DE102005015959A1 - Aktives Fahrwerk für ein Fahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Steller - Google Patents
Aktives Fahrwerk für ein Fahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Steller Download PDFInfo
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Abstract
Ein aktives Fahrwerk für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem Rad, welches mittels einer Radaufhängung bewegbar an einem Aufbau des Fahrzeugs angebracht ist und bei dem das Rad gegenüber dem Aufbau mit einer Federeinrichtung abgestützt ist, deren Federkraft aktiv veränderbar ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung mit einem ersten Steller gebildet ist, der kraftleitend mit einem zweiten Steller verbunden ist, und dass dieser zweite Steller seinerseits mit einem Federelement belastet ist, dessen auf den zweiten Steller wirkende Federkraft aktiv veränderbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein aktives Fahrwerk für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem Rad, welches mittels einer Radaufhängung bewegbar an einem Aufbau des Fahrzeugs angebracht ist und bei dem das Rad gegenüber dem Aufbau mit einer Federeinrichtung abgestützt ist, deren Federkraft aktiv veränderbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Fahrwerk.
- Bei aktiven Fahrwerken für Kraftfahrzeuge sind verschiedene Systeme bekannt, welche an der Federeinrichtung, wie beispielsweise einem Federbein, eine Bewegung in der Stützrichtung der Federeinrichtung erzeugen. Diese Systeme müssen für diese Bewegung jedoch teilweise das gesamte Gewicht des Aufbaus anheben und verbrauchen daher vergleichsweise viel Energie, was sich negativ auf den Kraftstoffverbrauch des zugehörigen Kraftfahrzeugs auswirkt.
- Es ist ferner ein System bekannt, wie es in
1 dargestellt ist. Ein solches aktives Fahrwerk weist ein Rad10 , eine Radaufhängung12 , einen Aufbau14 und eine Federeinrichtung mit einem Federbein16 auf. Zum Verstellen der Federkraft an der Federeinrichtung wirkt ein Aktuator nicht in Richtung des das Fahrzeuggewicht abstützenden Federbeins16 , sondern quer zu dieser Richtung. Mit anderen Worten wird mit dem Aktuator die für die Federeinrichtung relevante Wirklänge eines Querlenkers der Radaufhängung12 verändert, indem die Federeinrichtung bzw. das Federbein16 an dem Querlenker verschoben wird. Das System weist jedoch den Nachteil auf, dass teilweise bereits in der Grundstellung, zumindest aber beim Einfedern die ideale, quer zur Federkraft liegende Bewegungsrichtung des Federbeins verlassen wird. Zum Verstellen wird dann bereits auch ohne Verluste aufgrund von Reibung oder Beschleunigung wieder mehr mechanische Energie benötigt. Ein weiterer Nachteil dieses Systems ist der relativ große Platzbedarf für das Verschieben des Federbeins16 . Außerdem ist für eine Regelung der Beschleunigung des Aufbaus14 und der Schwankungen der Radlast eine relativ hohe Dynamik der Kraftveränderung erforderlich, welche je nach Masse des zu verschiebenden Federbeins16 erhebliche mechanische Leistung erfordern kann. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einem aktiven Fahrwerk zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile überwunden und insbesondere trotz eines geringen, am Rad zur Verfügung stehenden Bauraums eine energiesparende aktive Steuerung bzw. Regelung des Fahrwerks möglich ist.
- Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem gattungsgemäßen aktiven Fahrwerk gelöst, bei dem die Federeinrichtung mit einem ersten Steller (Geber) gebildet ist, der kraftleitend mit einem zweiten Steller (Nehmer) verbunden ist, und bei dem dieser zweite Steller seinerseits mit einem Federelement belastet ist, dessen auf den zweiten Steller wirkende Federkraft aktiv veränderbar ist. Ferner ist die Aufgabe mit einem Fahrzeug gelöst, welches mit einem derartigen erfindungsgemäßen Fahrwerk versehen ist.
- Bei dem erfindungsgemäßen Fahrwerk ist am Rad ein erster Steller vorgesehen, der als ein Stützelement an der Radaufhängung wirkt und als solcher nur einen geringen Bauraum benötigt. Dieser erste Steller ist kraftleitend mit einem zweiten Steller verbunden, der als solcher mehr oder weniger an beliebiger Stelle am oder im Aufbau des Fahrzeugs angeordnet sein kann. Der zweite Steller ist von einem Federelement belastet, wobei an der Anordnung von zweitem Steller und Federelement die auf den zweiten Steller wirkende Federkraft aktiv verändert werden kann. Diese Veränderung der Federkraft am zweiten Steller wirkt sich durch die erfindungsgemäß vorgesehene kraftleitende Verbindung unmittelbar auf den ersten Steller und damit auf das an der Radaufhängung befestigte Rad aus. Es kann erfindungsgemäß dadurch eine am Rad besonders raumsparende Anordnung geschaffen werden. Ferner kann die Federkraftverstellung am zweiten Steller weitgehend frei gestaltet werden und es können dabei besonders vorteilhafte Konstruktionen gewählt werden, welche nur einen geringen Energieverbrauch bei der Verstellung aufweisen.
- Für die erfindungsgemäße kraftleitende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Steller sollte vorteilhaft eine hydraulische Leitung vorgesehen sein. Mit einer solchen Leitung können hohe Stellkräfte bei gleichzeitig geringen dynamischen Verlusten übertragen werden.
- Der erste und/oder der zweite Steller des erfindungsgemäßen Fahrwerks sollte vorteilhaft als eine Zylinder-Kolben-Anordnung, insbesondere mit einem zweiseitig wirkenden Kolben gestaltet sein. Mit derartigen Kolben, auf welche an beiden Seiten ein Hydraulikfluid einwirken kann, kann das Rad am Fahrwerk sowohl aktiv angehoben als auch abgesenkt werden.
- Wie oben bereits erwähnt, kann der erfindungsgemäße erste Steller unmittelbar an der Radaufhängung besonders raumsparend angeordnet werden. Dies ist insbesondere möglich, indem der erste Steller einerseits am Aufbau des Fahrzeugs und andererseits an der Radaufhängung abgestützt ist. Der zweite Steller kann hingegen an einer anderen Stelle des Fahrzeugs angeordnet sein und dabei einerseits am Aufbau des Fahrzeugs sowie andererseits mittels des Federelements abgestützt sein. Die Abstützpunkte der Steller sind hierbei vorteilhaft als Schwenkgelenke, z.B. in Form von Bolzen, gestaltet, welche zwar ein Schwenken, nicht aber ein Verschieben eines jeweiligen Kopfes oder Fußes der Steller ermöglichen.
- Das erfindungsgemäß angeordnete Federelement braucht nicht zwingend in dem zum Rad gehörenden Radhaus oder in der Nähe des Rades angeordnet zu sein, wenngleich es grundsätzlich möglich ist, das Federelement dort anzuordnen. Es ist ferner nicht zwingend erforderlich, dass das erfindungsgemäße Federelement selbst in seiner Federkraft veränderbar oder quer zu seiner Stützrichtung verschiebbar ist. Bei nachfolgend noch näher erläuterten vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist es aufgrund der vergleichsweise freien Gestaltungsmöglichkeiten um das Federelement herum möglich, andere Verstellmittel für die Federkraft vorzusehen. Es ist daher erfindungemäß möglich, dass das verwendete Federelement lediglich einerseits am Aufbau abgestützt zu sein braucht und andererseits zum Belasten des zweiten Stellers dient.
- Eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte Ausgestaltung für die aktive Veränderung der auf den zweiten Steller wirkenden Federkraft des Federelements sieht vor, dass mindestens ein weiterer Steller vorgesehen ist, welcher zum zweiten Steller parallel geschaltet und ebenfalls mit dem Federelement belastet ist. Mit diesem mindestens einen weiteren Steller kann eine Verringerung und/oder Verstärkung der auf den zweiten Steller wirkenden Federkraft vorgenommen werden. So kann beispielsweise parallel zum zweiten Steller ein dritter Steller geschaltet sein, der ebenfalls an die hydraulische Leitung zwischen dem ersten und zweiten Steller angeschlossen ist und Hydraulikfluid mit dem ersten Steller austauschen kann. Die Leitung zum dritten Steller kann dann wahlweise gesperrt werden, so dass z.B. lediglich der zweite Steller mit dem ersten Steller Hydraulikfluid austauscht und, wegen der dabei veränderten hydraulisch wirksamen Fläche, entsprechend die an dem zweiten und dritten Steller wirkende Federkraft gegenüber dem ersten Steller anders übersetzt wird.
- Um eine derartige Anordnung einfach regeln und zugleich mit hoher Dynamik die erforderlichen Kräfte übertragen zu können, sollte der mindestens eine weitere Steller dabei ebenfalls als eine Zylinder-Kolben-Anordnung, insbesondere mit einem zweiseitig wirkenden Kolben gestaltet sein.
- Alternativ oder zusätzlich sollte der zweite Steller und gegebenenfalls der mindestens eine weitere Steller gemeinsam an einem Hebelarm angelenkt sein, der ferner von dem Federelement belastet ist. Der Hebelarm kann am Aufbau angelenkt sein und kann alternativ oder zusätzlich auch dazu eingerichtet sein, dass an ihm zumindest teilweise einer der Steller verschoben werden kann, um eine Variation der Kraftübertragung zum ersten Steller zu erreichen.
- Bei dem erfindungsgemäßen System eines aktiven Fahrwerks wird die mittlere im Federelement gespeicherte Energie in Abhängigkeit von den inneren hydraulischen Verlusten, dem verwendeten Regelalgorithmus sowie der mechanischen Anregung des Fahrzeugs im Wesentlichen erhalten bleiben oder über die Betriebszeit hinweg nur wenig absinken. Wenn Energie- oder Druckverluste auftreten, so können diese vorteilhaft durch eine Einrichtung kompensiert werden, insbesondere in Gestalt einer Hydraulikpumpe, welche zum Zuführen von Energie zu mindestens einem der Steller dient. Die dabei kurzzeitig erforderliche Maximalleistung sowie der durchschnittliche Energieverbrauch dieser Einrichtung sind jedoch erheblich geringer, als bei bekannten, vollaktiven (hydraulischen) Fahrwerken.
- Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit dessen Fahrwerk anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine stark vereinfachte Ansicht eines Fahrzeug-Aufbaus (Viertelfahrzeug) mit einem bekannten aktiven Fahrwerk, welches bereits eingangs beschrieben worden ist, und -
2 eine stark vereinfachte Ansicht eines Fahrzeug-Aufbaus (Viertelfahrzeug) mit einem Ausführungsbeispiel eines aktiven Fahrwerks gemäß der Erfindung. - In
2 ist ein Teil eines erfindungsgemäß gestalteten Fahrwerks18 mit einem Aufbau20 als ein so genanntes Viertelfahrzeug dargestellt. An dem Aufbau20 des weiter nicht veranschaulichten Fahrzeugs ist eine Radaufhängung in Form eines im Wesentlichen waagrecht angeordneten, stabförmigen Querlenkers22 vorgesehen, welcher mit einem Ende durch ein Schwenkgelenk24 am Aufbau20 befestigt ist und mit seinem anderen Ende ein Rad26 trägt. - Der Querlenker
22 ist in etwa seiner Mitte mit einem so genannten ersten Steller in Form einer Zylinder-Kolben-Anordnung28 am Aufbau20 abgestützt. Die Zylinder-Kolben-Anordnung28 ist dabei mit einem Endbereich an einem Gelenk30 am Querlenker22 befestigt und mit ihrem anderen Endbereich mit einem Gelenk32 am Aufbau20 unverschiebbar angebracht. Die Zylinder-Kolben-Anordnung28 weist dabei einen als Gehäuse wirkenden Zylinder34 sowie einen darin verschiebbar gelagerten Kolben36 auf. Der Kolben36 ist mit einer Kolbenstange38 kraftleitend verbunden, welche bezogen. auf die2 nach unten aus dem Zylinder34 herausragt. Dabei grenzt der Kolben36 in dem Zylinder34 eine erste und eine zweite hydraulische Kammer40 bzw.42 ab. Diese Kammern40 und42 sind einzeln mit einer hydraulischen Leitung44 bzw.46 verbunden, welche von der Zylinder-Kolben-Anordnung28 ausgehend in das Innere des Aufbaus20 geführt sind. - Dort wo die Leitungen
44 und46 im Aufbau20 enden, befinden sich insgesamt drei Steller in Form einer Zylinder-Kolben-Anordnung48 , einer Zylinder-Kolben-Anordnung50 sowie einer Zylinder-Kolben-Anordnung52 . - Diese Zylinder-Kolben-Anordnungen
48 ,50 und52 sind mit ihrem bezogen auf die2 oberen Enden jeweils am Aufbau20 abgestützt und greifen mit ihren bezogen auf die2 unteren Enden jeweils an einem Hebelarm54 an, der seinerseits von einem Federelement56 belastet ist. Das Federelement56 ist dabei mit einem Stützgelenk58 am Aufbau20 derart gehaltert, dass die Zylinder-Kolben-Anordnungen48 ,50 und52 allesamt von dem Federelement56 vorgespannt sind. - Von den Zylinder-Kolben-Anordnungen
48 ,50 und52 sind die ersten beiden genannten mit durchgezogen Linien dargestellt und in Entsprechung zu der Zylinder-Kolben-Anordnung28 jeweils mit einem Zylinder60 bzw.70 , einem Kolben62 bzw.72 , einer Kolbenstange64 bzw.74 , einer ersten Kammer66 bzw.76 sowie einer zweiten Kammer68 bzw.78 versehen. - Die Zylinder-Kolben-Anordnung
52 ist mit gestrichelten Linien dargestellt, wodurch angedeutet werden soll, dass diese Einrichtung optional ist und gegebenenfalls auch mehrere solcher Einrichtungen vorgesehen sein können. - Um die erfindungsgemäß gewünschte Funktion des derart gestalteten, aktiven Fahrwerks
18 zu gewährleisten, ist die oben genannte Leitung44 , welche von der bezogen auf die2 unteren Kammer40 der Zylinder-Kolben-Anordnung28 ausgeht, durch eine Leitung80 mit der bezogen auf die2 unteren Kammer66 der Zylinder-Kolben-Anordnung48 fluidleitend verbunden. Ferner ist die bezogen auf die2 mit der oberen Kammer42 verbundene Leitung46 durch eine Leitung82 mit der Kammer68 fluidleitend verbunden. Darüber hinaus ist eine Leitung84 vorgesehen, mittels der die Leitung44 mit der unteren Kammer76 der Zylinder-Kolben-Anordnung50 fluidleitend verbunden ist. In dieser Leitung84 ist ein als Sperrventil wirkendes, fernsteuerbares Arbeitsventil86 angeordnet. Schließlich ist noch eine Leitung88 vorgesehen, mittels der die Leitung46 mit der Kammer78 fluidleitend verbunden ist, sowie ein Leerlaufventil90 , welches in einer die Leitung88 mit der Leitung84 verbindenden Kurzschlussleitung92 angeordnet ist. - Die derart geschaffene hydraulische Schaltung ist mit einer nicht dargestellten Steuerung versehen, mittels der das Fahrverhalten des zugehörigen Fahrzeugs durch Schalten der Ventile
86 und90 beeinflusst werden kann. - Dies ist möglich, weil die Zylinder-Kolben-Anordnung
28 in der Schaltung als ein so genannter Gebersteller wirkt, mittels dem das Rad26 gefedert gehaltert ist. Die zugehörige Federkraft wird dabei nicht direkt in der Zylinder-Kolben-Anordnung28 generiert sondern indirekt über die hydraulische Verbindung mit der als Nehmersteller wirkenden Zylinder-Kolben-Anordnung48 sowie dem dort angreifenden Federelement56 . - Zu beachten ist dabei, dass die Federkraft, welche von der Zylinder-Kolben-Anordnung
48 auf die Zylinder-Kolben-Anordnung28 übertragen wird, mittels der weiteren Zylinder-Kolben-Anordnung50 variiert werden kann, indem an dieser Zylinder-Kolben-Anordnung50 das Arbeitsventil86 wahlweise geschlossen und geöffnet sowie entsprechend das Leerlaufventil90 geöffnet und geschlossen wird. Durch ein derartiges Zu- und Abschalten der Zylinder-Kolben-Anordnung50 wird die hydraulische Wirkfläche der beiden Anordnungen48 und50 derart verändert, dass eine entsprechende Unter- bzw. Übersetzung im Verhältnis zur Zylinder-Kolben-Anordnung28 erzeugt wird. -
- 10
- Rad
- 12
- Radaufhängung
- 14
- Aufbau des Fahrzeugs
- 16
- Federeinrichtung mit einem Federbein
- 18
- Fahrwerk
- 20
- Aufbau des Fahrzeugs
- 22
- Radaufhängung in Form eines Querlenkers
- 24
- Schwenkgelenk
- 26
- Rad
- 28
- Steller in Form einer Zylinder-Kolben-Anordnung
- 30
- Gelenk
- 32
- Gelenk
- 34
- Zylinder
- 36
- Kolben
- 38
- Kolbenstange
- 40
- Kammer
- 42
- Kammer
- 44
- Leitung
- 46
- Leitung
- 48
- Steller in Form einer Zylinder-Kolben-Anordnung
- 50
- Steller in Form einer Zylinder-Kolben-Anordnung
- 52
- Steller in Form einer Zylinder-Kolben-Anordnung
- 54
- Hebelarm
- 56
- Federelement
- 58
- Stützgelenk
- 60
- Zylinder
- 62
- Kolben
- 64
- Kolbenstange
- 66
- Kammer
- 68
- Kammer
- 70
- Zylinder
- 72
- Kolben
- 74
- Kolbenstange
- 76
- Kammer
- 78
- Kammer
- 80
- Leitung
- 82
- Leitung
- 84
- Leitung
- 86
- Arbeitsventil
- 88
- Leitung
- 90
- Leerlaufventil
- 92
- Kurzschlussleitung
Claims (11)
- Aktives Fahrwerk (
18 ) für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem Rad (26 ), welches mittels einer Radaufhängung (22 ) bewegbar an einem Aufbau (20 ) des Fahrzeugs angebracht ist und bei dem das Rad (26 ) gegenüber dem Aufbau (20 ) mit einer Federeinrichtung abgestützt ist, deren Federkraft aktiv veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung mit einem ersten Steller (28 ) gebildet ist, der kraftleitend mit einem zweiten Steller (48 ) verbunden ist, und dass dieser zweite Steller (48 ) seinerseits mit einem Federelement (56 ) belastet ist, dessen auf den zweiten Steller (48 ) wirkende Federkraft aktiv veränderbar ist. - Aktives Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftleitende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Steller (
28 ;48 ) mittels mindestens einer hydraulischen Leitung (44 ,46 ) gestaltet ist. - Aktives Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steller als eine Zylinder-Kolben-Anordnung (
28 ), insbesondere mit einem zweiseitig wirkenden Kolben (36 ) gestaltet ist. - Aktives Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steller als eine Zylinder-Kolben-Anordnung (
48 ), insbesondere mit einem zweitseitig wirkenden Kolben (62 ) gestaltet ist. - Aktives Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steller (
28 ) einerseits am Aufbau (20 ) des Fahrzeugs und andererseits an der Radaufhängung (22 ) abgestützt ist, und/oder dass der zweite Steller (48 ) einerseits am Aufbau (20 ) des Fahrzeugs und andererseits mittels des Federelements (56 ) abgestützt ist. - Aktives Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (
56 ) einerseits am Aufbau (20 ) abgestützt ist und andererseits zum Belasten des zweiten Stellers (48 ) dient. - Aktives Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur aktiven Veränderung der auf den zweiten Steller (
48 ) wirkenden Federkraft des Federelements (56 ) mindestens ein weiterer Steller (50 ;52 ) vorgesehen ist, welcher zum zweiten Steller (48 ) parallel geschaltet und ebenfalls mit dem Federelement (56 ) belastet ist. - Aktives Fahrwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine weitere Steller als eine Zylinder-Kolben-Anordnung (
50 ;52 ), insbesondere mit einem zweiseitig wirkenden Kolben (72 ) gestaltet ist. - Aktives Fahrwerk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steller (
48 ) und der mindestens eine weitere Steller (50 ;52 ) gemeinsam an einem Hebelarm (54 ) angelenkt sind, der ferner von dem Federelement (56 ) belastet ist. - Aktives Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung, insbesondere in Gestalt einer Hydraulikpumpe, zum Zuführen von Energie zu mindestens einem der Steller (
28 ,48 ,50 ,52 ) vorgesehen ist. - Fahrzeug mit einem aktiven Fahrwerk (
18 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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