffizienter zu konstruieren. Neben zahlreichen Maßnahmen, die Antriebssysteme effizienter zu gestalten und unter Umständen neuartige Antriebskonzepte basierend auf Elektromotoren zu realisieren, kann eine Erhöhung der Effizienz auch durch eine Rückgewinnung von Bewegungsenergie, beispielsweise beim Bremsen des Fahrzeugs, erfolgen. Auch die Idee, Energie aus der Schwingung einer Federung einer Radaufhängung zurückzugewinnen, ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise aus den Druckschriften RU 2193977 C2, FR 2801727 A1 und RU 2067196 C1 sind verschiedene Ansätze bekannt, die Schwingungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. It is desirable to construct future motor vehicles more energy efficient. In addition to numerous measures to make the drive systems more efficient and possibly to realize novel drive concepts based on electric motors, an increase in efficiency can also be achieved by a recovery of kinetic energy, for example, when braking the vehicle. The idea of recovering energy from the vibration of a suspension of a suspension is already known from the prior art. For example, from the publications RU 2193977 C2, FR 2801727 A1 and RU 2067196 C1 various approaches are known to convert the vibration energy into electrical energy.
Die heutige Fahrwerksdynamik wird mittels eines klassischen mechanischen Federdämpfersystems geregelt. Dabei umfasst eine solche Federung ein Federelement (Spiralfeder, Drehstab oder Torsionsfeder und dergleichen) und ein Dämpfungselement, das hydraulisch oder pneumatisch wirkt. Die Energie, die durch das Profil der Fahrstrecke, auf der das Kraftfahrzeug fährt, in die Federung eingeleitet wird, wird von diesem Dämpfungssystem aufgenommen und in Kompressionsenergie bzw. Wärme umgesetzt. Gleichzeitig sollte zum Erreichen einer bestimmten Fahrdynamik die Dämpfung des Aufhängungssystems des Fahrzeugs innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen bzw. variabel einstellbar sein, um eine optimale Straßenlage des Fahrzeugs, insbesondere bei Kurvenfahrten, zu erreichen. Today's chassis dynamics are controlled by means of a classic mechanical spring damper system. In this case, such a suspension comprises a spring element (coil spring, torsion bar or torsion spring and the like) and a damping element which acts hydraulically or pneumatically. The energy that is introduced into the suspension by the profile of the route on which the motor vehicle drives is taken up by this damping system and converted into compression energy or heat. At the same time should be to achieve a certain driving dynamics, the damping of the suspension system of the vehicle within a certain range or be variably adjustable in order to achieve optimum roadholding of the vehicle, especially when cornering.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Radaufhängung in einem Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, das ein variabel definierbares Dämpfungsverhalten aufweist und das in verbesserter Weise Energie aus der Schwingung des Fahrzeugs gewinnen kann. It is therefore an object of the present invention to provide a system for wheel suspension in a vehicle which has a variably definable damping behavior and which can gain energy from the vibration of the vehicle in an improved manner.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch das Radaufhängungssystem für ein Rad eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 sowie durch das Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. This object is achieved by the wheel suspension system for a wheel of a vehicle according to claim 1 and by the motor vehicle according to the independent claim.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Further advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Radaufhängungssystem für ein Rad eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das Radaufhängungssystem umfasst: According to a first aspect, a wheel suspension system for a wheel of a motor vehicle is provided. The suspension system includes:
- eine Aufhängung zum Halten des Rades;  a suspension for holding the wheel;
- eine Federung, um das Rad über die Aufhängung in einer Richtung quer zu einer Achsrichtung des Rades federnd zu halten;  a suspension for resiliently supporting the wheel via the suspension in a direction transverse to an axial direction of the wheel;
- einen Generator, der eine Bewegungsenergie von Auslenkungen der Aufhängung generatorisch in elektrische Energie wandelt,  a generator that converts a kinetic energy of deflections of the suspension as a generator into electrical energy,
- eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um eine dem Generator entnommene Energiemenge so zu steuern, dass der Generator eine gewünschte Dämpfungskonstante bereitstellt.  a control unit configured to control an amount of energy removed from the generator so that the generator provides a desired damping constant.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Radaufhängungssystem zur Verfügung zu stellen, bei dem sowohl elektrische Energie aus der Schwingungsenergie des Fahrzeugs gewonnen als auch eine optimale Dämpfung variabel eingestellt werden kann. Das obige Radaufhängungssystem ermöglicht die Nutzung der üblicherweise im Kraftfahrzeug durch die Dämpfung in Wärme umgewandelten Energie. Anstatt die dem Radaufhängungssystem durch Dämpfung entnommene Schwingungsenergie in Wärme umzuwandeln, ist bei obigem Radaufhängungssystem vorgesehen, die Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Insbesondere für Elek- trofahrzeuge stellt die Nutzung dieser zusätzlichen Energiereserven eine deutliche Reichweitenverbesserung in Aussicht bzw. ermöglicht die Reduktion der erforderlichen Speicherkapazitäten durch die parallele Energierekuperation während des Betriebs. Insbesondere kann die Energie aus der Schwingung des Fahrzeugs in Ergänzung zur klassischen Bremsenergierückgewinnung erzeugt werden. Weiterhin ermöglich die intelligente Entnahme der elektrischen Energie aus dem Generator des Radaufhängungssystems eine gezielte variable Einstellung der Dämpfung, so dass sowohl das Ziel der Rückgewinnung von Energie als auch das Ziel der Einstellung der Fahrdynamik und der Dynamik des Radaufhängungssystems gemeinsam umgesetzt werden können. An idea of the present invention is to provide a suspension system in which both electrical energy can be obtained from the vibration energy of the vehicle and optimum damping can be variably set. The above wheel suspension system allows the use of energy typically converted in the motor vehicle by the damping into heat. Instead of converting the vibration energy taken from the suspension system by damping into heat, it is provided in the above wheel suspension system to convert the energy into electrical energy. The use of these additional energy reserves, in particular for electric vehicles, promises a considerable improvement in range or makes it possible to reduce the required storage capacities through parallel energy recuperation during operation. In particular, the energy from the vibration of the vehicle can be generated in addition to the classic brake energy recovery. Furthermore, the intelligent removal of the electrical energy from the generator of the suspension system allows a targeted variable adjustment of the damping, so that both the goal of energy recovery and the goal of adjusting the vehicle dynamics and dynamics of the suspension system can be implemented together.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Generator einen Permanentmagneten und mindestens eine Generatorspule umfassen, die den Permanentmagneten zumindest teilweise umgibt. According to one embodiment, the generator may comprise a permanent magnet and at least one generator coil which at least partially surrounds the permanent magnet.
Der Generator kann eine Erregerspule zum Bereitstellen eines Erregermagnetfelds und mindestens eine Generatorspule umfassen, die miteinander gekoppelt sind, so dass abhängig von dem Erregermagnetfeld und einer relativen Bewegung der Erregerspule und der mindestens einen Generatorspule eine elektrische Energiemenge bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit weiterhin ausgebildet ist, einen Erregerstrom durch die Erregerspule einzustellen, um die Dämpfung des Generators einzustellen. The generator may include an excitation coil for providing a field magnetic field and at least one generator coil coupled to each other so as to provide an amount of electrical energy depending on the field magnet field and relative movement of the field coil and the at least one generator coil, wherein the controller is further configured. to adjust an excitation current through the exciter coil to adjust the attenuation of the generator.
Es kann eine Gleichrichterschaltung vorgesehen sein, um die von dem Generator bereitgestellte elektrische Spannung gleichzurichten. Die Steuereinheit kann die Gleichrichterschaltung gemäß einer Pulsweitenmodulation ansteuern, um abhängig von einem gewählten Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation die dem Generator zu entnehmende Energiemenge einzustellen. Weiterhin kann ein DC/DC-Wandler vorgesehen sein, um die von dem Gleichrichter bereitgestellte Gleichspannung in eine vorgegebene Gleichspannung zu wandeln, insbesondere zum Laden eines Energiespeichers. Die Steuereinheit kann den DC/DC-Wandler ansteuern, um die dem Generator zu entnehmende Energiemenge einzustellen. A rectifier circuit may be provided to rectify the electrical voltage provided by the generator. The control unit can control the rectifier circuit in accordance with a pulse width modulation in order to set the amount of energy to be taken from the generator as a function of a selected duty cycle of the pulse width modulation. Furthermore, a DC / DC converter can be provided to supply the DC voltage provided by the rectifier to a predetermined DC voltage convert, in particular for charging an energy store. The control unit can control the DC / DC converter to adjust the amount of energy to be taken from the generator.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Dämpfungsvorrichtung, insbesondere ein pneumatischer oder hydraulischer Dämpfungszylinder, mit der Aufhängung verbunden sein, um eine konstante Dämpfung bereitzustellen, wobei sich eine gesamte Dämpfung des Radaufhängungssystems aus der Dämpfung der Dämpfungsvorrichtung und der Dämpfung des Generators ergibt. According to one embodiment, a damping device, in particular a pneumatic or hydraulic damping cylinder, may be connected to the suspension in order to provide a constant damping, whereby an overall damping of the suspension system results from the damping of the damping device and the damping of the generator.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Radaufhängungssystems für ein Rad eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei das Radaufhängungssystem umfasst: In another aspect, there is provided a method of operating a wheel suspension system for a wheel of a motor vehicle, the wheel suspension system comprising:
- eine Aufhängung zum Halten eines Rades;  a suspension for holding a wheel;
- eine Federung, um das Rad über die Aufhängung in einer Richtung quer zu einer Achsrichtung des Rades federnd zu halten;  a suspension for resiliently supporting the wheel via the suspension in a direction transverse to an axial direction of the wheel;
- einen Generator, der eine Bewegungsenergie von Auslenkungen der Aufhängung generatorisch in elektrische Energie wandelt.  - A generator that converts a kinetic energy of deflections of the suspension as a generator into electrical energy.
Das Verfahren umfasst das Steuern einer dem Generator entnommenen Energiemenge, so dass der Generator eine gewünschte Dämpfungskonstante bereitstellt.  The method includes controlling an amount of energy removed from the generator such that the generator provides a desired damping constant.
Weiterhin kann der Generator des Radaufhängungssystems eine Erregerspule zum Bereitstellen eines Erregermagnetfelds und mindestens eine Generatorspule umfassen, die miteinander gekoppelt sind, so dass abhängig von dem Erregermagnetfeld und einer relativen Bewegung der Erregerspule und der mindestens einen Generatorspule eine elektrische Energiemenge bereitgestellt wird, wobei ein Erregerstrom durch die Erregerspule eingestellt wird, um die Dämpfung des Generators einzustellen. Furthermore, the generator of the suspension system may include an excitation coil for providing a field magnetic field and at least one generator coil coupled together so as to provide an amount of electrical energy depending on the field magnet field and relative movement of the field coil and the at least one generator coil, with an excitation current the excitation coil is adjusted to adjust the attenuation of the generator.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines Radaufhängungssystems für ein Rad eines Kraftfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform; und Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it: Figure 1 is a schematic representation of a suspension system for a wheel of a motor vehicle according to a first embodiment; and
Figur 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Radaufhängungssystems für ein Rad eines Kraftfahrzeugs. Figure 2 is a schematic representation of another embodiment of a suspension system for a wheel of a motor vehicle.
Beschreibung von Ausführungsformen Description of embodiments
In Figur 1 ist ein Radaufhängungssystem 1 für ein Rad 2 eines (nicht gezeigten) Kraftfahrzeugs dargestellt. Das Radaufhängungssystem 1 hat die Aufgabe, das Rad 2 zu halten. FIG. 1 shows a wheel suspension system 1 for a wheel 2 of a motor vehicle (not shown). The suspension system 1 has the task of holding the wheel 2.
Durch Fahrwegunebenheiten werden die Räder des Kraftfahrzeugs vertikal ausgelenkt. Damit diese Auslenkung nicht ungedämpft in den Fahrgastinnenraum übertragen wird, weisen die Radaufhängungssysteme 1 jeweils eine Dämpfungsvorrichtung 4 auf, die diese Energie aufnehmen und sie über die Karosserie abführen bzw. in Wärme umwandeln. Die Dämpfungsvorrichtung 4 ist in der Regel als ein pneumatischer oder hydraulischer Dämpfungszylinder 41 ausgeführt. By Fahrwegunbenheiten the wheels of the motor vehicle are deflected vertically. So that this deflection is not transmitted undamped into the passenger compartment, the suspension systems 1 each have a damping device 4, which absorb this energy and dissipate it via the body or convert it into heat. The damping device 4 is usually designed as a pneumatic or hydraulic damping cylinder 41.
Das an einem Rad 2 angeordnete Radaufhängungssystem 1 weist in der gezeigten Ausführungsform eine Aufhängung 3, eine Federung 6 und die Dämpfungsvorrichtung 4 auf. Die Aufhängung 3 ist schematisch als senkrecht oder quer zur Achsrichtung des Rades 2 angeordnete Querverbindung dargestellt. An der Aufhängung 3 sind der Dämpfungszylinder 41 und die Federung 6, die in Form einer Spiralfeder ausgebildet sein kann, angeordnet. The arranged on a wheel 2 suspension system 1 has in the embodiment shown a suspension 3, a suspension 6 and the damping device 4. The suspension 3 is shown schematically as arranged perpendicular or transversely to the axial direction of the wheel 2 cross connection. On the suspension 3 of the damping cylinder 41 and the suspension 6, which may be formed in the form of a coil spring arranged.
Durch die Federung 6 werden das Rad 2 und das Radaufhängungssystem 1 beim Fahren über eine Unebenheit in eine Schwingung versetzt. Der Dämpfungszylinder 41 dämpft die von dem Rad 2 auf die Aufhängung 3 aufgebrachte Schwingung gemäß einer vorgegebenen Dämpfungskonstante. Die Dämpfungskonstante ist in der Regel fest in dem Dämpfungszylinder 41 appliziert. By the suspension 6, the wheel 2 and the suspension system 1 are caused to vibrate when riding over a bump. The damping cylinder 41 dampens the vibration applied by the wheel 2 to the suspension 3 according to a predetermined damping constant. The damping constant is usually applied firmly in the damping cylinder 41.
Weiterhin ist in dem Radaufhängungssystem 1 ein Generator 5 angeordnet. Der Generator 5 umfasst einen Permanentmagneten 51 , der mit der Aufhängung 3 gekoppelt ist, so dass der Permanentmagnet 51 bei einer Schwingung, die zu einer Bewegung des Rads 2 bzw. der Aufhängung 3 relativ zur Karosserie des Fahrzeugs führt, in einer translatorischen Bewegung in Richtung F bewegt wird. Der Permanentmagnet 51 bildet einen Schaft, um den zwei Generatorspulen 52 gewickelt sind. Die Generatorspulen 52 sind gegenläufig um den Schaft gewickelt. Die Generatorspulen 52 sind separat mit einem Gleichrichter 7 verbunden, der die in die Generatorspulen 52 induzierte Spannung aufnimmt und gleichrichtet. Die gleichgerichteten Spannungen werden gegebenenfalls addiert und eine resultierende Gleichspannung wird am Ausgang des Gleichrichters 7 bereitgestellt. Furthermore, in the wheel suspension system 1, a generator 5 is arranged. The generator 5 comprises a permanent magnet 51 which is connected to the suspension 3 is coupled so that the permanent magnet 51 is moved in a direction F in a swing, which leads to a movement of the wheel 2 and the suspension 3 relative to the body of the vehicle, in a translational movement. The permanent magnet 51 forms a shaft around which two generator coils 52 are wound. The generator coils 52 are wound in opposite directions about the shaft. The generator coils 52 are separately connected to a rectifier 7 which receives and rectifies the voltage induced in the generator coils 52. The rectified voltages are optionally added and a resulting DC voltage is provided at the output of the rectifier 7.
Die resultierende Gleichspannung kann zum Aufladen eines Energiespeichers 8 zum Speichern von elektrischer Energie verwendet werden. Der Energiespei- eher 8 kann beispielsweise als aufladbare Batterie, als eine Superkapazität sowie als Schwungrad zum Aufladen mit mechanischer Energie und dergleichen ausgebildet sein. The resulting DC voltage can be used to charge an energy store 8 for storing electrical energy. The energy storage device 8 may be designed, for example, as a rechargeable battery, as a supercapacity and as a flywheel for charging with mechanical energy and the like.
Der Gleichrichter 7 kann mit einer Steuereinheit 9 gekoppelt sein, die ein Mana- gement der dem Generator 5 entzogenen Energie vornimmt. Da bei einer Energiegewinnung über den Generator 5 eine zusätzliche Energieentnahme aus dem Aufhängungssystem 1 erfolgt, wird dadurch die Dämpfung des Aufhängungssystems 1 verändert. Je nach Geschwindigkeit der Auslenkung des Rads 2 werden in dem Generator 5 bzw. in dessen Generatorspulen 52 unterschiedliche Span- nungen bzw. Ladungen erzeugt, die unterschiedlichen durch die Generatorspulen 52 bereitgestellten Energiemengen entsprechen. Diese Energiemengen können den Generatorspulen jeweils als Generatorstrom entnommen werden. Abhängig von der entnommenen Energiemenge stellt sich eine der Auslenkung entgegenwirkende Kraft ein, die als Dämpfungskraft wirkt. The rectifier 7 may be coupled to a control unit 9, which performs a management of the energy extracted from the generator 5. Since an additional energy removal from the suspension system 1 takes place in the case of energy generation via the generator 5, the damping of the suspension system 1 is thereby changed. Depending on the speed of the deflection of the wheel 2, different voltages or charges are generated in the generator 5 or in its generator coils 52, which correspond to different amounts of energy provided by the generator coils 52. These amounts of energy can be taken from the generator coils as a generator current. Depending on the amount of energy removed, a force counteracting the deflection sets in, acting as a damping force.
Die Steuereinheit 9 dient dazu, den Gleichrichter 7 so anzusteuern, dass die dem Generator 5 abgenommene elektrische Energiemenge innerhalb eines bestimmten Energiebereichs liegt bzw. einer bestimmten Energiemenge und somit einer bestimmten Dämpfung entspricht. Die Menge der entnommenen Energie ergibt sich daraus, welche durch den Generator 5 bereitgestellte Dämpfung der durch die Dämpfungsvorrichtung 4 bereitgestellten Dämpfung hinzugefügt werden soll. Die Dämpfungskonstante des Dämpfungselements 4 ist daher so gewählt, dass die Summe der Dämpfungskonstanten der Dämpfungsvorrichtung 4 und einer mittleren Dämpfungskonstante des Generators 5 bei Auftreten einer leichten Schwingung einer Dämpfung entspricht, die für eine stabile Fahrzeuglage und eine optimale Kurvenfahrt des Fahrzeugs ausreicht. Die maximale Energieabnahme durch den Gleichrichter 6 ergibt sich aus der maximal zulässigen Dämpfung des Radaufhängungssystems 1 , d.h. aus der Dämpfung, die sich aus der Dämpfungsvorrichtung 4 und dem Generator 5 bei einer Stärkstmöglichen Anre- gung ergibt. Sollte aufgrund des Fahrverhaltens, der Fahrzeugsituation oder dergleichen ein anderes Verhalten des Radaufhängungssystems 1 erforderlich sein, so kann die entnommene Energiemenge an die geforderte Dämpfung angepasst werden. The control unit 9 serves to control the rectifier 7 in such a way that the quantity of electrical energy removed from the generator 5 is within a certain energy range or corresponds to a specific amount of energy and thus to a specific attenuation. The amount of energy removed is determined by which attenuation provided by the generator 5 is to be added to the attenuation provided by the damping device 4. The damping constant of the damping element 4 is therefore chosen so that the sum of the damping constants of the damping device 4 and a mean damping constant of the generator 5 at a slight vibration occurrence corresponds to a damping sufficient for a stable vehicle position and optimum cornering of the vehicle. The maximum power reduction by the rectifier 6 results from the maximum allowable damping of the suspension system 1, ie from the damping resulting from the damping device 4 and the generator 5 with the strongest possible excitation. If due to the driving behavior, the vehicle situation or the like, a different behavior of the suspension system 1 may be required, the amount of energy removed can be adjusted to the required attenuation.
Eine mögliche Ansteuerung des Gleichrichters 7 durch die Steuereinheit 9 kann beispielsweise mithilfe eines getakteten Betriebs erfolgen, bei dem der Gleichrichter 7 gemäß einer Pulweitenmodulation mit einem bestimmten Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet wird, so dass der Anteil der erzeugten Energiemenge, die in den Gleichrichter 7 übertragen wird, durch die Steuereinheit 9 durch Vorgabe eines Tastverhältnisses gesteuert werden kann. Dazu kann die Steuereinheit 8 entsprechend der Periodendauer eines Zyklus der Pulweitenmodulation eine mittlere aufgenommene Energiemenge bestimmen und das Tastverhältnis entsprechend so anpassen, dass die in den Gleichrichter 7 übertragene Energiemenge einer Energiemenge entspricht, die in dem Generator 5 zu einer bestimmten zusätzlichen Dämpfungskonstante oder zu einer zusätzlichen Dämpfungskonstante innerhalb des geforderten Dämpfungsbereichs führt. A possible control of the rectifier 7 by the control unit 9 can be done for example by means of a clocked operation in which the rectifier 7 is switched on and off according to a pulse width modulation with a certain duty cycle, so that the proportion of the amount of energy generated in the rectifier 7 transmitted is controlled by the control unit 9 by specifying a duty cycle. For this purpose, the control unit 8 according to the period of a cycle of the pulse width modulation determine an average amount of energy absorbed and adjust the duty cycle accordingly so that the amount of energy transmitted to the rectifier 7 corresponds to an amount of energy in the generator 5 to a certain additional damping constant or to an additional Damping constant within the required damping range leads.
In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform des Aufhängungssystems 1 dargestellt. Wie in Figur 1 ist das Rad 2 mit einem Radaufhängungssystem 1 gekop- pelt. Das Radaufhängungssystem 1 umfasst ein kombiniertes Dämpfungs- undFIG. 2 shows a further embodiment of the suspension system 1. As in FIG. 1, the wheel 2 is coupled to a wheel suspension system 1. The suspension system 1 comprises a combined damping and
Generatorelement 12, das im Wesentlichen die Dämpfungsvorrichtung 4 und den Generator 5 der Ausführungsform der Fig. 1 ersetzt. Generator element 12, which essentially replaces the damping device 4 and the generator 5 of the embodiment of FIG.
Das Dämpfungs- und Generatorelement 12 weist eine Erregerspule 13 auf, die ortsfest montiert ist und die den Permanentmagneten 51 der Ausführungsform der Fig. 1 ersetzt. Wie in der obigen Ausführungsform wird die Erregerspule 13 von zwei mit zueinander entgegengesetztem Wicklungssinn gewickelten Generatorspulen 14 umgeben, die mit einem Gleichrichter 7 verbunden sind. Der Gleichrichter 7 wandelt wie zuvor die von den Generatorspulen 14 entnommene Wechselspannung variabler Amplitude in eine Gleichspannung um. The damping and generator element 12 has an excitation coil 13 which is fixedly mounted and which replaces the permanent magnet 51 of the embodiment of FIG. As in the above embodiment, the exciting coil 13 surrounded by two wound with mutually opposite winding sense generator coils 14 which are connected to a rectifier 7. As before, the rectifier 7 converts the variable amplitude AC voltage taken from the generator coils 14 into a DC voltage.
Weiterhin ist ein Erregerstromelement 10 vorgesehen, um einen Erregerstrom für die Erregerspule 13 bereitzustellen, so dass ein Erregermagnetfeld erzeugt wird. Die Energie für die Bereitstellung des Erregerstroms kann ausgangsseitig des Gleichrichters 7 abgegriffen werden oder von einer sonstigen Energiequelle, wie z.B. dem Energiespeicher 8 bereitgestellt werden. Further, an exciting current element 10 is provided to provide an exciting current for the exciting coil 13, so that an exciting magnetic field is generated. The energy for the provision of the excitation current can be tapped on the output side of the rectifier 7 or from another source of energy, such as. the energy storage 8 are provided.
Gemäß einer Ausführungsform können das Erregerstromelement 10 und der Gleichrichter 7 durch die Steuereinheit 9 so gesteuert werden, dass ein Erregerstrom durch die Erregerspule 13 eingeprägt wird und eine Energiemenge über den Gleichrichter 7 entnommen wird, so dass bei einer relativen Bewegung zwischen dem Rad 2 und der Karosserie des Fahrzeugs eine Dämpfung eingestellt wird, die einer gewünschten Dämpfung des Radaufhängungssystems 1 entspricht. According to one embodiment, the excitation current element 10 and the rectifier 7 can be controlled by the control unit 9 so that an excitation current is impressed by the excitation coil 13 and an amount of energy is removed via the rectifier 7, so that with a relative movement between the wheel 2 and the Body of the vehicle damping is set, which corresponds to a desired damping of the suspension system 1.
Alternativ oder zusätzlich zur Steuerung des Gleichrichters 7 mithilfe einer Pulsweitenmodulation kann die Steuereinheit 8 einen dem Gleichrichter 7 nachgeschalteten DC/DC-Wandler 1 1 ansteuern, um eine Entnahme von elektrischer Energie über den Gleichrichter 7 so einzustellen, dass die dem kombinierten Dämpfungs- und Generatorelement 12 entzogene Energiemenge zu einer Dämpfung des Dämpfungs- und Generatorelements 12 in dem vorgegebenen Dämpfungsbereich führt. Alternatively, or in addition to the control of the rectifier 7 by means of a pulse width modulation, the control unit 8 a rectifier 7 downstream DC / DC converter 1 1 control to set a withdrawal of electrical energy through the rectifier 7 so that the combined damping and generator element 12 deprived amount of energy leads to a damping of the damping and generator element 12 in the predetermined damping range.

Claims

Ansprüche claims
1 . Radaufhängungssystem (1 ) für ein Rad (2) eines Kraftfahrzeugs, umfassend: 1 . A wheel suspension system (1) for a wheel (2) of a motor vehicle, comprising:
- eine Aufhängung (3) zum Halten des Rades (2);  - a suspension (3) for holding the wheel (2);
- eine Federung (6), um das Rad über die Aufhängung (3) in einer Richtung quer zu einer Achsrichtung des Rades (2) federnd zu halten;  a suspension (6) for resiliently supporting the wheel via the suspension (3) in a direction transverse to an axial direction of the wheel (2);
- einen Generator (5), der eine Bewegungsenergie von Auslenkungen der Aufhängung (3) generatorisch in elektrische Energie wandelt;  - A generator (5), which converts a kinetic energy of deflections of the suspension (3) as a generator into electrical energy;
- eine Steuereinheit (9), die ausgebildet ist, um eine dem Generator (5) entnommene Energiemenge so zu steuern, dass der Generator (5) eine gewünschte Dämpfungskonstante bereitstellt.  - A control unit (9) which is adapted to control an amount of energy taken from the generator (5) so that the generator (5) provides a desired damping constant.
2. Radaufhängungssystem (1 ) nach Anspruch 1 , wobei weiterhin eine Dämpfungsvorrichtung (4), insbesondere ein pneumatischer oder hydraulischer Dämpfungszylinder (41 ), mit der Aufhängung (3) verbunden ist, um eine konstante Dämpfung bereitzustellen, wobei sich eine gesamte Dämpfung des Radaufhängungssystems (1 ) aus der Dämpfung der Dämpfungsvorrichtung (4) und der Dämpfung des Generators (5) ergibt. 2. Suspension system (1) according to claim 1, further comprising a damping device (4), in particular a pneumatic or hydraulic damping cylinder (41), with the suspension (3) is connected to provide a constant damping, wherein a total damping of the suspension system (1) results from the damping of the damping device (4) and the damping of the generator (5).
3. Radaufhängungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Generator (5) einen Permanentmagneten (51 ) und mindestens eine Generatorspule (52) umfasst, die den Permanentmagneten (51 ) zumindest teilweise umgibt. 3. Suspension system (1) according to any one of claims 1 and 2, wherein the generator (5) comprises a permanent magnet (51) and at least one generator coil (52) which surrounds the permanent magnet (51) at least partially.
4. Radaufhängungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Generator (5) eine Erregerspule zum Bereitstellen eines Erregermagnetfelds und mindestens eine Generatorspule (52) umfasst, die miteinander gekoppelt sind, so dass abhängig von dem Erregermagnetfeld und einer relativen Bewegung der Erregerspule und der mindestens einen Generatorspule (52) eine elektrische Energiemenge bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit (9) weiterhin ausgebildet ist, einen Erregerstrom durch die Erregerspule einzustellen, um die Dämpfung des Generators (5) einzustellen. 4. A suspension system (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the generator (5) comprises an excitation coil for providing a field magnetic field and at least one generator coil (52) which are coupled together so that depending on the field magnetic field and a relative movement the exciter coil and the at least one generator coil (52) an amount of electrical energy is provided, wherein the control unit (9) is further configured to adjust an exciting current through the exciting coil to adjust the damping of the generator (5).
Radaufhängungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Gleichrichterschaltung (7) vorgesehen ist, um die von dem Generator (5) bereitgestellte elektrische Spannung gleichzurichten. A suspension system according to any one of claims 1 to 4, wherein a rectifier circuit (7) is provided to rectify the electrical voltage provided by the generator (5).
Radaufhängungssystem (1 ) nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (9) die Gleichrichterschaltung (7) gemäß einer Pulsweitenmodulation ansteuert, um abhängig von einem gewählten Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation die dem Generator (5) zu entnehmende Energiemenge einzustellen. Wheel suspension system (1) according to claim 5, wherein the control unit (9) controls the rectifier circuit (7) according to a pulse width modulation in order to adjust the amount of energy to be taken from the generator (5) depending on a selected duty cycle of the pulse width modulation.
Radaufhängungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei weiterhin ein DC/DC-Wandler vorgesehen ist, um die von dem Gleichrichter (5) bereitgestellte Gleichspannung in eine vorgegebene Gleichspannung zu wandeln, insbesondere zum Laden eines Energiespeichers (8). Wheel suspension system (1) according to one of claims 1 to 6, wherein further comprises a DC / DC converter is provided to convert the DC voltage provided by the rectifier (5) into a predetermined DC voltage, in particular for charging an energy store (8).
Radaufhängungssystem (1 ) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (9) den DC/DC-Wandler ansteuert, um die dem Generator (5) zu entnehmende Energiemenge einzustellen. A suspension system (1) according to claim 7, wherein the control unit (9) drives the DC / DC converter to adjust the amount of energy to be taken from the generator (5).
Verfahren zum Betreiben eines Radaufhängungssystems (1 ) für ein Rad (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Radaufhängungssystem (1 ) umfasst: Method for operating a wheel suspension system (1) for a wheel (2) of a motor vehicle, the wheel suspension system (1) comprising:
- eine Aufhängung (3) zum Halten des Rades (2);  - a suspension (3) for holding the wheel (2);
- eine Federung (6), um das Rad (2) über die Aufhängung (3) in einer Richtung quer zu einer Achsrichtung des Rades (2) federnd zu halten;  - a suspension (6) for resiliently supporting the wheel (2) via the suspension (3) in a direction transverse to an axial direction of the wheel (2);
- einen Generator (5), der eine Bewegungsenergie von Auslenkungen der Aufhängung (3) generatorisch in elektrische Energie wandelt;  - A generator (5), which converts a kinetic energy of deflections of the suspension (3) as a generator into electrical energy;
wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst:  the method comprising the following step:
- Steuern einer dem Generator (5) entnommenen Energiemenge, so dass der Generator (5) eine gewünschte Dämpfungskonstante bereitstellt.  Controlling an amount of energy taken from the generator (5) so that the generator (5) provides a desired damping constant.
0. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Generator (5) des Radaufhängungssystems (1 ) eine Erregerspule (13) zum Bereitstellen eines Erregermagnetfelds und mindestens eine Generatorspule (14) umfasst, die miteinander gekoppelt sind, so dass abhängig von dem Erregermagnetfeld und einer relativen Bewegung der Erregerspule (13) und der mindestens einen Generatorspule (52) eine elektrische Energiemenge bereitgestellt wird, wobei ein Erre- gerstrom durch die Erregerspule (13) eingestellt wird, um die Dämpfung des Generators (5) einzustellen. The method of claim 9, wherein the generator (5) of the suspension system (1) comprises an excitation coil (13) for providing a field magnetic field and at least one generator coil (14) coupled together such that depending on the field magnet field and relative Movement of the exciter coil (13) and the at least one generator coil (52) an amount of electrical energy is provided, with an Erre gerstrom by the excitation coil (13) is set to adjust the damping of the generator (5).
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