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DE102009057047A1 - Active damping system for dynamically adjusting system behavior of spring-damper system of wheel suspension of bicycle, has sensor detecting controlled variable and awakening control module and rechargeable battery - Google Patents

Active damping system for dynamically adjusting system behavior of spring-damper system of wheel suspension of bicycle, has sensor detecting controlled variable and awakening control module and rechargeable battery Download PDF

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DE102009057047A1
DE102009057047A1 DE102009057047A DE102009057047A DE102009057047A1 DE 102009057047 A1 DE102009057047 A1 DE 102009057047A1 DE 102009057047 A DE102009057047 A DE 102009057047A DE 102009057047 A DE102009057047 A DE 102009057047A DE 102009057047 A1 DE102009057047 A1 DE 102009057047A1
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damper
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rebound
spring
wheel suspension
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Christian Treichel
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Treichel Christian Dipl-Ing
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Treichel Christian Dipl-Ing
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Abstract

The system has a damping unit (1) arranged parallel to a spring element in wheel suspension of a wheel of a vehicle, and comprises electrical capacitors that are filled with fluids of high dielectric constant. A control module comprises a control algorithm and estimates track parameters. Kalman filter or a luenberger observer measures voltage at the damping unit. A control electronic unit (3) is wired on basis of the voltage and energy recovery. A sensor detects a controlled variable e.g. driver movement, and awakens the control module (2) and a rechargeable battery (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell Radaufhängungen, genauer gesagt Radaufhängungen mit einem verstellbaren Dämpfer.The present invention relates generally to suspension systems, more particularly to suspension systems with an adjustable damper.

Fahrzeuge mit Feder-Dämpfer Systemen sind seit langer Zeit in Gebrauch, um die Ziele Fahrsicherheit und Fahrkomfort zu ermöglichen. Bei diesen Feder-Dämpfer Systemen für Fahrzeuge werden seit geraumer Zeit Hydraulikstoßdämpfer verwendet. Bei diesen wird die Dämpfungskraft über Blenden und die Viskosität des Hydrauliköls eingestellt.Vehicles with spring-damper systems have been in use for a long time to achieve the objectives of driving safety and ride comfort. Hydraulic shock absorbers have been used for some time in these spring-damper systems for vehicles. In these, the damping force is adjusted via orifices and the viscosity of the hydraulic oil.

Aus der DE 102 40 568 A1 ist ein Stoßdämpfungssystem für Zweiräder bekannt, wobei das Stoßdämpfungssystem auf Basis elektrorheologischer und/oder magnetorheologischer Flüssigkeiten realisiert wird. Es wird meistens ein geschlossener Kolben verwendet, in dem die elektrorheologische Flüssigkeit durch einen kleinen Spalt gedrückt wird. Durch ein anliegendes elektrisches Feld wird die Dämpfungskraft gesteuert.From the DE 102 40 568 A1 is known a shock absorption system for two-wheelers, wherein the shock absorption system based on electrorheological and / or magnetorheological fluids is realized. It is usually used a closed piston in which the electrorheological fluid is pressed through a small gap. An applied electric field controls the damping force.

Ferner ist aus der DE 10 2006 006 482 A1 geregeltes aktives-passives Schwingungsabsorbtionsgerät mit Energierückgewinnung für Zweiräder bekannt. Hierbei dient eine Tauchspulenanordnung als Energierückgewinnungseinheit. Über den elektrorheologischen Dämpfer selbst kann keine mechanische Energie effektiv in elektrische Energie gewandelt und somit auch nicht zum Laden des Akkus genutzt werden. Die Energieausbeute aus der Tauchspulenanordnung entspricht nicht den Erfordernissen beim Betrieb beispielsweise an einem Mountainbike.Furthermore, from the DE 10 2006 006 482 A1 regulated active-passive vibration absorption device with energy recovery for two-wheelers known. Here, a plunger coil assembly serves as an energy recovery unit. By means of the electrorheological damper itself, no mechanical energy can be effectively converted into electrical energy and therefore not used to charge the battery. The energy yield from the Tauchspulenanordnung does not meet the requirements when operating, for example, on a mountain bike.

Ferner ist es mit elektrorheologischen Dämpfern nach heutigem Stand der Technik nicht möglich, Dämpferkräfte zu erzeugen, welche die Ein- oder Ausfederbewegung eines so gedämpften Rades beschleunigen. Die eingestellte Dämpfungskraft wirkt stets entgegen der Ein- oder Ausfederbewegung.Furthermore, it is not possible with electro-rheological dampers according to the current state of the art to produce damping forces which accelerate the compression or rebound movement of a damped wheel. The set damping force always counteracts the compression or rebound movement.

Ein weiteres Problem bei der heutigen Bauweise von elektrorheologischen Dämpfern ist eine meist vorhandene Grunddämpferkennlinie, auf welche die elektrorheologische Dämpkraft aufgeschaltet wird. Es wird für eine gewisse hydraulische Verstärkung benötigt, um höhere Stellkräfte ohne weiteren konstruktiven Aufwand zu erzielen. Durch die hydraulische Verstärkung wird eine Grunddämpferkonstante auch im spannungslosen Fall hervorgerufen. Um ein Fahrwerk optimal auszulegen, wird als Regelstrecke jedoch die instabile oder grenzstabile, sprich ungedämpfte Regelstrecke benötigt. Nur so kann komfortables Ansprechverhalten und optimales Regelverhalten erzielt werden. Um am Mountainbike eine optimale Feder-Dämpfer Charakteristik zu schaffen, wird eine Verstellbarkeit des Dämpfers je nach Fahrertypus und Fahrergewicht bis über 1500 N erforderlich. Zum optimalen Regeln ist eine Grunddämpferkonstante von nahezu 0 erforderlich. Dies ist nach heutigem Stand der Technik mit elektrorheologischen Dämpfern nicht ohne größeren konstruktiven Aufwand erzielbar. Hinzu kommt das bereits oben erwähnte Problem, dass solche Dämpfer selbst keine mechanische in elektrische Energie wandeln können.Another problem with today's design of electrorheological dampers is a mostly existing basic damper characteristic, to which the electrorheological damping force is applied. It is needed for a certain hydraulic gain to achieve higher actuating forces without further design effort. Due to the hydraulic reinforcement, a basic damper constant is also produced in the de-energized case. In order to optimally design a chassis, however, the unstable or boundary-stable, ie undamped, controlled system is required as the controlled system. Only in this way can comfortable response and optimal control behavior be achieved. To create an optimal spring-damper characteristic on the mountain bike, an adjustment of the damper depending on the driver type and the driver's weight up to 1500 N is required. For optimal control, a basic damper constant of almost 0 is required. This is not possible without major design effort according to the current state of the art with electrorheological dampers. In addition, there is the already mentioned above problem that such dampers can not convert even mechanical into electrical energy.

Die vorliegende Erfindung macht es sich nun zur Aufgabe, ein neues Dämpferkonzept einzuführen, welches einen optimalen Verstellbereich bietet und mechanische Energie in elektrische Energie wandeln kann und sich so idealerweise selbst mit der benötigen Energie versorgt ohne eine zusätzlich zum eigentlichen Dämpfer erforderliche Energierückgewinnungseinheit wie z. B. eine Tauchspule wie in DE 10 2006 006 482 A1 ausgeführt zu benötigen. Ferner ist die Erfindung in der Lage, positive wie negative Dämpferkräfte zu erzeugen, was bedeutet, dass ein eingefedertes Rad schneller wieder ausfedern kann als im ungedämpften Fall, wodurch die Bodenhaftung enorm gesteigert werden kann. Damit wird es möglich, auch größere ungefederte Massen dem Bodenverlauf folgen zu lassen und so eine verbesserte Traktion beim Beschleunigen oder Bremsen des Fahrzeugs zu ermöglichen.The present invention makes it now the task of introducing a new damper concept, which provides an optimal adjustment and mechanical energy can convert into electrical energy and so ideally supplied itself with the required energy without a required in addition to the actual damper energy recovery unit such. B. a plunger coil as in DE 10 2006 006 482 A1 needed to run. Furthermore, the invention is able to generate positive and negative damper forces, which means that a cushioned wheel can rebound faster than in the undamped case, whereby the traction can be increased enormously. This makes it possible, even larger unsprung masses to follow the course of the soil and thus to allow improved traction when accelerating or braking the vehicle.

In den Figuren ist die Erfindung gezeigt und anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.In the figures, the invention is shown and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in FIGS.

Es zeigen:Show it:

1: Systemübersicht als Blockschaltbild der Komponenten 1 : System overview as a block diagram of the components

2: schematische Darstellung der Anordnung der Dämpfereinheit an Voder- und Hinterradgabel am Beispiel eines Fahrrades 2 : schematic representation of the arrangement of the damper unit on Voder- and rear fork on the example of a bicycle

3: Schnittdarstellung der Dämpfereinheit 3 : Sectional view of the damper unit

4: vereinfachte Prinzipschaltung zur Ansteuerung der Dämpfereinheit 4 : simplified basic circuit for controlling the damper unit

In 1 ist die Systemübersicht der Erfindung gezeigt. Die Erfindung besteht aus einer Dämpfereinheit 1, einem Steuermodul 2 (z. B. Microcontroller) mit Sensoren (nicht dargestellt) für Beschleunigung oder/und Geschwindigkeit, einem Akku 4 und der Ansteuerelektronik 3 für die Dämpfereinheit.In 1 the system overview of the invention is shown. The invention consists of a damper unit 1 , a control module 2 (eg microcontroller) with sensors (not shown) for acceleration and / or speed, a battery 4 and the control electronics 3 for the damper unit.

2 zeigt schematisch ein Zweirad, bei dem in die Vorderradgabel 6 einseitig oder auch rechts/links jeweils eine Dämpfereinheit 1 parallel zum Federelement 9 verbaut ist. Im Bereich des Hinterrades zwischen Hinterradschwinge 8 und Rahmen 5 ist eine weitere Dämpfereinheit parallel zum hinteren Federelement 10 verbaut. Das Federelement, kann z. B. als Stahl- oder Carbonfeder oder als Luftfederelement ausgeführt sein. Das Steuermodul 2 und der Akku 4 können innerhalb der Federgabel oder außerhalb am Fahrrad verbaut werden. Um nun ein Fahrwerk eines beliebigen Fahrzeuges, z. B. Fahrrad oder Auto, mit dem neuen Dämpferkonzept auszustatten, muss an der Radaufhängung jeden Rades der herkömmliche oder der ERF-Dämpfer gegen die erfindungsgemäße Dämpfereinheit nach Patentanspruch 1 ausgetauscht werden und die übrigen Systemkomponenten der Erfindung ergänzt werden. 2 schematically shows a two-wheeler, in which in the front fork 6 one side or right / left one damper unit 1 parallel to the spring element 9 is installed. In the area of the rear wheel between the rear swingarm 8th and frame 5 is another damper unit parallel to the rear spring element 10 installed. The spring element, z. B. as a steel or carbon spring or as Be executed air spring element. The control module 2 and the battery 4 Can be installed inside the suspension fork or outside on the bike. To get a suspension of any vehicle, z. B. bike or car to equip with the new damper concept, must be replaced on the suspension of each wheel of the conventional or the ERF damper against the damper unit according to the invention according to claim 1 and the other system components of the invention are supplemented.

In 3 ist die erfindungsgemäße Dämpfereinheit 1 in Schnittdarstellung gezeigt. Die Dämpfereinheit 1 besteht elektrisch betrachtet aus der Paralleschaltung mehrerer elektrischer Kondensatoren, die mit einem Dielektrikum hoher Dielektrizitätszahl ausgeführt sind. Dazu ist jeweils eine Seite der korrespondierenden Kondensatorflächen 11 mit dem hohen Dielektrikum 12 beschichtet. Hierfür kann z. B. eine Keramikbeschichtung verwendet werden. Die Beschichtungsdicke liegt im Bereich weniger mm und richtet sich nach der Durchschlagsfestigkeit des verwendeten Materials. Die Leitungen von der Ansteuerelektronik 3 zu der Dämpfereinheit 1 sowie die Leitungen innerhalb der Dämpfereinheit zu den einzelnen Kondensatoren sind in 3 nicht dargestellt. Diese sind gegeneinander isoliert.In 3 is the damper unit according to the invention 1 shown in section. The damper unit 1 electrically consists of the parallel connection of several electrical capacitors, which are designed with a dielectric of high dielectric constant. For this purpose, in each case one side of the corresponding capacitor surfaces 11 with the high dielectric 12 coated. For this purpose, z. As a ceramic coating can be used. The coating thickness is in the range of a few mm and depends on the dielectric strength of the material used. The lines from the control electronics 3 to the damper unit 1 as well as the lines inside the damper unit to the individual capacitors are in 3 not shown. These are isolated from each other.

Die korrespondierenden Kondensatorflächen sind nun so mit den bewegten Teilen des Feder-Dämpfersystems verbunden, dass sie sich beim Ein- oder Ausfedervorgang gegeneinander bewegen können und so eine Veränderung der Gesamtkapazität der Dämpfereinheit hervorrufen. Im Beispiel in 3 ist die Dämpfereinheit rund 13 ausgeführt, was einer Parallelschaltung von Zylinderkondensatoren entspricht. Denkbar ist aber auch jede andere Bauform, die eine Veränderung der Gesamtkapazität bewirkt, z. B. als Plattenkondensatoren mit einem Kreuz 14 als Querschnitt, oder auch aus mehreren Lamellen. Da mit dieser Anordnung ein Spalt 15 zwischen den Kondensatorflächen ensteht, würde naturgemäß die Kapazität durch die geringe Dielektrizitätszahl der Umgebungsluft herabgesetzt. Dieser Spalt 15 wird daher mit einer Flüssigkeit möglichst hoher Dielektrizitätszahl ausgefüllt, so dass die Ein- oder Ausfederbewegung in einem offenen Flüssigkeitsbad stattfindet. Da die Flüssigkeit durch keinen Spalt gedrückt werden muss, wie bei den ERF Dämpfern, wird hierdurch keine Grunddämpferkonstante erzeugt, sondern sogar die Reibung zwischen den Kondensatorflächen reduziert. Durch ein Dichtungssystem 16 wird gewährleistet, dass keine Flüssigkeit entweichen kann.The corresponding capacitor surfaces are now connected to the moving parts of the spring-damper system so that they can move against each other during the compression or rebound and thus cause a change in the total capacity of the damper unit. In the example in 3 the damper unit is round 13 executed, which corresponds to a parallel connection of cylinder capacitors. It is also conceivable, however, any other design that causes a change in the total capacity, z. B. as plate capacitors with a cross 14 as a cross section, or from several slats. Because with this arrangement a gap 15 between the capacitor surfaces, the capacitance would of course be reduced by the low dielectric constant of the ambient air. This gap 15 is therefore filled with a liquid of the highest possible dielectric constant, so that the rebound or rebound movement takes place in an open liquid bath. Since the liquid does not have to be pushed through any gap, as with the ERF dampers, this does not produce a basic damper constant, but even reduces the friction between the capacitor surfaces. Through a sealing system 16 Ensures that no liquid can escape.

Es soll noch einmal hervorgehoben werden, dass die Flüssigkeit nicht der eigentlichen Dämpfungsaufgabe dient, sondern lediglich die Kapazität erhöhen und die minimale Reibung zwischen den Kodensatorflächen, bzw. einer Kondensatorfläche und der Keramikbeschichtung 12 der korrespondierenden Kondensatorfläche verringern soll.It should be emphasized once again that the liquid is not the actual damping task, but only increase the capacity and the minimum friction between the Kodensatorflächen, or a capacitor surface and the ceramic coating 12 to reduce the corresponding capacitor area.

Beim Ein- oder Ausfedervorgang des einzelnen Rades ändert sich die Kapazität der Kondensatoren, da diese konstruktiv so angeordnet sind, dass die Kapazität sich zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert verändert. Wird an die Kondensatoren keine Spannung angelegt, so ist die Gesamtdämpfungskraft 0. Das Fahrwerk ist nicht gedämpft. Die Dämpfungskraft steigt quadratisch mit der angelegten Spannung an. Diese kann bis über 5 kV hinausgehen, um je nach Bauform die gewünschten Dämpfkräfte stellen zu können. Dadurch wird die gewünschte Verstellbarkeit des Dämpferkennfeldes erzielt.During the compression or rebound of the single wheel, the capacitance of the capacitors changes, since these are structurally arranged so that the capacitance varies between the maximum and the minimum value. If no voltage is applied to the capacitors, then the total damping force is 0. The chassis is not damped. The damping force increases quadratically with the applied voltage. This can go beyond 5 kV, depending on the design to provide the desired damping forces. As a result, the desired adjustability of the damper characteristic is achieved.

Die mechanische Energie der Störgrößen wird in elektrische Energie gewandelt, wenn sich bei aufgeladenem Kondensator durch den Ein- oder Ausfedervorgang die Gesamtkapazität verringert.The mechanical energy of the disturbance variables is converted into electrical energy when, with the capacitor charged, the total capacitance decreases due to the rebound or rebound operation.

Dabei kann die Ladespannung nach der Aufladung vom Kondensator getrennt oder weiterhin angelegt werden. Bleibt die Aufladespannung angelegt, so wird erzwungen, dass die Ladung vom Kondensator in den Akku zurück gegen die eingestellte Spannung abfließt. Dieses Erzwingen vom Abfließen der Ladung erzeugt die gewünschte Dämpfungskraft und erzeugt gleichzeitig daraus elektrische Energie. Wird die eingestellte Aufladespannung nach der Aufladung getrennt, so steigt die im Kondensator gespeicherte Energie und wird dann nach Wiederanlegen der eingestellten Spannung in den Akku 4 zurück gespeist.In this case, the charging voltage can be disconnected from the capacitor after charging or continue to be applied. If the charging voltage remains applied, then it is forced that the charge from the capacitor into the battery flows back against the set voltage. This forcing from the discharge of the charge produces the desired damping force and at the same time generates electrical energy therefrom. If the set charging voltage is disconnected after charging, the energy stored in the capacitor increases and then, after re-applying the set voltage to the battery 4 fed back.

Wird das Kondensatorsystem der Dämpfereinheit bei niedriger Kapazität aufgeladen und anschließend von der ladenden Spannung getrennt, so wird bei Erhöhung der Kapazität durch Ein- oder Ausfedervorgang mechanische Energie frei. Dadurch wird eine Dämpfungskraft erzeugt, die der Ein- oder Ausfedergeschwindigkeit nicht entgegen wirkt, sondern diese verstärkt. Dadurch wird erreicht, dass das Rad entweder schneller ein oder wieder ausfedern kann, wodurch sich die Vorteile bei der Traktion ergeben.If the capacitor system of the damper unit is charged at low capacity and then separated from the charging voltage, so mechanical energy is released when increasing the capacity by compression or rebound. As a result, a damping force is generated which does not counteract the compression or rebound velocity, but reinforces it. This ensures that the wheel can either spring faster or rebound, resulting in the benefits of traction.

Die in 4 vereinfacht gezeigte erfindungsgemäße Ansteuerelektronik 3 muss nun so beschaffen sein, dass sie die von dem übergeordneten Steuermodul 2 (z. B. PID Regelalgorithmus) angeforderte Spannung (Stellgröße) für den Fall, dass die Dämpfungskraft der Ein- oder Ausfederbewegung entgegen gerichtet sein soll, anlegt wie oben beschrieben, wenn die Kapazität durch Ein- oder Ausfederbewegungen verringert wird, und für den Fall, dass die Kapazität durch Ein- oder Ausfederbewegungen erhöht wird, die Spannungsversorgung von der Dämpfereinheit trennt, damit die Ladung nicht unter der eingestellten Spannung zurück in Kapazität fließen kann, da ansonsten die Hälfte der abfließenden Energie in Wärme in den Zuleitungen verpufft und so nicht genutzt werden könnte. Das Wiederzuschalten der Spannung muss so geschehen, dass die Energie zu einem möglichst großen Teil in den im Kondensator gespeichert wird und nicht in Wärme in den Zuleitungen verpufft. Nur durch diese Art der Beschaltung kann die mechanische Energie verbleibend im Akku gespeichert werden und ein Betrieb nahezu ohne ein zusätzliches Aufladen des Akkus durch den Benutzer gewährleistet werden.In the 4 simplified shown control electronics according to the invention 3 must now be such that they are those of the parent control module 2 (eg PID control algorithm) voltage applied in the event that the damping force of the compression or rebound movement is to be directed opposite, as described above, when the capacity is reduced by compression or rebound movements, and in the case in that the capacity is increased by compression or rebound movements separating the power supply from the damper unit so that the charge does not flow back into capacity below the set voltage can, otherwise half of the effluent heat dissipated in heat in the supply lines and so could not be used. The reconnection of the voltage must be done so that the energy is stored to the greatest possible extent in the capacitor and does not dissipate into heat in the supply lines. Only by this type of wiring, the mechanical energy remaining in the battery can be stored and operation is guaranteed almost without an additional charging of the battery by the user.

Wird nun von dem übergeordneten Steuermodul 2 (z. B. PID Regelalgorithmus) eine Stellgröße angefordert, so dass die Dämpfungskraft die Ein- oder Ausfederbewegung verstärken und somit in deren Richtung wirken soll, um z. B. hohe Traktion zu ermöglichen, so muss die erfindungsgemäße Ansteuerelektronik 3 für den Fall, dass die Kapazität durch Ein- oder Ausfederbewegungen verringert wird, die Spannung von der Dämpfereinheit 1 trennen und für den Fall, dass die Kapazität durch Ein- oder Ausfederbewegungen erhöht wird, das Kondensatorsystem der Dämpfungseinheit schnell aufladen und dann wieder trennen, so dass mechanische Energie freiwerden kann und die gewünschte Stellkraft umgesetzt wird.Now by the parent control module 2 (For example, PID control algorithm) requested a manipulated variable, so that the damping force to increase the input or rebound movement and thus act in their direction to z. B. to allow high traction, the control electronics of the invention must 3 in the event that the capacity is reduced by compression or rebound movements, the voltage from the damper unit 1 and, in the event that the capacity is increased by compression or rebounding, quickly charge and then disconnect the damper unit's capacitor system so that mechanical energy can be released and the desired force is translated.

Die Dämpfereinheit kann mit Gleich- oder Wechselspannung betrieben werden. Im folgenden ist in 4 ein Beispiel für eine Ansteuerelektronik 3 aufgeführt. Die Gleichspannung des Akkus 4 wird über eine von dem Steuermodul 2 angesteuerte Schaltereinheit 17 mit einem Tastverhältnis, welches die Höhe der Stellgröße einstellt, primärseitig auf einen Transformator 18 gelegt. Sekundärseitig befindet sich ein Tiefpass bestehend aus einer Spule 19 und der Dämpfereinheit 1, welche elektrisch betrachtet einem Kondensator mit einem parallelen Widerstand entspricht. Der Widerstand ist in der Zeichnung nicht aufgeführt, da er keine größere Auswirkung auf die Funktionsweise der Schaltung zeigt. Zwischen Spule 19 und Dämpfereinheit 1 ist ein Schaltsystem 20 angeordnet, welches die Dämpfereinheit 1 von der restlichen Schaltung abtrennen kann und den Spulenausgang so schalten kann, dass sich die Spule alleine im Sekundärkreis befindet. Das Schaltsystem kann hierbei aus bekannten Leistungsschaltern und Dioden aufgebaut sein. Das Schaltsystem 20 wird vom Steuermodul 2 angesteuert. Das Steuermodul 2 misst über kapazitive Spannungsteiler die Spannung an der Dämpfereinheit 1 oder je nach Schaltzustand an der Spule 19 und wertet so aus, ob die Ein- oder Ausfederbewegung des Rades einen Anstieg oder Abfall der Gesamtkapazität des Kondensatorsystems der Dämpfereinheit hervorruft.The damper unit can be operated with DC or AC voltage. The following is in 4 an example of a control electronics 3 listed. The DC voltage of the battery 4 is via one of the control module 2 controlled switch unit 17 with a duty cycle, which adjusts the height of the manipulated variable, primary side of a transformer 18 placed. On the secondary side there is a low pass consisting of a coil 19 and the damper unit 1 , which electrically corresponds to a capacitor with a parallel resistor. The resistance is not shown in the drawing because it does not show any major effect on the operation of the circuit. Between coil 19 and damper unit 1 is a switching system 20 arranged, which the damper unit 1 can disconnect from the rest of the circuit and the coil output can switch so that the coil is alone in the secondary circuit. The switching system can be constructed from known circuit breakers and diodes. The switching system 20 is from the control module 2 driven. The control module 2 measures the voltage at the damper unit via capacitive voltage dividers 1 or depending on the switching state on the coil 19 and thus evaluates whether the rebound or rebound motion of the wheel causes an increase or decrease in the total capacity of the condenser system of the damper unit.

Je nach vom Regelalgorithmus (z. B. PID) geforderter Stellgröße steuert das Steuermodul 2 nun die Schaltsysteme 17 und 20 an. Das Trennen der Spannungsquelle kann auch über die Schalter für die Einstellung des Tastverhältnis im Primärkreis des Trafos erfolgen Durch geeignetes Einstellen der Parameter des im Steuermodul 2 hinterlegten Regelalgorithmus (z. B. PID, Zustandsregler) kann nun nahezu jedes beliebige Systemverhalten des Feder-Dämpfer-Systems vorgegeben werden. Mithilfe eines Kalman-Filters oder Luenberger Beobachters können Sensoren eingespart und die Systemgrößen wie Beschleunigungen oder Geschwindigkeiten errechnet werden. Durch die Methode der Parameterschätzung können die Systemparameter während der Fahrt geschätzt werden und die Reglerparamter so den Streckenparametern nachgeführt werden, um ein konstantes Systemverhalten auch bei wechselnden Bedingungen, z. b. Verlagerung des Fahrerschwerpunktes bei Zweirädern, zu gewährleisten.Depending on the control algorithm required by the control algorithm (eg PID), the control module controls 2 now the switching systems 17 and 20 at. The disconnection of the voltage source can also be done via the switch for setting the duty cycle in the primary circuit of the transformer by suitably setting the parameters of the control module 2 stored control algorithm (eg PID, state controller) can now be given almost any system behavior of the spring-damper system. Using a Kalman filter or Luenberger observer sensors can be saved and the system sizes such as accelerations or speeds are calculated. The method of parameter estimation allows the system parameters to be estimated while the vehicle is in motion and the controller parameters to be tracked to the line parameters to ensure a constant system behavior even under changing conditions, eg shifting the driver's center of gravity in two-wheeled vehicles.

Es kann auf unterschiedliche Größen geregelt werden, so z. B. auf Beschleunigung oder Geschwindigkeit, entweder der ungefederten Masse oder der gefederten Masse, oder deren Differenz. Als Sollgröße kann 0 vorgegeben werden. Stellt man nun die Übertragungsfunktionen des geregelten Systems auf, z. B. von Bodenanregung zu Aufbaubeschleunigung, so ergibt sich z. B. mit einem einfachen PI-Regler eine Veränderung des Übertragungsverhalten von PDT2 nach PT2 oder PT2s. Betrachtet man den Frequenzgang der Übertragungsfunktionen, so erkennt man, dass man bei dem geregelten System bei Erhöhung der Dämpfung den Komfort bei Stößen nicht so sehr mindert wie beim herkömmlichen ungeregelten System. Man kann das Fahrwerk folglich komfortabel abstimmen, ohne eine lästiges merkliches Nachschwingen hervorzurufen.It can be regulated to different sizes, such. Acceleration or velocity, either unsprung mass or sprung mass, or their difference. The nominal value can be specified as 0. If one now sets up the transfer functions of the controlled system, z. B. from soil excitation to body acceleration, so z. For example, with a simple PI controller, a change in the transmission behavior of PDT2 to PT2 or PT2s. If one observes the frequency response of the transfer functions, one recognizes that with the regulated system with increase of the damping one does not reduce the comfort with collisions so much as with the conventional uncontrolled system. You can therefore tune the suspension comfortably, without causing a annoying noticeable ringing.

Das Energiemanagement des Steuermoduls 2 ist so gestaltet, dass es sich abschaltet, sobald der Beschleunigunssensor für eine applizierbare Zeit einen applizierbaren Wert betragsmäßig nicht mehr übersteigt. Durch den Piezosensor wird das Steuermodul wieder geweckt, sobald eine Störgröße auf das System einwirkt. Durch diese Strategie und das Einspeisen von gewandelter mechanischer Energie aus den Störungen kann erreicht werden, dass der Akku nur sehr selten oder bei regelmäßiger Benutzung des Fahrzeuges im Idealfall gar nicht mehr aufgeladen werden muss. Dadurch und durch das Stellen positiver wie negativer Dämpfungskräfte, sowie einem zur Regelung optimalen Dämpferkennfeld ergeben sich mit Patentanspruch 1 viele neue Möglichkeiten im Zweiradbereich sowie im Automobilbereich und dort speziell im Hinblick auf Elektrofahrzeuge. Mit der vorliegenden Erfindung kann die Reichweite von Elektrofahrzeugen gesteigert werden, da die Energie aus den abgedämpften Fahrbahnunebenheiten wieder dem Akku zugeführt werden kann.The energy management of the control module 2 is designed so that it shuts off as soon as the acceleration sensor for an applicable time no longer exceeds an applicable value in terms of amount. The piezoelectric sensor wakes up the control module as soon as a disturbance is applied to the system. Through this strategy and the feeding of converted mechanical energy from the disturbances can be achieved that the battery very rarely or with regular use of the vehicle ideally no longer needs to be charged. Thereby, and by providing positive as well as negative damping forces, as well as an optimal damper characteristic for regulation, there are many new possibilities in the field of two-wheeled vehicles as well as in the automotive sector and there especially with regard to electric vehicles. With the present invention, the range of electric vehicles can be increased, since the energy from the damped road bumps can be returned to the battery.

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  • DE 10240568 A1 [0003] DE 10240568 A1 [0003]
  • DE 102006006482 A1 [0004, 0007] DE 102006006482 A1 [0004, 0007]

Claims (1)

Aktives Dämpfungssystem zur dynamischen Anpassung des Systemverhaltens des Feder-Dämpfer Systems einer Radaufhängung und zur Energierückgewinnung umfassend ein in der Radaufhängung jeden Rades eines Fahrzeuges parallel zum Federelement angeordnete Dämpfereinheit (1), bestehend aus elektrischen Kondensatoren, welche mit einer Flüssigkeit möglichst hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt sein kann und ihre Dämpfungskraft dadurch erzeugt, dass die Gesamtkapazität der Dämpfereinheit durch die Ein- oder Ausfederbewegung verändert wird, wobei dies durch Verschieben der Kondensatorflächen oder auch des Dielektrikums erfolgen kann, ferner umfassend eine Ansteuerelektronik (3), welche gewährleistet, dass die Dämpfungskraft sowohl in Richtung der Ein- oder Ausfederbewegung als auch entgegen wirken kann und dafür sorgt, dass elektrische Energie aus den Störungen gewandelt und zurück in den Akku (4) gespeist werden kann, weiterhin umfassend ein Steuermodul (2), welches den Regelalgorithmus und die Parameterschätzung der Streckenparameter, sowie ein Kalmanfilter oder Luenbergerbeobachter enthält, die Spannung an der Dämpfereinheit misst und die Ansteuerelektronik in Bezug auf angeforderte Stellgröße und Energierückgewinnung beschaltet, umfassend weiterhin Sensoren zur Erfassung der Regelgröße und zum Aufwecken des Steuermoduls (2) sowie einen Akku (4).An active damping system for dynamically adapting the system behavior of the spring-damper system to a wheel suspension and for energy recovery, comprising a damper unit arranged in the wheel suspension of each wheel of a vehicle parallel to the spring element (US Pat. 1 ), consisting of electrical capacitors, which can be filled with a liquid of the highest possible dielectric constant and their damping force generated by the total capacity of the damper unit is changed by the rebound or rebound, which can be done by moving the capacitor surfaces or the dielectric, further comprising a control electronics ( 3 ), which ensures that the damping force can act both in the direction of the buckling or rebound movement and counteracts and ensures that electrical energy from the disturbances converted and back into the battery ( 4 ), further comprising a control module ( 2 ), which contains the control algorithm and the parameter estimation of the line parameters, as well as a Kalman filter or Luenberger observer measures the voltage at the damper unit and the control electronics connected in terms of requested manipulated variable and energy recovery, further comprising sensors for detecting the controlled variable and for waking the control module ( 2 ) and a battery ( 4 ).
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