DE102006040109A1

DE102006040109A1 - Aktiver, geteilter Kraftfahrzeugstabilisator mit eingebauten Schwenkmotor

Info

Publication number: DE102006040109A1
Application number: DE102006040109A
Authority: DE
Inventors: Martin Grieshaber; Reinhard Dr. Simkovics; Michael Dr. Spielmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-08-26
Filing date: 2006-08-26
Publication date: 2008-02-28
Also published as: US7887071B2; WO2008025442A1; EP2054248A1; EP2054248B1; US20090152824A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen aktiven, geteilten Stabilisator für ein Kraftfahrzeug mit einem eingebauten Schwenkmotor. Dieser dient zur Wankregelung und besteht mindestens aus einem Verstellantrieb aus Motor und Getriebe und aus einem Gehäuse, wobei mindestens ein Gehäuseteil mit einem dazugehörigen Stabilisatorteil zur Drehmomentübertragung so verbunden ist, dass das Gehäuseteil eine axial gerichtete, zentrische Einstülpung besitzt, in die sich das Stabilisatorteil im Wesentlichen bis zu deren Ende hineinerstreckt. Dort befindet sich die Verbindung zur Drehmomentübertragung zwischen dem Gehäuseteil und dem dazugehörigen Stabilisatorteil. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuseteil ein Sensor zur Erfassung des Torsionswinkels des Stabilisatorteils angebracht ist, dessen Geber am Stabilisatorteil fixiert ist oder umgekehrt.

Description

Die Erfindung betrifft einen aktiven, geteilten Stabilisator für ein Kraftfahrzeug mit einem eingebauten Schwenkmotor nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Es ist bereits bekannt, einen Kraftfahrzeugstabilisator in ein erstes, der Aufhängung des linken Rades einer Fahrzeug-Achse zugeordnetes Stabilisatorteil und in ein zweites, der Aufhängung des rechten Rades dieser Fahrzeug-Achse zugeordnetes Stabilisatorteil zu unterteilen. Sind diese Stabilisatorteile um deren gemeinsame Längsachse gegeneinander verdrehbar, kann gegenüber Fahrwerken mit einstückigem Stabilisator eine deutlich gesteigerte Wankstabilität erreicht werden, wenn zwischen den beiden Stabilisatorteilen ein geeigneter Schwenkmotor vorgesehen ist, der aufgrund einer geeigneten Ansteuerung diese Stabilisatorteile bedarfsgerecht gegeneinander verdreht.
Ein Schwenkmotor umfasst mindestens einen Motor und ein mechanisches Getriebe. Damit erhält man einen Stabilisator, dessen beide Stabilisatorteile, die durch den Schwenkmotor miteinander verbunden sind, durch diesen gezielt zueinander verdreht werden können, damit ein gewünschtes Stabilisatormoment erzeugt wird, welches dann das Wanken des Fahrzeug-Aufbaus verhindert. Einen solchen Stabilisator beschreibt die DE 198 46 275 A1 .
Stabilisatoren für die aktive Roll-Stabilisierung bestehen also aus einer oder mehreren Torsionsfedern mit eingebautem hydraulischem, pneumatischem oder elektromotorischem Aktuator. Für die Realisierung einer Wankstabilisierung ist einerseits das Führungsverhalten des Aktuators und andererseits das Verhalten des Systems gegenüber äußeren Störeinflüssen wesentlich für eine zufrieden stellende Funktion. Der Einfluss einer äußeren Störungsanregung ist vom System aktiv auszuregeln. Dies kann zum Beispiel bei einem hydraulischen Aktuator mittels eines Druckregelventils erfolgen. Dabei erfolgt die Reduzierung des Störeinflusses durch den Ausgleich des Hydraulikdrucks. Ein zum Beispiel verwendbares Proportionalventil kann rein passiv arbeiten, es muss kein aktiver Reglereingriff erfolgen.
Bei elektrischen Wankstabilisierungssystemen, wie zum Beispiel in DE 100 02 455 A1 und in den noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldungen der Anmelderin mit den Aktenzeichen 10 2005 031 036 und 10 2005 031 037 beschrieben, ist für die Reduzierung der Störbeeinflussung ein aktiver Reglereingriff erforderlich. Hierfür ist es notwendig die Störgröße messtechnisch zu erfassen. Bisher ist es bekannt, den Einfluss der Störgröße aus den Signalen von Höhenstandssensoren abzuleiten. In der DE 197 05 809 C2 werden Piezo-Elemente vorgeschlagen.
Für die Ermittlung des Störgrößeneinflusses über Höhenstandssensoren ist der Einsatz von zwei Höhenstandssensoren je Achse vorzuhalten. Nur damit kann der Störeinfluss auf den Stabilisator ermittelt werden, der mittels des Aktuators auszuregeln ist. Die erfassten Signale der Sensoren setzen sich aus der radbezogenen Anregung und der Schwingungsanregung des Aufbaus zusammen. Daraus resultiert eine aufwändige Auswertung der Signale um die einwirkende Störgröße berechnen zu können. Des weiteren werden durch die Störgrößenermittlung hohe Anforderungen an die Genauigkeit und Auflösung der Höhenstandssensoren gestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile möglichst zu vermeiden.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach der Erfindung ist ein geteilter Kraftfahrzeugstabilisator mit einem eingebauten Schwenkmotor zur Wankregelung, der mindestens aus einem Verstellantrieb aus Motor und Getriebe und aus einem Gehäuse besteht, wobei mindestens ein Gehäuseteil mit einem dazugehörigen Stabilisatorteil zur Drehmomentübertragung so verbunden ist, dass das Gehäuseteil eine axial gerichtete, zentrische Einstülpung besitzt, in die sich das Stabilisatorteil im wesentlichen bis zu deren Ende hinein erstreckt und dass sich dort die Verbindung zur Drehmomentübertragung zwischen dem Gehäuseteil und dem dazu gehörigen Stabilisatorteil befindet, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuseteil ein Sensor zur Erfassung des Torsionswinkels des Stabilisatorteils angebracht ist, dessen Geber am Stabilisatorteil fixiert ist oder umgekehrt.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung liefert der Sensor Messwerte, die zur Ansteuerung des Motors, insbesondere über eine Steuereinrichtung, verwendet werden. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung aus den Messwerten des Sensors, dem am Stabilisatorteil anliegenden Torsionsmoment entsprechende Werte ermittelt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der Motor ein Elektromotor ist.
Eine auf die aktive Roll-Stabilisierung wirkende Störgröße bewirkt eine Änderung des Moments in der passiven Torsionsfeder des Stabilisators. Eine direkte Erfassung des Torsionsmomentes könnte somit direkt als Eingangsgröße für die Ausregelung der auf den Aktuator wirkenden Störgröße herangezogen werden. Dieses Torsionsmoment des passiven Stabilisatorteils könnte mittels konventioneller Drehmomentsensoren, zum Beispiel über Dehnungsmessstreifen, erfasst werden. Die konventionellen Drehmomentsensoren haben jedoch den Nachteil, dass sie entweder eine zu geringe Empfindlichkeit gegenüber dem angreifenden Moment aufweisen oder zu aufwändig und kostenintensiv in der Realisierung sind. Aus diesem Grund wird das zu erfassende Moment über den Torsionswinkel des Stabilisators ermittelt.
Es sind unterschiedliche Sensorprinzipien für die Winkel- bzw. Positionserfassung einsetzbar, nämlich optische, kapazitive, elektromagnetische oder ohm'sche. Für die hier beschriebene Anwendung ist insbesondere eine induktive Positionserfassung einfach und robust realisierbar. Gemessen wird die Positionsänderung des Gebers aufgrund des torsionsmomentbedingten Verdrehwinkels des im Gehäuse eintauchenden Stabilisatorteils.
Dabei ist von Vorteil, dass durch die Erfassung des Verdrehwinkels direkt an der Torsionsfeder eines Stabilisatorteils das Störmoment direkt erfasst wird. Die Aufbereitung des Sensorsignals lässt sich so einfach durchführen. Die Reglerstruktur kann einfach und robust aufgebaut werden. Es wird nur ein Sensor je Achse benötigt. An den Sensor werden moderate Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und Auflösung gestellt. Aus diesem Grund können kostengünstige Sensoren eingesetzt werden. Bei dem verwendeten Messverfahren handelt es sich um ein berührungsloses Prinzip, das hinsichtlich Lebensdauer und Verschleiß als optimal zu bewerten ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. Dazu zeigt die einzige Figur in einer Schnittdarstellung einen erfindungsgemäßen elektrischen Schwenkmotor für einen Kraftfahrzeugstabilisator zum Verdrehen zweier Stabilisatorteile gegeneinander.
Die Figur zeigt einen Schwenkmotor für einen aktiven Stabilisator für ein Kraftfahrzeug, zur Koppelung von zwei nicht gezeichneten Rädern einer Fahrzeugachslinie. Ein erstes Stabilisatorteil 2 ist dem einen Rad zugeordnet und ein zweites Stabilisatorteil 2' ist dem anderen Rad zugeordnet. Die beiden Stabilisatorteile 2, 2' sind gekoppelt durch einen Aktuator, ausgebildet als elektrischer Schwenkmotor, zur Steuerung der Seitenneigung des Kraftfahrzeugs durch Verspannen der Stabilisatorteile 2, 2' gegeneinander. Jedes Stabilisatorteil 2, 2' erstreckt sich von einem dem Schwenkmotor zugeordneten Anschluss 5, 6 zu einem, nicht gezeichneten, dem Rad zugeordneten Anschluss. An einem Gehäuseteil 1 ist das erste Stabilisatorteil 2 und an einem Getriebeabtriebselement das zweite Stabilisatorteil 2' befestigt. Bruchteile der Stabilisatorteile 2, 2' sind in der Figur gezeigt, woraus hervorgeht, dass die Stabilisatorteile 2, 2' im Bereich der Befestigung koaxial zum Schwenkmotor angeordnet sind. Die Drehmomentübertragung auf die Stabilisatorteile 2, 2' erfolgt über eine geeignete Wellen-Nabenverbindung, zum Beispiel eine Verzahnung zwischen dem Gehäuseteil 1 und dem ersten Stabilisatorteil 2, beziehungsweise zwischen dem Getriebeabtriebselement und dem zweiten Stabilisatorteil 2'.
Der Schwenkmotor ist so gestaltet, dass ein Gehäuseteil 1 eine axial gerichtete, zentrische Einstülpung 7 besitzt, in die sich das zugehörige Stabilisatorteil 2 im wesentlichen bis zu deren Ende hinein erstreckt. Dort befindet sich die Verbindung zur Drehmomentübertragung, der Anschluss 6, zwischen dem Gehäuseteil 1 und dem dazu gehörigen Stabilisatorteil 2. Die wirksame Torsionslänge des Stabilisatorteils 2 ist dadurch verlängert, dass dieses in den Schwenkmotor hinein geführt ist und erst dort an dem Anschluss 6 mit diesem verbunden ist. Damit ist die Federrate des Stabilisatorteils 2 bei gleichem Querschnitt und sonstigem gleichem Aufbau kleiner im Vergleich mit einem Stabilisatorteil nach dem Stand der Technik, das sich auf gleiche Weise von dem dem Rad zugeordneten Anschluss zu einem dem Schwenkmotor zugeordneten Anschluss außerhalb des Gehäuseteils 1 erstreckt.
Der als Schwenkmotorantrieb ins Gehäuseteil 1 eingebaute Elektromotor ist so gestaltet, dass sich dessen Stator 8 und Rotor 9 mindestens teilweise um die zentrische Einstülpung 7 des Gehäuseteils 1 herum erstrecken, wobei der topfförmig ausgebildete Rotor 9 auf der zentrischen Einstülpung 7 des Gehäuseteils 1 über geeignete Lager 10, zum Beispiel Gleitlager, gelagert ist. Der Rotor 9 des Elektromotors ist innerhalb des an seinem Außenumfang mit dem Gehäuseteil 1 verbundenen, als Hohlzylinder ausgebildeten Stators 8 im Gehäuseteil 1 eingebaut. Dabei kann der Elektromotor vorteilhafterweise ein Innenläufermotor in Form eines Transversalflussmotors sein. Abweichend davon sind auch Außenläufermotor oder Radialflussmotor denkbar. Zur Wankregelung wird der Elektromotor bestromt, der dann sein Drehmoment an ein Schwenkmotorgetriebe abgibt.
Das Schwenkmotorgetriebe ist ein zweistufiges Planetengetriebe 11, dessen Antrieb über ein Sonnenrad 13 und dessen Abtrieb über einen Planetenradträger 14 erfolgt, der über den dem Schwenkmotor zugeordneten Anschluss 5 mit dem Stabilisatorteil 2' verbunden ist. Eine Verzahnung des durch den Elektromotor angetriebenen Sonnenrads 13 ist, in Längsrichtung gesehen, an einem Ende des Rotors 9 angebracht, das als Rotorlagerzapfen 16 fliegend in einem weiteren Gehäuseteil 12 gelagert ist. Rotorlagerzapfen 16, Rotor 9 und Sonnenrad 13 können einstückig oder mehrteilig ausgeführt sein.
Am Gehäuseteil 1 ist ein Sensor 3 zur Erfassung des Torsionswinkels des Stabilisatorteils 2 angebracht, dessen Geber 4 am Stabilisatorteil 2 fixiert ist. Der Sensor 3 liefert Messwerte, die zur Ansteuerung des Elektromotors, insbesondere über eine nicht gezeichnete Steuereinrichtung, verwendet werden. Dabei ermittelt die Steuereinrichtung aus den Messwerten des Sensors 3 dem am Stabilisatorteil 2 anliegenden Torsionsmoment entsprechende Werte.

Claims

Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator mit einem eingebauten Schwenkmotor zur Wankregelung, der mindestens aus einem Verstellantrieb aus Motor und Getriebe und aus einem Gehäuse besteht, wobei mindestens ein Gehäuseteil (1) mit einem dazugehörigen Stabilisatorteil (2) zur Drehmomentübertragung so verbunden ist, dass das Gehäuseteil (1) eine axial gerichtete, zentrische Einstülpung (6) besitzt, in die sich das Stabilisatorteil (2) im wesentlichen bis zu deren Ende hinein erstreckt und dass sich dort die Verbindung zur Drehmomentübertragung zwischen dem Gehäuseteil (1) und dem dazu gehörigen Stabilisatorteil (2) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuseteil (1) ein Sensor (3) zur Erfassung des Torsionswinkels des Stabilisatorteils (2) angebracht ist, dessen Geber (4) am Stabilisatorteil (2) fixiert ist oder umgekehrt.
Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) Messwerte liefert, die zur Ansteuerung des Motors, insbesondere über eine Steuereinrichtung, verwendet werden.
Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung aus den Messwerten des Sensors (3) dem am Stabilisatorteil (2) anliegenden Torsionsmoment entsprechende Werte ermittelt.
Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Elektromotor ist.