СИСТЕМА ПРУЖИННОГО АМОРТИЗАТОРА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ОПОРАХ ИЛИ В КАЧЕСТВЕ АМОРТИЗАТОРА Российский патент 2019 года по МПК F16F9/46 F16F5/00 

Изобретение относится к системе пружинного амортизатора для использования в опорах или в качестве амортизатора, в частности, в качестве активной системы пружинного амортизатора для активных опор. Кроме того, изобретение относится к демпфирующей опоре, в частности, к активной опоре.

Почти во всех областях техники возникают проблемы с колебаниями, которые должны решаться, например, путем отделения частной структуры от ее вибрирующего окружения. Примером этого является опора агрегатов привода в автомобилях, представляющая собой место передачи вибраций и корпусного шума. Чтобы помешать распространению вынужденных вибраций и шумов из уровня техники известны по-разному выполненные устройства для демпфирования или изолирования колебаний, которые при использовании упругих и/или демпфирующих материалов производят чисто пассивное демпфирующее воздействие, недостатки которого заключаются в том, что никакая адаптация к изменяющимся свойствам системы для поддержания возможно более оптимального демпфирования или изолирования колебаний невозможна.

Наряду с чисто пассивно выполненными системами демпфирования и изолирования колебаний для реализации активных опор во все большей степени находят применение мехатронные и адаптронные решения. Хотя активные опоры технически являются более дорогостоящими, нежели чем пассивные, они все же дают возможность широкополосного уменьшения колебаний и целенаправленного воздействия на передаточную характеристику, например, путем целенаправленного ввода антиколебаний или целенаправленных изменений демпфирующих или колебательных свойств системы. Такие активные опоры, в частности, для опоры двигателя известны, например, из DE 102005029234 А1 и из MTZ - Mototechnische Zeitschrift, Ausgabe 1/2013, 74. Jahrgang, S. 55-59 - (Мототехнический журнал, издан 1/2013, 74 год издания, стр. 55-59). При этом активная опора, или активная система пружинного амортизатора установлена между двигателем и рамой двигателя.

Недостатком таких систем пружинного амортизатора, или опор, является сравнительно большое монтажное пространство, необходимое для использования этих систем. Поэтому при небольшом монтажном пространстве, имеющемся в распоряжении, как, например, в случае опор двигателя, от использования активных опор отказываются или предусматривают их не на всех опорных участках, или не во всех пространственных направлениях. Однако концепция соответствующего сокращения акторики для активной системы пружинного амортизатора при ограниченности места, как правило, связана с нежелательными ограничениями в отношении имеющих место максимальных усилий и перемещения и/или надежности, или долговечности.

Задача изобретения состоит в создании системы пружинного амортизатора для использования в опорах или в качестве амортизатора, в частности, для опор двигателя, лишенной недостатков обычных систем пружинного амортизатора. Система пружинного амортизатора, в частности, должна устанавливаться также при недостаточности места между устанавливаемой нагрузкой и опорным устройством для восприятия нагрузки без ущерба для демпфирующих или пружинящих свойств. Другой задачей изобретения является создание опоры, в частности, активной опоры, для устранения недостатков обычных опор.

Эти задачи решаются, соответственно, с помощью системы пружинного амортизатора для использования в опорах или в качестве амортизатора с признаками основного пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и приложения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и более подробно поясняются в последующем описании с частичной ссылкой на фигуры.

Изобретение содержит общую техническую идею установки с пространственным отделением механизма пружинного амортизатора системы пружинного амортизатора, а в случае активной системы пружинного амортизатора также акторики (исполнительный механизм) и сенсорики механизма пружинного амортизатора от собственно участка опоры и идею передачи возникающей на опорном участке нагрузки, в частности, опорной реакции и перемещения опоры, на механизм пружинного амортизатора и передачи или возврата его реакции на опорный участок.

Согласно изобретению для этого предлагается система пружинного амортизатора для использования в опорах или в качестве амортизатора, содержащая соединительное устройство, соединяемое на участке опоры или демпфирования с опорой и опорным устройством для опирания нагрузки на опорном устройстве с возможностью колебания.

Согласно указанному примеру выполнения, на который в последующем будут делаться повторные ссылки, нагрузкой является, например, двигатель автомобиля, а опорным устройством рама, на которой установлен двигатель. Однако система пружинного амортизатора согласно изобретению не ограничена использованием для опоры двигателя, как это еще более подробно будет показано ниже.

Соединительное устройство выполнено для передачи устройству с пружинным амортизатором нагрузки, вызываемой грузом, по существу без потерь. Кроме того, соединительное устройство выполнено для восприятия соответствующей пружинящей и/или демпфирующей реакции устройства с пружинным амортизатором на нагрузку устройства с пружинным амортизатором и для ее возврата на нагрузку в порядке противодействия нагрузке путем демпфирования колебаний.

При этом устройство с пружинным амортизатором образует механизм пружинного амортизатора системы пружинного амортизатора и обладает пружинящими и демпфирующими свойствами. Кроме того, устройство с пружинным амортизатором устанавливается и/или установлено с пространственным отделением от участка опоры или демпфирования.

Тем самым соединительное устройство служит в качестве передаточного механизма для передачи нагрузки на опорном участке удаленному устройству с пружинным амортизатором по мере возможности без потерь и находится с ним в двунаправленной кинематической связи.

Такое исполнение соединительного устройства, что оно передает нагрузку устройству с пружинным амортизатором по существу без потерь, означает, что само соединительное устройство по меньшей мере в определенном частотном диапазоне (например, 0-100 Гц) не располагает никакими существенными демпфирующими свойствами. Другими словами, соединительное устройство выполнено таким образом, что оно, кроме конструктивно никогда полностью непредотвратимых потерь на трение, по меньшей мере в определенном диапазоне никаким демпфирующим свойством не обладает.

Расположение устройства с пружинным амортизатором пространственно отдельно от участка опоры или демпфирования означает, например, что оно устанавливается за пределами промежуточного пространства, образованного между нагрузкой и опорным устройством, т.е. за пределами области колебаний.

Тем самым настоящее изобретение обеспечивает пространственное отделение возникновения нагрузки или опорного участка от механизма пружинного амортизатора. Таким образом, система пружинного амортизатора может устанавливаться на подходящем месте с достаточным монтажным пространством, и по своему конструктивному исполнению она не ограничена часто ограниченным монтажным пространством между нагрузкой и опорным устройством.

Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления устройство с пружинным амортизатором выполнено в качестве сенсорного исполнительного элемента и предназначено для регистрации передаваемой нагрузки и для эффективного противодействия передаваемой нагрузке. Таким образом, особое преимущество изобретения состоит в том, что активная система пружинного амортизатора может предоставляться для использования в активных опорах, когда конструктивное исполнение, в частности, размер сенсорного исполнительного элемента, не ограничен ограниченным монтажным пространством на опорном участке.

На самом опорном участке устанавливается только передаточный механизм для нагрузки, который передает нагрузку удаленному устройству с пружинным амортизатором или сенсорному исполнительному элементу. В результате занимаемое пространство на опорном участке значительно сокращается, благодаря чему активная система пружинного амортизатора согласно изобретению может использоваться в качестве активной опоры для опорных участков, где до этого использование мощной активной опоры было невозможно.

Другим преимуществом является то, что подвижная масса на самом опорном участке может выдерживаться незначительной. Кроме того, можно предусмотреть элементы с пружинным амортизатором или исполнительные элементы большего размера, которые могут реализовываться с большими мощностями, надежностью и экономичностью. Кроме того, особое преимущество состоит в том, что чувствительные акторика и сенсорика могут быть лучше защищены от влияния окружающей среды и других помех, которые обычно возникают на опорном участке. Благодаря выполнению устройства с пружинным амортизатором в виде сенсорного исполнительного элемента тем самым создается динамическая адаптивная система пружинного амортизатора, пружинящие или демпфирующие свойства которой могут статически и/или динамически изменяться и которая благодаря возможности установки сенсорного исполнительного элемента пространственно отдельно от опорного участка может использоваться очень гибко.

Устройство с пружинным амортизатором, выполненное в виде сенсорного исполнительного элемента, содержит первый сенсор, выполненный для определения первого управляющего значения, зависящего от опорной реакции на нагрузку. Кроме того, устройство с пружинным амортизатором содержит второй сенсор, выполненный для определения второго управляющего значения, зависящего от перемещения опоры нагрузки. В зависимости от определенных первого и/или второго управляющих значений устройство с пружинным амортизатором изменяет свои демпфирующие и/или пружинящие свойства и/или активно создающим контрусилие к передаваемой нагрузке. Таким образом, управляющие значения, сенсорно определяемые и зависящие от нагрузки, используются для действенного управления устройством с пружинным амортизатором.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления соединительное устройство содержит первый флюидный подъемный цилиндр, установленный на участке опоры или демпфирования, и второй флюидный подъемный цилиндр, установленный в устройстве с пружинным амортизатором, причем оба подъемных цилиндра подвижно соединены первым флюидным трубопроводом. Кроме того, второй подъемный цилиндр, установленный в системе пружинного амортизатора, соединен по потоку с системой пружинного амортизатора и находится с ним в кинематической связи.

В одном из таких предпочтительных вариантов осуществления флюидные подъемные цилиндры выполнены в виде гидроцилиндров и содержат несжимаемый маловязкий флюид, так что никаких потерь, вызванных демпфированием, при восприятии и передаче нагрузки устройству с пружинным амортизатором не возникает.

Однако оба подъемных цилиндра, а также флюидный трубопровод могут быть выполнены и пневматическими.

Согласно этим вариантам первый сенсор выполнен в виде датчика давления, а устройство с пружинным амортизатором оборудовано для определения давления р флюида в качестве первого управляющего значения во втором подъемном цилиндре, причем давление р флюида во втором подъемном цилиндре зависит от передаваемой опорной реакции F, воздействующей на первый подъемный цилиндр на опорном участке под действием нагрузки.

Кроме того, второй сенсор в качестве второго управляющего значения может регистрировать ход s пружины устройства с пружинным амортизатором, причем ход s пружины зависит от перемещения опоры, происходящего на опорном участке.

Согласно другому варианту осуществления предусмотрен резервуар для флюида, соединяемый с флюидным контуром, образуемым первым и вторым подъемными цилиндрами и первым флюидным трубопроводом, для варьирования флюидного объема во флюидном контуре. Этим обеспечивается регулирование уровня в системе с пружинным амортизатором без изменения динамических свойств системы с пружинным амортизатором. Тем самым при использовании системы с пружинным амортизатором в качестве опоры заданная высота укладываемой нагрузки должна устанавливаться на желательном уровне или подгоняться под него.

Согласно другому варианту в дополнение к первому вышеописанному флюидному трубопроводу предусмотрен второй флюидный трубопровод, которым первые и вторые подъемные цилиндры также соединены подвижно, причем первый и второй флюидные трубопроводы заканчиваются, соответственно, в подъемных цилиндрах на противоположных сторонах их поршня. Этот вариант осуществления улучшает передаточную характеристику соединительного устройства, поскольку в результате передача нагрузки обеспечивается исключительно за счет давления на флюид, благодаря чему могут передаваться большие усилия или ускорения.

Кроме того, этот вариант осуществления препятствует возможности возникновения резкого падения давления при быстром движении поршня, вследствие чего рабочая жидкость испаряется и в результате происходит нежелательное изменение объема. Этот эффект может возникнуть в варианте осуществления только с одним флюидным трубопроводом, когда рабочая жидкость находится, соответственно, лишь с одной стороны поршня. При наличии флюида с обеих сторон поршня и при передаче нагрузки по двум флюидным трубопроводам, заканчивающимся в подъемных цилиндрах, соответственно, в противоположных концевых областях поршня, движение поршня тем самым может передаваться непосредственнее и надежнее.

Кроме того, предпочтительно, чтобы первый и второй подъемные цилиндры были предварительно напряжены. Это может быть проделано, например, с помощью обычного пружинящего элемента, предварительно нагружающего поршень подъемного цилиндра в исходное положение для достижения состояния покоя. Другим преимуществом этой системы является то, что в результате создается предохранительный механизм для предотвращения неконтролируемого проваливания двигателя при протечке во флюидном трубопроводе.

Кроме того, особое преимущество изобретения заключается в том, что устройство с пружинным амортизатором, установленное с пространственным отделением, и соединительное устройство соединяются с нагрузкой и с опорным устройством на множестве участков для опоры и демпфирования. Другими словами, таким образом при помощи только одного устройства с пружинным амортизатором нагрузку можно располагать с демпфированием на нескольких опорных участках, чем обеспечивается компактное и экономичное опирание.

Согласно одному из таких предпочтительных вариантов осуществления соединительное устройство содержит для этого множество первых подъемных цилиндров, соединяемых, соответственно, на участках опоры или демпфирования с нагрузкой и с опорным устройством. При этом каждый из этих первых подъемных цилиндров, который, соответственно, установлен на одном опорном участке, соединен по потоку флюидным трубопроводом с подобным вторым подъемным цилиндром, установленным в устройстве с пружинным амортизатором. Таким образом, при n опорных участков, или n первых подъемных цилиндров, между первым подъемным цилиндром или системой пружинного амортизатора и n первыми цилиндрами, установленными на n опорных участках, существует соотношение 1:n.

При этом множество первых подъемных цилиндров может подвижно флюидно соединяться со вторым подъемным цилиндром по параллельной схеме. При этом обеспечивается постоянное соотношение опорных реакций F₁/F₂/…/F_n=A₁/A₂/…/A_n, причем A_i означает поверхность поршня подъемного цилиндра i, обращенную к флюиду, на опорном участке i, а F_i - опорную реакцию на опорном участке. Благодаря этому могут достигаться минимизация опорных реакций, оптимизация приложения усилий, например, к раме автомобиля, и оптимальное распределение веса.

Однако согласно другому варианту осуществления множество первых подъемных цилиндров может также флюидно подвижно соединяться со вторым подъемным цилиндром по последовательной схеме. Этот вариант осуществления может использоваться, например, для стабилизации поперечных колебаний вокруг продольной оси, поскольку соотношение перемещений опоры z₁*A₁=z₂*A₂=…=z_n*A_n является постоянным, причем A_i снова означает поверхность поршня подъемного цилиндра i на опорном участке i, обращенную к флюиду, а z_i - перемещение опоры на опорном участке i.

Кроме того, один из таких предпочтительных вариантов осуществления предусматривает наличие отдельного резервуара для флюида у каждого из n первых подъемных цилиндров, так что на каждом опорном участке обеспечивается автономное регулирование уровня. Этим при неравномерном распределении веса по установленной грузовой платформе обеспечивается также опирание с параллельной направленностью грузовой платформы относительно опорного устройства, для чего неравномерное распределение нагрузки компенсируется путем новой целенаправленной подгонки уровня объема флюида на отдельных опорных участках.

Подчеркивается, что под устройством с пружинным амортизатором в смысле этого изобретения в общем случае следует понимать устройство, обладающее пружинящими и демпфирующими свойствами. Кроме того, подчеркивается, что пружинящее и демпфирующее свойства устройства с пружинным амортизатором могут создаваться, соответственно, с помощью отдельных конструктивных элементов или только одного конструктивного элемента. Так, например, эластомеры или резина обладают как упругими, т.е. пружинящими, так и демпфирующими свойствами и могут быть выполнены как цельные элементы с пружинным амортизатором. Альтернативно устройство с пружинным амортизатором может содержать первый конструктивный элемент, обладающий преимущественно демпфирующими свойствами системы, и второй конструктивный элемент, обладающий преимущественно пружинящими свойствами.

В варианте осуществления системы пружинного амортизатора в качестве сенсорного исполнительного элемента динамически регулируемыми являются демпфирующий и/или пружинящий элементы. Демпфирующий элемент может быть выполнен, например, в качестве демпфирующего элемента, работающего электро- или магнитореологически. Кроме того, пружинящий элемент может быть предусмотрен с динамически регулируемой жесткостью, например, в виде механической пружины с вариабельным предварительным натяжением или в виде пневматического пружинящего элемента с вариабельными объемом или емкостью.

Однако вариант осуществления устройства с пружинным амортизатором не ограничен вышеупомянутыми примерами. Под устройством с пружинным амортизатором в смысле этого изобретения в общем случае должны подпадать механические и мехатронные системы для реализации характеристики «сила-путь», создаваемые для получения реакции «сила-путь», которая посредством соединительного устройства может передаваться обратно на опорный участок. Поэтому другие варианты осуществления устройства с пружинным амортизатором могут реализовываться, например, посредством подвижной катушки, подъемного магнита и/или исполнительного пьезоэлемента, соответственно, управляемых для получения желательных пружинящих и демпфирующих свойств с помощью исполнительного механизма. Точно так же желательные пружинящие и демпфирующие свойства можно получить путем соответствующего управления, например, линейным двигателем. Поэтому устройство с пружинным амортизатором может быть выполнено в виде линейного двигателя.

Кроме того, соединительное устройство не ограничено вышеупомянутыми примерами выполнения, основывающимися на использовании подъемных цилиндров с флюидной связью, а может также реализовываться без потерь или с малыми потерями по меньшей мере в определенном частотном диапазоне с помощью других соответствующих передаточных механизмов, например, механического рычажного механизма.

Особенно предпочтительным, как упомянуто выше, является использование вышеприведенной системы пружинного амортизатора в опорах двигателя, так что опорным устройством является рама двигателя, а нагрузкой - двигатель. Точно также использование системы пружинного амортизатора возможно в качестве опоры ходовой части, причем опорным устройством является кузов автомобиля, а нагрузкой - ходовая часть. Другая возможность применения относится к опоре грузовых платформ, кабин водителя или других компонентов автомобиля, отделяемых от остального автомобиля. Система с пружинным амортизатором согласно изобретению может также использоваться в качестве демпфера, например, для автомобильных сидений, причем опорное устройство является несущей структурой для автомобильного сиденья. Однако настоящее изобретение не ограничено этими применениями, а принципиально может использоваться в машинах или в монтажных, или транспортных устройствах.

Кроме того, изобретение относится к активной демпфирующей колебания опоре с системой пружинного амортизатора по одному из вышеописанных аспектов, в частности, к опоре двигателя, ходовой части или машины.

Другие подробности и преимущества изобретения описываются ниже со ссылкой на приложенные чертежи, на которых

фиг. 1 изображает схему опоры двигателя согласно примеру выполнения;

фиг. 2 - схему другого примера выполнения;

фиг. 3 - схему очередного примера выполнения;

фиг. 4 - схему очередного примера выполнения;

фиг. 5 - схему очередного примера выполнения;

фиг. 6 - схему очередного примера выполнения;

фиг. 7 - схему очередного примера выполнения;

фиг. 8 - схему опорного участка с несколькими степенями свободы.

На фиг. 1 изображен первый пример выполнения системы пружинного амортизатора для использования в качестве виброгасящей (демпфирующей колебания) опоры двигателя. При этом двигатель 1 автомобиля с помощью гидравлического подъемного цилиндра 20 опирается на раму 2, а в продольном направлении подъемного цилиндра 20 расположен с возможностью колебания. При этом гидроцилиндр 20 установлен в критическом монтажном пространстве между нагрузкой, например, двигателем 1 и виброустойчивой опорной структурой, например, рамой 2, а как с двигателем 1, так и с рамой 2, соединен подвижно, чтобы поддерживать двигатель на раме 2 с возможностью колебания.

Опорный участок 3, образованный первым гидроцилиндром 20, обозначен на фиг. 1 штриховой линией. Опора, образованная гидроцилиндром 20, подвержена воздействию опорной реакции F между нагрузкой 1 и рамой 2 и обусловленному ею перемещения z опоры, которые на фиг.1 схематично показаны стрелками, обозначенными через z и F.

В гидроцилиндре 20 во внутреннем объеме, ограниченном поршнем 21 цилиндра и нижним концом гидроцилиндра 20, находится несжимаемый маловязкий флюид, например, маловязкое масло для гидросистем (рабочая жидкость). Гидролиния 30 заканчивается в нижней концевой области 22 гидроцилиндра 20. Перемещение z опоры в результате движения двигателя 1 в направлении рамы 2 приводит к движению поршня 21 первого гидроцилиндра 20 вниз и к соответствующему вытеснению флюида из цилиндра, который вытекает по гидролинии 30. В соответствии с этим движение двигателя 1 в направлении от рамы 2 вызывает движение поршня 21 первого гидроцилиндра вверх и соответствующее втекание флюида во флюидный цилиндр 20.

Гидролинией 30 первый гидроцилиндр 20 гидравлически соединен со вторым гидроцилиндром 40, причем гидролиния 30 заканчивается в концевой области 42 второго гидроцилиндра. Движение поршня 21 первого гидроцилиндра, приводящее к уменьшению объема жидкости в первом гидроцилиндре 20, вызывает соответствующее увеличение жидкости во втором гидроцилиндре 40, а там - соответствующее движение поршня 41 второго гидроцилиндра 40.

При этом в данном примере выполнения пропускное отверстие 22 представляет собой единственное отверстие для флюида, через которое флюид может вытекать из первого гидроцилиндра 20. В частности, поверхность поршня 21, нагруженная давлением, не имеет никакого пропускного отверстия, как это обычно бывает у гидравлических поршней с демпфирующими свойствами. То же самое относится к пропускному отверстию 42 и поршню 41 второго гидроцилиндра 40.

Таким образом, флюидная связь обоих гидроцилиндров 20 и 40 обусловливает то, что движение поршня 21 в первом гидроцилиндре 20 вызывает соответствующее движение поршня 41 второго подъемного цилиндра 40 и, наоборот, так что нагрузка передается с первого гидроцилиндра 20 на второй гидроцилиндр 40 по существу без потерь и, наоборот. При этом длина гидролинии 30, соединяющей оба гидроцилиндра 20, 40, рассчитана таким образом, что второй гидроцилиндр 40 пространственно отделен от опорного участка 3, т.е. он может устанавливаться за пределами промежуточного пространства между двигателем и рамой 3. Второй гидроцилиндр 40 может быть установлен, например, на удаленном опорном устройстве 4, как, например, на кузове автомобиля или на грузовой платформе, или под рамой автомобиля, где масса устанавливаемых деталей и занимаемое пространство менее ограничены.

Второй гидроцилиндр 40 установлен в устройстве 10 с пружинным амортизатором и соединен с ним, так что второй гидроцилиндр 40 и устройство 10 с пружинным амортизатором находятся в кинематической связи. Устройство 10 с пружинным амортизатором состоит из демпфирующего элемента 11 и пружинящего элемента 12. Подчеркивается, что в случае изображения на фиг. 1 речь идет о кинематической схеме устройства 10 с пружинным амортизатором, а не о конструктивном изображении.

Таким образом, уравнения движения демпфирующих физических систем могут описываться дифференциальным уравнением колебаний

,

где m - масса, d - постоянная затухания и k - коэффициент жесткости пружины системы. Для вязкоупругих материалов или деталей эти демпфирующие свойства описываются также моделью Кельвина-Фогта (Kelvin-Voigt). Демпфирующие системы содержат схематически обозначенный на фиг. 1 позицией 11 демпфирующий элемент, демпфирующее свойство которого описывается постоянной d демпфирования и который зависит от скорости колебания. Кроме того, демпфирующие системы содержат пружинящий элемент, схематически обозначенный на фиг. 1 позицией 12, пружинящее свойство которого описывается коэффициентом k жесткости пружины и зависит от величины x отклонения колебания системы.

Как описано выше, выбираться может устройство 10 с пружинным амортизатором, в котором демпфирующее свойство 11 и пружинящее свойство 12 реализованы в одном конструктивном элементе, например, соответствующим эластомером, или альтернативно двумя отдельными конструктивными элементами, причем по существу за демпфирующие свойства отвечает один конструктивный элемент устройства с пружинным амортизатором, а за пружинящие - другой. В качестве демпфера может предусматриваться, например, подъемный цилиндр с пропускным отверстием в поршне, так что демпфирование возникает в результате перетекания жидкости с трением с одной стороны поршня на другую. Демпфер 11 в данном примере выполнения регулируется динамически, как, например, электрологически работающий демпфер. Кроме того, пружинящий элемент 12 выполнен в виде пружины с регулируемой жесткостью. Это может быть реализовано, например, с помощью механической пружины с вариабельным предварительным натяжением или с помощью пружинящего элемента с вариабельными объемом или емкостью.

Если теперь движение поршня 21 первого гидроцилиндра 20 передается поршню 41 второго гидроцилиндра 40, поршень 41 второго гидроцилиндра 40 передает движение устройству 10 с пружинным амортизатором. После этого происходит соответствующая встречная реакция устройства 10 с пружинным амортизатором, которая, в свою очередь, передается поршню 41 второго гидроцилиндра, а затем по гидролинии 30 передается обратно на первый гидроцилиндр 20. В результате колебания движения первого подъемного цилиндра 20 демпфируются, и, следовательно, на раме 2 двигателя 1 создается виброгасящая опора.

Устройство 10 с пружинным амортизатором выполнено в виде сенсорного исполнительного блока для определения сенсорно передаваемой нагрузки и для эффективного противодействия ей. При этом предусмотрен сенсор 13 давления, регистрирующий давление p жидкости во втором гидроцилиндре 40. По измеренному давлению р жидкости можно сделать заключение об опорной реакции, действующей на опорном участке, поскольку полученное давление р жидкости зависит от опорной реакции (F=f(p)). Таким образом, опорная реакция с помощью сенсора 13 давления может сенсорно определяться. Кроме того, устройство 10 с пружинным амортизатором выполнено для регистрации хода s пружины пружинящего элемента 12. Ход s пружины, в свою очередь, зависит от перемещения z опоры, происходящего на опорном участке 3. В зависимости от перемещения z опоры определенный объем вытекающей, или втекающей, жидкости вытесняется из первого гидроцилиндра 20, или принимается в него, и, соответственно, втекает во второй гидроцилиндр 40 или вытекает оттуда. Это приводит к соответствующему перемещению поршня 41 второго гидроцилиндра 40, которое передается пружинящему элементу 12 и которое может регистрироваться на основе зарегистрированного хода s пружины (z=g(s)). Для этого предусмотрен сенсор 14 пути, выполненный для сенсорной регистрации изменения хода s пружины. Вместо хода пружины альтернативно может регистрироваться также объем флюида, протекающий по гидролинии 30 в результате движения поршня 21 первого гидроцилиндра 20.

Измеренные давление р и ход s пружины передаются по управляющим линиям 15 сенсора в управляющее устройство 5. Управляющее устройство 5 может быть установлено в устройстве 10 с пружинным амортизатором или на удалении от него. Управляющее устройство 5 включено в локальную сеть контроллеров (CAN) всего автомобиля и по управляющим линиям 6 может принимать другие сигналы, например, сигнал частоты вращения с коленчатого вала и/или величины ускорения автомобиля, например, от сенсорики системы антивибрационной защиты автомобильной CD-магнитолы (ESP). По полученным сигналам 15 сенсора управляющее устройство 5 с помощью хранящегося в нем алгоритма и/или характеристик рассчитывает сигнал управления исполнительным устройством, посылаемый по линиям исполнительного устройства 16 в устройство 10 с пружинным амортизатором для действенного управления последним.

В частности, с помощью сигнала исполнительного устройства в пружине 12 может создаваться противодействие, действующее как таковое на опорный участок 3 для предотвращения вибраций со стороны двигателя. Вибрации, созданные, например, со стороны опоры, могут минимизироваться путем активного создания антиколебаний с такой же амплитудой, но сдвинутых по фазе на 180° с помощью деструктивной интерференции. Кроме того, пружинящие и демпфирующие свойства устройства 10 с пружинным амортизатором с помощью сигнала исполнительного устройства могут динамически адаптироваться. Устройства с пружинным амортизатором, выполненные таким образом в виде сенсорного исполнительного устройства, известны из уровня техники и поэтому в более подробном описании не нуждаются.

Таким образом, данная система пружинного амортизатора открывает различные производственные возможности в зависимости от того, насколько активно регулируются демпфирующий элемент 11 и пружинящий элемент 12. Чтобы, например, дополнительно установить в пассивной системе пружинного амортизатора желательное свойство, могут быть получены различные характеристики пружинного амортизатора. В частности, систему пружинного амортизатора можно настраивать на различные окружающие условия, так чтобы для предопределенного числа различных базовых ситуаций можно было предусмотреть и отрегулировать различные характеристики пружинного амортизатора. При возникновении резонансных колебаний демпфирование можно, например, резко увеличить. В ситуациях, когда колебание двигателя следует передавать на раму в возможно меньшей степени, а частота возбуждения оказывается существенно выше резонансной частоты колебательной системы, демпфирование можно устанавливать возможно меньшим. Кроме того, система пружинного амортизатора могла бы с успехом использоваться для смягчения последствий дорожно-транспортного происшествия. О дорожно-транспортном происшествии для срабатывания подушки безопасности может быть, например, с помощью сенсорики, сообщено в управляющее устройство 5. После этого управляющее устройство 5 может эффективно управлять устройством с пружинящим амортизатором таким образом, чтобы максимизировать демпфирование в плоскости дорожного полотна или во всех пространственных направлениях для того, чтобы тем самым преобразовать часть кинетической энергии автомобиля в демпферах в тепловую энергию и благодаря этому смягчить последствия несчастного случая.

Как показано на фиг. 1, настоящая система пружинного амортизатора обеспечивает тем самым пространственное разделение собственно пружинящих и демпфирующих элементов, а также акторику и сенсорику опорного участка 3 с помощью передачи реакций опор, так что пространство, занимаемое собственно опорным участком, может выдерживаться возможно более малым. Другим преимуществом является то, что акторика и сенсорика заключены в оболочку и могут устанавливаться таким образом, чтобы подвижная масса колебательной системы не увеличивалась.

Для большей наглядности на фиг. 1 показано только одно пространственное направление. При этом изобретение не ограничено этим. Другие степени свободы могут реализовываться последовательным или параллельным группированием нескольких систем или же только деталей опоры. Это показано на фиг. 8А и 8В, схематично иллюстрирующих переход от проиллюстрированного на фиг. 1-7 одномерного случая к двухмерному. На фиг. 8А изображен опорный участок с двумя последовательно соединенными гидроцилиндрами 20а и 20b для подвижной установки двигателя 1 на раме 2 в направлениях х и y. Первый гидроцилиндр 20а закреплен на двигателе 1 и раме 2, причем гидроцилиндр 20а для совместного со вторым гидроцилиндром 20b выполнения линейного перемещения в направлении х проводится на раме по линейной направляющей 7. Альтернативно оба гидроцилиндра 20а и 20b для подвижной установки двигателя 1 на раме 2 в направлениях х и y могут также соединяться с двигателем 1 и рамой 2 параллельно. Это показано на фиг. 8В. При этом концевые элементы гидроцилиндров 20а и 20b посредством шарниров 8 закреплены, соответственно, на двигателе 1 и раме 2 с возможностью поворота, так что опорный участок на верхнем шарнире 8 может перемещаться в направлениях х и y, как это и показано стрелками. Переход от показанного двухмерного случая к трехмерному осуществляется аналогично переходу от одномерного случая к двухмерному.

Другие предпочтительные варианты осуществления описаны в последующих чертежах. Во избежание повторов в последующем описываются только особые или дополнительные признаки примеров выполнения.

Согласно примеру выполнения, показанному на фиг. 2, предусмотрен резервуар 36 для флюида, который другой флюидной линией 31 соединен с первой флюидной линией 30, а через клапан 34 и флюидный насос 35 может флюидно соединяться с флюидным контуром между обоими подъемными цилиндрами 20, 40. Этим обеспечивается регулирование уровня на опорном участке. Так, например, путем отбора флюида из линии 30 может уменьшаться расстояние 30 между двигателем 1 и рамой 2. Для этого клапан 34 открывается, так что флюид может втекать в резервуар 36 для флюида. Наоборот, путем закачки флюида из резервуара 36 для флюида в линию 30 расстояние между двигателем и рамой может увеличиваться до желательного нового заданного уровня. Так, например, при междугородных перевозках центр тяжести автомобиля может устанавливаться ниже, а на неровных участках пути за счет увеличения объема флюида может обеспечиваться больший диапазон колебаний.

Согласно примеру выполнения, изображенному на фиг. 3, для флюидной связи первого флюидного цилиндра 20 со вторым флюидным цилиндром 40 наряду с первой флюидной линией 30 предусмотрена вторая флюидная линия 32. При этом первая 30 и вторая линия 32 заканчиваются, соответственно, на противоположных сторонах поршней 21, 41 гидроцилиндров 20, 40, в частности, в противолежащих концевых областях 22, 23, 42, 43 гидроцилиндров 20, 40. Наличие второй гидролинии 32 обеспечивает большую непосредственность и улучшение передаточной характеристики для передачи опорной реакции с первого гидроцилиндра 20 на второй гидроцилиндр 40 или для возврата встречной реакции устройства 10 с пружинным амортизатором 10 на первый гидроцилиндр 20.

Согласно примеру выполнения, изображенному на фиг.4, гидроцилиндры 20, 40 предварительно напряжены посредством пружинящих элементов 24, 44 при соответствующем выборе предварительного напряжения, например, для возможной установки в желательное положение покоя. Это предотвращает также неконтролируемое оседание двигателя при протечке гидролинии. Само собой разумеется, что предварительное напряжение гидроцилиндров возможно также при отсутствии второй гидролинии 32.

Примеры выполнения, показанные на фиг. 5-7, иллюстрируют особое преимущество изобретения, согласно которому только одним устройством с пружинным амортизатором могут демпфироваться колебания нескольких опорных участков.

На фиг. 5 изображены четыре опорных участка 3_1, 3_2, 3_3, и 3_4, на которых двигатель 1, соответственно, установлен на раме 2 с помощью гидроцилиндра 20, как описано выше, с возможностью колебания. Каждый из этих первых гидроцилиндров 20 посредством гидролинии 30 жидкостно соединен со вторым гидроцилиндром 40. Благодаря параллельному соединению ко всем опорным участкам прикладывается одинаковое давление. Приложенная сила зависит от обращенной к жидкости площади А поршней 21 первых гидроцилиндров 20, которая у разных поршней может быть разной. Таким образом, данная система приводит к постоянному соотношению опорных реакций F₁/F₂/F₃/F₄=A₁/A₂/A₃/A₄/. Это может использоваться для минимизации опорных реакций и для оптимизации приложения сил к раме автомобиля с целью оптимального распределения веса.

Модификация этого примера выполнения изображена на фиг.6. Здесь отдельные опорные участки 3_1, 3_2, 3_3, и 3_4 включены последовательно посредством гидролиний 33, соединяющих, соответственно, два первых гидроцилиндра 20. При этом верхняя концевая область гидроцилиндра 20 первого опорного участка 3_1 посредством гидролинии 33 соединена с нижней концевой областью гидроцилиндра 20 второго опорного участка 3_2. Верхняя концевая область гидроцилиндра 20 второго опорного участка 3_2 соединена с нижним концевым участком гидроцилиндра 20 третьего опорного участка 3_3, а верхняя концевая область гидроцилиндра 20 третьего опорного участка 3_3 соединена с нижним концевым участком гидроцилиндра 20 четвертого опорного участка 3_4. Это приводит к постоянному соотношению перемещений z_i на опорах 3_i: z₁*A₁=z₂*A₂=z₃*A₃=z₄*A₄ и может использоваться, например, для стабилизации колебаний. В этом примере выполнения платформа может устанавливаться на раме с демпфированием таким образом, чтобы она постоянно перемещалась параллельно раме. Кроме того, для возможной установки желательного угла между платформой и рамой, как это показано на фиг. 7, резервуары 36 для жидкости устанавливаются на каждом опорном участке для подгонки объема жидкости в каждой опоре таким образом, чтобы между двигателем 1 и рамой 3 устанавливался желательный интервал.

Хотя изобретение описано со ссылкой на определенные примеры выполнения, возможно множество вариантов и модификаций, также использующих идею изобретения и подпадающих поэтому под защиту патента. Таким образом, само собой разумеется, различные примеры выполнения можно комбинировать между собой. Кроме того, система пружинного амортизатора согласно изобретению может использоваться не только в качестве опоры двигателя, но и в качестве демпфера ходовой части, опоры кабины, машины или в общем случае в пассивных и активных опорах. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено раскрытыми примерами выполнения, а включать все примеры выполнения, входящие в область приложенной формулы изобретения.

Перечень позиций

1. Нагрузка, в частности, двигатель

2. Первое опорное устройство, в частности, рама двигателя

3. Опорный или демпфирующий участок

4. Второе опорное устройство, в частности, кузов автомобиля

5. Управляющее устройство

6. Управляющая линия

7. Линейная направляющая

8. Поворотный шарнир

10. Устройство с пружинным амортизатором

11. Демпфирующий элемент

12. Пружинящий элемент

13. Манометр

14. Сенсор

15. Управляющие линии сенсора

16. Управляющие линии исполнительного элемента

20, 40. Гидроцилиндр

21, 41. Поршень

22, 42. Нижняя концевая область гидроцилиндра

23, 43. Верхняя концевая область гидроцилиндра

30, 31, 32, 33. Гидролиния

34. Клапан

35. Насос

36. Резервуар для флюида

44. Предохранительный клапан

F - опорная реакция

z - перемещение опоры

p - давление

s - ход пружины

Группа изобретений относится к системе пружинного амортизатора для использования в опорах или в качестве амортизатора, в частности в качестве системы пружинного амортизатора в активных опорах. Система пружинного амортизатора содержит соединительное устройство (20, 30, 40), которое соединяется на участке (3) опоры или демпфирования с грузом (1) и опорным устройством (2) для установки груза (1) на опорном устройстве (2) с возможностью колебания. Соединительное устройство (20, 30, 40) выполнено для передачи нагрузки, создаваемой грузом (1), по существу без потерь на устройство (10) с пружинным амортизатором и для восприятия реакции на это устройства (10) с пружинным амортизатором и ее возврата на груз (1) для противодействия нагрузке демпфированием. При этом устройство (10) с пружинным амортизатором устанавливается и/или установлено с пространственным отделением от участка (3) опоры и демпфирования. Активная демпфирующая колебания опора, в частности опора двигателя, ходовой части или машины, содержит систему пружинного амортизатора. Достигается возможность установки системы при недостаточном пространстве между грузом и опорным устройством без ущерба для демпфирующих или пружинящих свойств. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система пружинного амортизатора для использования в опорах или в качестве демпфера с

устройством (10) с пружинным амортизатором, которое имеет пружинные и демпфирующие свойства, и

соединительным устройством (20, 30, 40), которое выполнено с возможностью соединения на участке (3) опоры или демпфирования с грузом (1) и опорным устройством (2) или которое выполнено с возможностью соединения на нескольких участках опоры или демпфирования с грузом (1) и опорным устройством (2), чтобы устанавливать груз (1) на опорном устройстве (2) с возможностью колебания, и которое выполнено для передачи создаваемой грузом (1) нагрузки по существу без потерь на устройство (10) с пружинным амортизатором и для восприятия реакции устройством (10) с пружинным амортизатором и ее возврата на груз (1) для демпфирующего колебания противодействия нагрузке,

отличающаяся тем, что соединительное устройство (20, 30, 40) содержит первый флюидный подъемный цилиндр (20), который расположен на месте (3) опоры или демпфирования, и второй флюидный подъемный цилиндр (40), причем подъемные цилиндры (20, 40) подвижно соединены посредством флюидной линии (30), причем второй подъемный цилиндр (40) расположен на устройстве (10) с пружинным амортизатором и соединен с ним, так что второй подъемный цилиндр и устройство (10) с пружинным амортизатором находятся в кинематической связи,

причем устройство (10) с пружинным амортизатором установлено с пространственным отделением от участка (3) опоры или демпфирования, так что оно расположено вне промежуточного пространства, образованного между грузом (1) и опорным устройством (2).

2. Система пружинного амортизатора по п.1, отличающаяся тем, что устройство (10) с пружинным амортизатором выполнено в качестве сенсорного исполнительного элемента и оборудовано для регистрации передаваемой нагрузки и для эффективного противодействия передаваемой нагрузке, и/или соединительное устройство (20, 30, 40) может соединяться с грузом (1) и опорным устройством (2) на множестве участков опоры или демпфирования.

3. Система пружинного амортизатора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что устройство (10) с пружинным амортизатором

(а) содержит первый сенсор (13), выполненный для определения первого управляющего значения, зависящего от опорной реакции (F) нагрузки, и/или второй сенсор (14), выполненный для определения второго управляющего значения, зависящего от перемещения (z) опоры нагрузки, и

(b) выполнено для изменения демпфирующих и/или пружинящих свойств устройства (10) с пружинным амортизатором в зависимости от определенного управляющего значения(ий) и/или для исполнительного создания контрсилы к передаваемой нагрузке.

4. Система пружинного амортизатора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что первый флюидный подъемный цилиндр представляет собой гидравлический подъемный цилиндр, и что второй флюидный подъемный цилиндр представляет собой гидравлический подъемный цилиндр.

5. Система пружинного амортизатора по п.3, отличающаяся тем, что первый флюидный подъемный цилиндр представляет собой гидравлический подъемный цилиндр, и что второй флюидный подъемный цилиндр представляет собой гидравлический подъемный цилиндр.

6. Система пружинного амортизатора по п.5, отличающаяся тем, что первый сенсор выполнен в качестве сенсора (13) давления, а устройство (10) с пружинным амортизатором оборудовано для определения в качестве первого управляющего значения давления (р) флюида во втором подъемном цилиндре (40) и/или что второй сенсор (14) регистрирует в качестве второго управляющего значения ход (s) пружины устройства (10) с пружинным амортизатором.

7. Система пружинного амортизатора по п.1, отличающаяся резервуаром (36) для флюида, соединяемым с флюидным контуром, образуемым первыми и вторыми подъемными цилиндрами (20, 40) и первой флюидной линией (30), для варьирования объема флюида во флюидном контуре.

8. Система пружинного амортизатора по одному из пп.1, 5-7, отличающаяся второй флюидной линией (32), с помощью которой подвижно соединены первые и вторые подъемные цилиндры (20, 40), причем первая (30) и вторая флюидная линия (32) заканчиваются в подъемных цилиндрах (20, 40), соответственно, на противоположных сторонах (22, 23, 42, 43) их поршня (21, 41).

9. Система пружинного амортизатора по п.4, отличающаяся второй флюидной линией (32), с помощью которой подвижно соединены первые и вторые подъемные цилиндры (20, 40), причем первая (30) и вторая флюидная линия (32) заканчиваются в подъемных цилиндрах (20, 40), соответственно, на противоположных сторонах (22, 23, 42, 43) их поршня (21, 41).

10. Система пружинного амортизатора по п.1, отличающаяся тем, что первый и/или второй подъемные цилиндры (20, 40) предварительно напряжены.

11. Система пружинного амортизатора по п.1, отличающаяся тем, что соединительное устройство (20, 30, 40) содержит множество первых подъемных цилиндров (20), соединенных, соответственно, на разных участках (3 1, 3 2, 3 3, 3 4) опоры или демпфирования с грузом (1) и опорным устройством (2), причем множество первых подъемных цилиндров (20) по схеме параллельного или последовательного включения флюидно подвижно соединено со вторым подъемным цилиндром (40), причем каждому из первых подъемных цилиндров (20) выделен отдельный резервуар (36) для флюида для варьирования объема флюида в выделенном первом подъемном цилиндре (20).

12. Система пружинного амортизатора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что пружинящее и демпфирующее свойства устройства (10) с пружинным амортизатором создаются, соответственно, одним или отдельными конструктивными элементами.

13. Система пружинного амортизатора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что устройство (10) с пружинным амортизатором содержит

(а) динамически регулируемый демпфирующий элемент (11), в частности демпфирующий элемент, работающий электро- или магнитореологически, и/или

(b) пружинящий элемент (12) с динамически регулируемой жесткостью, в частности механическую пружину с вариабельным предварительным натяжением или пневматический упругий элемент с вариабельными объемом или емкостью; и/или

(c) подвижную катушку.

14. Система пружинного амортизатора по п.1 или 5, отличающаяся тем, что подъемные цилиндры выполнены как гидроцилиндры (20, 40) и содержат несжимаемый, маловязкий флюид.

15. Система пружинного амортизатора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что соединительное устройство выполнено в виде рычажного механизма.

16. Система пружинного амортизатора по п.3, отличающаяся тем, что соединительное устройство выполнено в виде рычажного механизма.

17. Система пружинного амортизатора по п.2, отличающаяся тем, что устройство (10) с пружинным амортизатором выполнено как линейный двигатель, который в зависимости от регистрируемой нагрузки управляется таким образом, что линейный двигатель генерирует упругие и демпфирующие свойства, эффективно противодействующие нагрузке.

18. Система пружинного амортизатора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что

(а) опорным устройством (2) является рама двигателя, а грузом (1) - двигатель, или

(b) опорным устройством (2) является кузов автомобиля, а грузом (1) - ходовая часть или погрузочное устройство автомобиля, или

(c) опорным устройством (2) является несущая структура для автомобильного сиденья, или

(d) опорным устройством (2) является вибростойкая структура, а грузом (1) - машина или монтажное, или транспортное устройство.

19. Активная демпфирующая колебания опора с системой пружинного амортизатора по одному из пп.1-18, в частности опора двигателя, опора ходовой части или опора машины.