DE102005010297A1 - Elektrohydraulisches Aggregat, insbesondere zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Elektrohydraulisches Aggregat, insbesondere zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Günther VOGEL
René LENZ
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Continental Teves AG and Co OHG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Aggregat, dessen für eine Elektronikeinheit vorgesehenes Gehäuse (13) unmittelbar auf einer Oberfläche (A3) eines für eine Hydraulikeinheit vorgesehenen Aufnahmekörpers (1) aufgesetzt ist, wobei an der Oberseite (A3) Teile eines Richtungs- und Sicherheitsventils (5, 6) zur elektrischen Kontaktierung mit der Elektronikeinheit hervorstehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Aggregat umfassend eine Hydraulikeinheit für die aktive Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bekannt ist aus dem Vortrag „Dynamic Drive, Das Wankstabilisierungssystem des 7'er und des neuen 5'er" im Haus der Technik am 12./13. November 2003 eine Hydraulikeinheit (HCU) mit einer separaten Elektronikeinheit (ECU). Die Ventile und Sensoren der Hydraulikeinheit sind separat mit Einzelsteckern elektrisch kontaktiert und mit einem Zusatzkabelbaum mit der separaten Elektronikeinheit verbunden, die fern der Hydraulikeinheit im Fahrzeug angeordnet ist. Ferner sind die hydraulischen und elektrischen Anschlüsse über verschiedene Flächen an der Hydraulikeinheit verteilt angeordnet, was bezüglich Packaging und Montage ungünstig ist.
    •
  • Ziel der Erfindung ist es, eine bezüglich Kosten, Montage und Packaging optimiertes elektrohydraulisches Aggregat darzustellen.
  • Die Aufgabe wird für ein elektrohydraulisches Aggregat der angegebenen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, die Hydraulikeinheit (HCU) mit der Elektronikeinheit (ECU) sinnvoll zu einem Gesamtgerät (HECU) zu integrieren. Dadurch entfällt der Zusatzaufwand der Verkabelung zwischen HCU und ECU als auch Fehlermöglichkeiten, die sich durch Einzelsteckverbindungen ergeben. Weiterhin wird mit der Erfindung auch das Gesamtgewicht und die Baugröße des Aggregates reduziert.
    •
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand einer Beschreibung der 1 bis 7 näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Außenansicht der Hydraulikeinheit,
  • 2 einen hydraulischen Schaltplan für die Hydraulikeinheit,
  • 3 die auf eine Elektronikeinheit ausgerichtete Hydraulikeinheit,
  • 4 das Verbohrungskonzept der Hydraulikeinheit mit den in der Vorderansicht abgebildeten Anschlussbohrungen,
  • 5 das Verbohrungskonzept der Hydraulikeinheit in einer um 180 Grad um die Hochachse gedrehten Ansicht,
  • 6 einen Längsschnitt durch die Hydraulikeinheit im Bereich des Sicherheits- und Richtungsventils,
  • 7 eine Gesamtansicht des Aggregats in Verbindung mit einem Halter zur Befestigung an der Karosserie.
  • Die 1 zeigt den Aufbau der Hydraulikeinheit (HCU) der Aktiven Wankstabilisierung (AWS) in einer Perspektivansicht. Die Hydraulikeinheit besteht aus einem rechteckförmigen Aufnahmekörper 1, der bevorzugt im Strangpressverfahren hergestellt aus einer Aluminium-Knetlegierung besteht. In den Aufnahmekörper 1 münden im wesentlichen auf drei Körperflächen beschränkt mehrere Aufnahmebohrungen ein, welche die hydraulischen Funktionsteile, die in den Aufnahmekörper eingesetzt sind, aufnehmen, die über kurze Kanäle entsprechend dem hydraulischen Schaltplan nach 2 miteinander verbinden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 sind in 1 zwei in Reihe geschalteten Proportionalventile 2 in Parallelanordnung in einer Seitenfläche A1 des Aufnahmekörpers 1 zu erkennen. Jedes der beiden Proportionalventile 2 wird durch jeweils ein stromlos offenes Vorsteuerventil 3 hydraulisch stufenlos betätigt. Die beiden Vorsteuerventile 3 befinden sich baulich in Parallelanordnung in einer rechtwinklig zur Seitenfläche A1 angeordneten weiteren Seitenfläche A2, wodurch besonders einfache Kanalverbindungen mit den Proportionalventilen gewährleistet sind. Über einen hydraulischen Pumpenanschluss P auf der Oberseite A3 des Aufnahmekörpers 1 wird der Volumenstrom einer externen Pumpe eingespeist und im inaktiven Zustand der Anlage nahezu ohne Staudruck durch die Kanäle im Aufnahmekörper 1 zu den beiden Proportionalventilen 2 geleitet. Von dort gelangt der Volumenstrom in der Offenstellung der Proportionalventile 2 über das Kanalsystem der Hydraulikeinheit zu dem parallel zum Pumpenanschluss P an der Oberseite A3 angeordneten Tankanschluss T, um über einen extern zur Hydraulikeinheit angeordneten Tank zu gelangen, der die Pumpe mit Druckmittel versorgt.
  • Werden die Proportionalventile 2 angesteuert, erzeugen sie stromaufwärts jeweils einen Staudruck. Der Staudruck ist variabel und kann für jedes Proportionalventil 2 getrennt geregelt werden. Die Staudrücke werden mit Hilfe von zwei Drucksensoren 4 überwacht und geregelt, die vorteilhaft baulich parallel zu den Vorsteuerventilen 3 in einer Reihe mit den Vorsteuerventilen 3 an der weiteren Seitenfläche A2 angeordnet sind.
  • Da sich durch die Reihenschaltung der Proportionalventile 2 die Staudrücke stromaufwärts der Proportionalventile 2 aufsummieren, steht zwischen dem Pumpenanschluss P und dem ersten Proportionalventil 2 der Gesamtstaudruck beider Proportionalventile 2 im Kanalsystem an und weiter stromab, zwischen erstem und zweitem Proportionalventil 2, steht nur der Staudruck des zweiten Proportionalventils 2 an. Der höhere Gesamtstaudruck im Kanalsystem wird über ein vorzugsweise elektromagnetisch betätigbares Richtungsventil 5 und ein stromabwärts dazu angeordnetes gleichfalls elektromagnetisch betätigbares Sicherheitsventil 6 an die Vorderachsaktuator-Anschlüsse V1, V2 weitergeleitet, während der niedrigere oder höchstens gleich große Staudruck des zweiten Proportionalventils 2 unter Umgehung des Sicherheits ventils 6 gleichfalls über das Richtungsventil 5 an die Hinterachsaktuator-Anschlüsse H1, H2 gelangt.
  • Das Sicherheits- als auch das Richtungsventil 6, 5 sind zweckmäßigerweise infolge der elektromagnetischen Ansteuerweise gleichfalls in Parallelanordnung zu den beiden elektromagnetisch betätigbaren Vorsteuerventilen 3 an der weiteren Seitenfläche A2 angeordnet, so dass die Ventildome der Vorsteuerventile 3 und der Richtungs- und Sicherheitsventile 5, 6 zur Kontaktierung mehrerer in einer Elektronikeinheit integrierten Ventilspulen 7 gemeinsam an der weiteren Seitenfläche A2 hervorstehen.
  • Vorteilhaft ist die hydraulische Betätigung der Proportionalventile 2 durch die kleinen Vorsteuerventile 3. Dies hat eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens gegenüber magnetisch angesteuerten Proportionalventilen 2 zur Folge. Die von den Proportionalventilen 2 eingesteuerten Drücke können bei äußeren Störungen (Fahrbahnunebenheiten) somit besser konstant gehalten werden, was den Fahrkomfort verbessert. Durch die hydraulische Vorsteuerung benötigt man nur geringe Steuerenergien, um große Volumenströme, welche durch das Kanalsystem fließen, zu beeinflussen. Die hydraulische Vorsteuerung ermöglicht überdies die platzsparende Anordnung der Proportionalventile 2 innerhalb des Aufnahmekörpers 1.
  • Wie aus 2 deutlich wird, hat das als 8/4-Wegeventil ausgeführte Richtungsventil 5 eine Umkehrfunktion der Volumenströme zur Folge. Das Richtungsventil 5 verbindet jeweils einen von zwei Aktuatoranschlüssen V1, V2 bzw. H1, H2 an der Vorder- bzw. der Fahrzeughinterachse mit dem über das zugehörige Proportionalventil 2 eingeregelten Pumpen druck, sowie den jeweils anderen Aktuatoranschluss V1, V2 bzw. H1, H2 mit dem Tankanschluss T. Durch das elektromagnetsiche Umschalten des Richtungsventils 5 wird die Zuordnung der beiden Aktuatoranschlüsse für jeden Aktuator (Vorder- und Hinterachsaktuator 8, 9) über Kreuz vertauscht, um die gewünschte Wankstabilisierung des Fahrzeugs zu erreichen.
  • Das Sicherheitsventil 6 ist für den Fall eines Defektes der Anlage vorgesehen. Im Normalbetrieb ist es ständig elektromagnetisch angesteuert und verbindet den jeweiligen Pumpenanschluss P (Betriebsdruck) und den Tankanschluss T über die Aktuatoranschlüsse V1, V2 mit den beiden Kammern des Vorderachsaktuators 8. Beim Ausfall der elektrischen Energieversorgung (Fehlerfall) geht es selbsttätig in seine Ruhestellung zurück. Dabei werden die Aktuatoranschlüsse V1, V2 verschlossen und der Pumpen- und Tankanschluss P, T miteinander kurzgeschlossen.
  • In 3 ist das sogenannte „magnetische Steckerprinzip" zwischen der Elektronikeinheit ECU und der Hydraulikeinheit HCU dargestellt. Die Ventilspulen 7 und die Drucksensorkontaktierung sind zusammen mir der hierfür erforderlichen Elektronik in einem einzigen Gehäuse 13 der Elektronikeinheit untergebracht. Durch die Orientierung aller Ventilspulen 7 und der Drucksensorkontaktierung in die Richtung der an der Hydraulikeinheit hervorstehenden Ventildome und Drucksensoren 4 kann das Gehäuse 13 der Elektronikeinheit einfach auf die Ventildome und die Drucksensoren 4 an der Seitenfläche A2 gesteckt und befestigt werden. Die elektrischen und elektronischen Komponenten in der Elektronikein heit sind durch eine umlaufende Dichtung gegen Feuchteeinflüsse geschützt. Wahlweise kann diese Dichtung auch durch einen sogenannten Taschenverguss ersetzt werden.
  • Zur unkomplizierten Abdichtung hat die Hydraulikeinheit an der Seitenfläche A2 eine plane Auflagefläche. Die in der Elektronikeinheit für die Vorsteuerventile 3 eingebauten Ventilspulen 7 unterscheiden sich in der Höhe stark von den Ventilspulen 7 für das Richtungs- und Sicherheitsventil 5, 6. Wollte man die Ventilspulen 7 alle auf derselben Ebene bzw. Oberfläche der Hydraulikeinheit aufsetzen, ergäben sich in der Elektronikeinheit zwei verschiede Höhenmaße, auf denen jeweils die Kontaktierungen zwischen den Ventilspulen 7 und Elektronik-Platinen unterschiedlich ausgeführt werden müssten. Eine unmittelbare Kontaktierung aller Ventilspulen 7 zu einer Platine wäre, zumindest in automatisierter Montage, dann nicht möglich. Die Kontaktierungen lassen sich auf eine gemeinsame Höhe bringen, wenn man die langen Sicherheits- und Richtungsventils 6, 5 in entsprechende Vertiefungen in den erforderlichen Aufnahmebohrungen der Seitenfläche A2 anordnet.
  • Die oben beschriebene einfache Direktkontaktierung der Ventilspulen 7 und Drucksensoren 4 mit der Platine spart im Gehäuse der Elektronikeinheit Platz. Wie man in 3 sieht, ist ein Zentralstecker 10 der Elektronikeinheit ebenso wie die Ventilspulen 7 senkrecht zur skizzierten Platinenebene 11 angeordnet. Auch dies spart im Gegensatz zur winkeligen Anbindung mit gekröpften Leitern zwischen Zentralstecker 10 und Platine Bauraum. Insgesamt wird die nötige Platinenfläche dadurch so klein bzw. so effektiv ge nutzt, dass die erwähnte senkrechte Anordnung von Zentralstecker 10 und Ventilspulen 7 zur Platine gut realisierbar ist.
  • Vorteilhaft ist, dass die Platinenebene 11 um 90° gedreht zur Achse des Richtungsschieber 5 liegt. Dadurch ist die Spule des Wegsensors 12 (Positionskontrolle des Ventilschiebers, siehe auch Schaltplan 2) in Steckrichtung des Magnetsteckers in die Elektronikeinheit integrieren. Das spart Kosten und Bauraum.
  • Ein weiterer Vorteil des Gesamtaufbaus ist, dass die Elektronikeinheit im Fehlerfall als separates Ersatzteil getauscht werden kann. Dies hat, auch das ist positiv, nur einen einzigen Zentralstecker 10 zum Fahrzeugkabelbaum.
  • Zu sehen ist in 4 und 5 die Gesamtverbohrung des blockförmigen Aufnahmekörpers 1 für das schematisch in 2 gezeigte Kanalsystem in einer räumlichen Darstellung.
  • Die 4 verdeutlicht die für den Pumpenanschluss P, den Tankanschluss T und die Aktuatoranschlüsse V1, V2, H1, H2 erforderlichen sechs Aufnahmebohrungen in der rechtwinklig zu den beiden Seitenflächen A1, A2 angeordneten Oberfläche A3. Hierdurch ergibt sich ein einheitliches, prüf- und montagegünstiges Anschlussbild für alle an der Oberfläche A3 anschließbaren Rohr- und/oder Rohrverbindungen als auch für sämtliche Funktionselemente an der weiteren Seitenfläche A2.
  • Die auf der Höhe der Proportionalventile 2 in die Oberseite A3 einmündenden beiden Aufnahmebohrungen sind für den Pumpen- und Tankanschluss P, T, die vier darunter angeordneten Aufnahmebohrungen sind für die Aktuatoranschlüsse V1, V2, H1, H2 vorgesehen.
  • Die 5 zeigt den Aufnahmekörper 1 nach 4 in einer um 180 Grad um die Hochachse gedrehten Ansicht, wodurch die für das Richtungs- und Sicherheitsventil 5, 6 erforderlichen Aufnahmebohrungen besonders gut erkennbar sind. Da das Richtungs- und Sicherheitsventil 5, 6 als Schieberventile ausgeführt sind, erstrecken sich die erforderlichen Aufnahmebohrungen über nahezu die gesamte Bauhöhe des Aufnahmekörpers 1. Durch die gewählte Ausrichtung der für das Richtungs- und Sicherheitsventil 5, 6 vorgesehenen beiden parallelen Aufnahmebohrungen längsseits im blockförmigen Aufnahmekörper 1 lässt sich zum Ausgleich der unterschiedlichen Ventildomlängen das Richtungs- und Sicherheitsventil 5, 6 problemlos unterschiedlich tief im Aufnahmekörper 1 platzieren. Wie aus 1, 2 bereits bekannt, ergibt sich hierdurch eine vereinfachte Ausbildung der Elektronikeinheit.
  • Der konstruktive Aufbau des Richtungs- und Sicherheitsventil 5, 6 ist im Längsschnitt anhand der 6 zu erkennen, wobei zu beachten ist, das die beiden abgebildeten Ventilspulen 7 ein im nicht abgebildeten Gehäuse 13 der Elektronikeinheit integrierter Bestandteil sind, so dass die Ansicht nach 6 den funktionsfähigen Gesamtzustand des Aggregats darstellt, in dem die Ventilspulen 7 auf den Ventildomen des Richtungs- und Sicherheitsventil 5, 6 endposi tioniert sind. Zur Überwachung der Schieberposition des Richtungsventils 5 befindet sich zweckmäßigerweise ein Wegsensor 12 unmittelbar hinter der Ventilspule 7 auf dem Ventildom angeordnet, der gleichfalls wie die Ventilspulen über elektrische Kontakte mit der im Gehäuse 13 der Elektronikeinheit angeordneten Platine verbunden ist. Zur Gewährleistung der erforderlichen Betriebssicherheit des Richtungs- und Sicherheitsventil 5, 6 sind beide Ventilschieber 15, 16 in Laufbuchsen 14 verschleißarm geführt, die in die Aufnahmebohrungen des Aufnahmekörpers 1 eingepresst sind. Die elektromagnetische Betätigung der beiden Ventilschieber erfolgt über jeweils einem am Magnetanker 17 befestigten Stößel, der entgegen der Wirkung einer auf den Ventilschieber einwirkenden Druckfeder 18 jeweils auf das von der Druckfeder 18 abgewandtn Ende des Ventilschiebers wirkt.
  • Schließlich zeigt die 7 das erfindungsgemäße Aggregat in einer bevorzugten Einbaulage im Fahrzeug, wozu ein plattenförmiger Halter 19 an der zu den Proportionalventilen 2 entgegengelegenen Seitenfläche des Aufnahmekörpers 1 befestigt ist, die frei von den bisher erläuterten Aufnahme- und Kanalbohrungen ist. Der Halter 19 ist bevorzugt als Blechpressteil mit einer Dreipunktlagerung ausgeführt, die bevorzugt über Gummielemente mit der Fahrzeugkarosserie verschraubt ist.
    • 1
    Aufnahmekörper
    2
    Proportionalventil
    3
    Vorsteuerventil
    4
    Drucksensor
    5
    Richtungsventil
    6
    Sicherheitsventil
    7
    Ventilspule
    8
    Vorderachsaktuator
    9
    Hinterachsaktuator
    10
    Zentralstecker
    11
    Platinenebene
    12
    Wegsensor
    13
    Gehäuse
    14
    Laufbuchse
    15
    Ventilschieber
    16
    Ventilschieber
    17
    Magnetanker
    18
    Druckfeder
    A1
    Seitenfläche
    A2
    Seitenfläche
    A3
    Oberfläche

Claims (5)

  1. Elektrohydraulisches Aggregat, umfassend eine Hydraulik- und eine Elektronikeinheit für die aktive Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Aufnahmekörper für die Hydraulikeinheit, der wenigstens ein Proportionalventil, ein Richtungs- und Sicherheitsventil aufnimmt, mit einem Gehäuse für die Elektronikeinheit, in dem elektrische und/oder elektronische Bauelemente zur elektromagnetischen Betätigung des Richtungs- und Sicherheitsventils angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (13) der Elektronikeinheit unmittelbar auf einer Oberfläche (A3) des Aufnahmekörpers (1) aufgesetzt ist, wobei an der Oberfläche (A3) Teile des Richtungs- und Sicherheitsventils (5, 6) zur elektrischen Kontaktierung mit der Elektronikeinheit hervorstehen.
  2. Elektrohydraulisches Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (2) mittels eines elektromagnetischen Vorsteuerventils (3) hydraulisch betätigbar ist, wobei das Vorsteuerventil (3) neben dem Richtungs- und Sicherheitsventil (5, 6) in einer in die Oberfläche (A3) einmündenden Aufnahmebohrung angeordnet und elektrisch mit der Elektronikeinheit kontaktierbar ist.
  3. Elektrohydraulisches Aggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche (A3) wenigstens eine weitere Aufnahmebohrung einmündet, in die ein Drucksensor (4) eingesetzt ist, der elektrisch mit der Elektronikeinheit kontaktierbar ist.
  4. Elektrohydraulisches Aggregat nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (13) der Elektronikeinheit mehrere Ventilspulen (7) angeordnet sind, die fluchtend zu dem Vorsteuerventil (2), dem Richtungs- und Sicherheitsventil (5, 6) auf mehrere Ventildome aufgesetzt sind.
  5. Elektrohydraulisches Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilspulen (7) sowie ein Elektrokontakt, der zur Verbindung mit wenigstens einem im Aufnahmekörper (1) angeordneten Drucksensor (4) vorgesehen ist, an einer im Gehäuse (13) befestigten Platine angeordnet sind, deren Platinenebene (11) parallel zur Oberfläche (A3) ausgerichtet ist.
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