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Die Erfindung betrifft ein aktives Fahrwerk für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Fahrwerk.
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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.
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Es ist ferner ein System bekannt, wie es in 1 dargestellt ist. Ein solches aktives Fahrwerk weist ein Rad 10, eine Radaufhängung 12, einen Aufbau 14 und eine Federeinrichtung mit einem Federbein 16 auf. Zum Verstellen der Federkraft an der Federeinrichtung wirkt ein Aktuator nicht in Richtung des das Fahrzeuggewicht abstützenden Federbeins 16, sondern quer zu dieser Richtung. Mit anderen Worten wird mit dem Aktuator die für die Federeinrichtung relevante Wirklänge eines Querlenkers der Radaufhängung 12 verändert, indem die Federeinrichtung bzw. das Federbein 16 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 Federbeins 16. Außerdem ist für eine Regelung der Beschleunigung des Aufbaus 14 und der Schwankungen der Radlast eine relativ hohe Dynamik der Kraftveränderung erforderlich, welche je nach Masse des zu verschiebenden Federbeins 16 erhebliche mechanische Leistung erfordern kann.
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Aus
DE 40 08 831 A1 ist ein hydropneumatisches Federungssystem bekannt, bei dem eine Kolbenzylindereinheit zwei gegensinnig volumenveränderliche Druckräume aufweist, die hydraulisch voneinander getrennt und mit jeweils einem separaten Federspeicher verbunden sind. Die Federspeicher sind je als ein Kolbenspeicher gestaltet, dessen Federkammer mit einer Druck-Einstelleinrichtung verbunden ist. Als Druck-Einstelleinrichtung sind dabei beispielsweise eine pneumatische Druckquelle und ein entsprechendes Schaltventil vorzusehen.
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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.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs vorgeschlagen. Ferner ist die Aufgabe mit einem Fahrzeug gelöst, welches mit einem derartigen erfindungsgemäßen Fahrwerk versehen ist.
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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 erfindungsgemäß 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.
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Der erste und der zweite Steller des erfindungsgemäßen Fahrwerks sind als eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem zweiseitig wirkenden Kolben ausgebildet. Mit derartigen Kolben, auf welche an beiden Seiten ein Hydraulikfluid einwirken kann, kann das Rad am Fahrwerk sowohl aktiv angehoben als auch abgesenkt werden. Dabei sind im Anspruch 1 die beiden Kammern solcher Zylinder-Kolben-Anordnungen als Kolbenräume bezeichnet, wenn die sich auf der der üblichen Kolbenstange gegenüberliegenden Seite des Kolbens befindenden Zylinderräume gemeint sind, während diejenigen vom Kolben begrenzten Zylinderräume, durch die die Kolbenstange hindurch geführt ist, als Ringräume bezeichnet sind. Für die erfindungsgemäße kraftleitende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Steller ist eine hydraulische Leitung vorgesehen. Mit einer solchen Leitung können hohe Stellkräfte bei gleichzeitig geringen dynamischen Verlusten übertragen werden.
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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. Der zweite Steller ist erfindungsgemäß einerseits am Aufbau des Fahrzeugs sowie andererseits mittels des Federelements abgestützt. 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.
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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. Erfindungsgemäß ist das Federelement einerseits am Aufbau abgestützt und dient andererseits zum Belasten des zweiten Stellers.
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Eine 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.
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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.
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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.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit dessen Fahrwerk anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine stark vereinfachte Ansicht eines Fahrzeug-Aufbaus (Viertelfahrzeug) mit einem bekannten aktiven Fahrwerk, welches bereits eingangs beschrieben worden ist, und
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2 eine stark vereinfachte Ansicht eines Fahrzeug-Aufbaus (Viertelfahrzeug) mit einem Ausführungsbeispiel eines aktiven Fahrwerks gemäß der Erfindung.
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In 2 ist ein Teil eines erfindungsgemäß gestalteten Fahrwerks 18 mit einem Aufbau 20 als ein so genanntes Viertelfahrzeug dargestellt. An dem Aufbau 20 des weiter nicht veranschaulichten Fahrzeugs ist eine Radaufhängung in Form eines im Wesentlichen waagrecht angeordneten, stabförmigen Querlenkers 22 vorgesehen, welcher mit einem Ende durch ein Schwenkgelenk 24 am Aufbau 20 befestigt ist und mit seinem anderen Ende ein Rad 26 trägt.
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Der Querlenker 22 ist in etwa seiner Mitte mit einem so genannten ersten Steller in Form einer Zylinder-Kolben-Anordnung 28 am Aufbau 20 abgestützt. Die Zylinder-Kolben-Anordnung 28 ist dabei mit einem Endbereich an einem Gelenk 30 am Querlenker 22 befestigt und mit ihrem anderen Endbereich mit einem Gelenk 32 am Aufbau 20 unverschiebbar angebracht. Die Zylinder-Kolben-Anordnung 28 weist dabei einen als Gehäuse wirkenden Zylinder 34 sowie einen darin verschiebbar gelagerten Kolben 36 auf. Der Kolben 36 ist mit einer Kolbenstange 38 kraftleitend verbunden, welche bezogen auf die 2 nach unten aus dem Zylinder 34 herausragt. Dabei grenzt der Kolben 36 in dem Zylinder 34 eine erste hydraulische Kammer 40, welche auch als Ringraum 40 bezeichnet wird, sowie eine zweite hydraulische Kammer 42 (auch als Kolbenraum 42 bezeichnet) ab. Diese Kammern 40 und 42 sind einzeln mit einer hydraulischen Leitung 44 bzw. 46 verbunden, welche von der Zylinder-Kolben-Anordnung 28 ausgehend in das Innere des Aufbaus 20 geführt sind.
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Dort wo die Leitungen 44 und 46 im Aufbau 20 enden, befinden sich insgesamt drei Steller in Form einer Zylinder-Kolben-Anordnung 48, einer Zylinder-Kolben-Anordnung 50 sowie einer Zylinder-Kolben-Anordnung 52.
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Diese Zylinder-Kolben-Anordnungen 48, 50 und 52 sind mit ihrem bezogen auf die 2 oberen Enden jeweils am Aufbau 20 abgestützt und greifen mit ihren bezogen auf die 2 unteren Enden jeweils an einem Hebelarm 54 an, der seinerseits von einem Federelement 56 belastet ist. Das Federelement 56 ist dabei mit einem Stützgelenk 58 am Aufbau 20 derart gehaltert, dass die Zylinder-Kolben-Anordnungen 48, 50 und 52 allesamt von dem Federelement 56 vorgespannt sind.
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Von den Zylinder-Kolben-Anordnungen 48, 50 und 52 sind die ersten beiden genannten mit durchgezogen Linien dargestellt und in Entsprechung zu der Zylinder-Kolben-Anordnung 28 jeweils mit einem Zylinder 60 bzw. 70, einem Kolben 62 bzw. 72, einer Kolbenstange 64 bzw. 74, einer ersten Kammer 66 bzw. 76, die analog zur Zylinder-Kolben-Anordnung 28 auch als Ringräume 66, 76 bezeichnet werden können, sowie einer zweiten Kammer 68 bzw. 78, die analog zur Zylinder-Kolben-Anordnung 28 auch als Kolbenräume 68, 78 bezeichnet werden können, versehen.
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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.
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Um die erfindungsgemäß gewünschte Funktion des derart gestalteten, aktiven Fahrwerks 18 zu gewährleisten, ist die oben genannte Leitung 44, welche von der bezogen auf die 2 unteren Kammer 40 der Zylinder-Kolben-Anordnung 28 ausgeht, durch eine Leitung 80 mit der bezogen auf die 2 unteren Kammer 66 der Zylinder-Kolben-Anordnung 48 fluidleitend verbunden. Ferner ist die bezogen auf die 2 mit der oberen Kammer 42 verbundene Leitung 46 durch eine Leitung 82 mit der Kammer 68 fluidleitend verbunden. Darüber hinaus ist eine Leitung 84 vorgesehen, mittels der die Leitung 44 mit der unteren Kammer 76 der Zylinder-Kolben-Anordnung 50 fluidleitend verbunden ist. In dieser Leitung 84 ist ein als Sperrventil wirkendes, fernsteuerbares Arbeitsventil 86 angeordnet. Schließlich ist noch eine Leitung 88 vorgesehen, mittels der die Leitung 46 mit der Kammer 78 fluidleitend verbunden ist, sowie ein Leerlaufventil 90, welches in einer die Leitung 88 mit der Leitung 84 verbindenden Kurzschlussleitung 92 angeordnet ist.
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Die derart geschaffene hydraulische Schaltung ist mit einer nicht dargestellten Steuerung versehen, mittels der das Fahrverhalten des zugehörigen Fahrzeugs durch Schalten der Ventile 86 und 90 beeinflusst werden kann.
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Dies ist möglich, weil die Zylinder-Kolben-Anordnung 28 in der Schaltung als ein so genannter Gebersteller wirkt, mittels dem das Rad 26 gefedert gehaltert ist. Die zugehörige Federkraft wird dabei nicht direkt in der Zylinder-Kolben-Anordnung 28 generiert sondern indirekt über die hydraulische Verbindung mit der als Nehmersteller wirkenden Zylinder-Kolben-Anordnung 48 sowie dem dort angreifenden Federelement 56.
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Zu beachten ist dabei, dass die Federkraft, welche von der Zylinder-Kolben-Anordnung 48 auf die Zylinder-Kolben-Anordnung 28 übertragen wird, mittels der weiteren Zylinder-Kolben-Anordnung 50 variiert werden kann, indem an dieser Zylinder-Kolben-Anordnung 50 das Arbeitsventil 86 wahlweise geschlossen und geöffnet sowie entsprechend das Leerlaufventil 90 geöffnet und geschlossen wird. Durch ein derartiges Zu- und Abschalten der Zylinder-Kolben-Anordnung 50 wird die hydraulische Wirkfläche der beiden Anordnungen 48 und 50 derart verändert, dass eine entsprechende Unter- bzw. Übersetzung im Verhältnis zur Zylinder-Kolben-Anordnung 28 erzeugt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 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
