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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Federungssystem für
das Fahrwerk eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
mit einer Anzahl von Gasfedereinheiten, die jeweils einem Rad des Fahrzeugs
zugeordnet sind und welche jeweils eine Mehrzahl von Gasvolumina
aufweisen, die zum Verändern einer Federrate der betreffenden
Gasfedereinheit zuschaltbar und abschaltbar sind.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anpassen von Fahreigenschaften
eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Im
Kraftfahrzeugbereich besteht hinsichtlich der Federungseigenschaften
des Fahrwerks ein Zielkonflikt zwischen Geländefahrzeugen
und Straßenfahrzeugen, der insbesondere bei solchen Kraftfahrzeugen
zum Ausdruck kommt, welche sowohl Straßen- als auch Geländetauglichkeit
aufweisen sollen, beispielsweise so genannte SUV (Sports Utility
Vehicle). So sind beispielsweise bei Geländefahrzeugen
große Federwege erforderlich, welche eine große
Verschränkung des Fahrwerks ermöglichen. Hierzu
werden niedrige gleichseitige und wechselseitige Federsteifigkeiten
benötigt. Das Maß für die Geländetauglichkeit
ist dabei die maximal mögliche Verschränkung des
Fahrwerks – bis zum Abheben eines Rades. Diese wird mit
dem so genannten Ramp Travel Index (RTI) bewertet.
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Andererseits
erfordern kombinierte Straßen- und Geländefahrzeuge
im Fahrbetrieb geringe Nick- und Wankwinkel in Verbindung mit hoher
Fahrstabilität. Dazu sind geringe Federwege sowie eine
für Straßenfahrzeuge komfortable und für
Geländewagen straffe, progressive Federung erforderlich.
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Bedingt
durch den hochliegenden Schwerpunkt wird für die genannten
SUV die wechselseitige Federhärte für den Straßenbetrieb
meist relativ hoch gewählt, wodurch sich Nachteile für
den Fahrkomfort ergeben. Ebenso gilt hinsichtlich der Geländetauglichkeit,
dass in der Regel nur vergleichsweise geringe Verschränkungen
realisierbar sind.
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Es
hat sich gezeigt, dass ein Erreichen bestmöglicher Fahreigenschaften
sowohl im Straßen- als auch im Geländebetrieb
für ein Fahrzeug mit einem Federungssystem, das auf einer
konventionellen Festabstimmung beruht, nicht möglich ist.
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Die
vorstehend beschriebenen Anwendungsfälle verlangen nach
einem Lösungsansatz, bei dem bei möglichst großen
Federwegen und hoher Fahrstabilität die beim Anfahren,
bei der Kurvenfahrt und beim Bremsen resultierenden Aufbauwinkel nicht
zu groß werden und bei dem gleichzeitig für Geländefahrzeuge
trotz hoher wechselseitiger Steifigkeit im Straßenbetrieb
eine niedrige gleichseitige und wechselseitige Steifigkeit im Gelände
gegeben ist, die eine hohe Verschränkung ermöglicht,
damit Radlastunterschiede im Gelände trotz großer
Federwege gering bleiben.
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Ein
bekannter Ansatz zur Lösung des oben beschriebenen Problems
sind schaltbare (Dreh-)Stabilisatoren, die sich im Gelände
abkoppeln lassen. Dabei ist allerdings als nachteilig anzusehen,
dass derartige Stabilisatoren relativ aufwändig, sperrig, gewichts-
und kostenintensiv sowie in der Zu- und Abschaltung unkomfortabel
sind.
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Ein
anderer Lösungsansatz besteht in dem Vorsehen einer modularen
Luftfederung, wie sie beispielsweise in Grundzügen aus
der
DE 103 36 342 A1 bekannt
ist. Die genannte Druckschrift offenbart ein Luftfederungssystem
für ein Fahrzeug-Fahrwerk, wobei an eine Haupt-Luftkammer
der Luftfeder wahlweise eine oder mehrere Zusatz-Luftkammern ankoppelbar
sind, um die Federrate verändern zu können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Federungssystem und ein
Verfahren der jeweils eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln,
dass bei Einsatz in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug,
verbesserte Fahreigenschaften sowohl auf der Straße als
auch im Gelände erreichbar sind.
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Die
Aufgabe wird bei einem Federungssystem der eingangs genannten Art
gelöst durch eine Querbeschleunigungs-Bestimmungseinheit
zum Bestimmen eines Querbeschleunigungszustands des Fahrzeugs, die
mit einer Federsteiftigkeits-Bestimmungseinrichtung zum Ermitteln
einer jeweiligen Soll-Federsteifigkeit für einzelne Räder
und/oder für Paare von Rädern des Fahrzeugs verbindende
Achsen aus dem Querbeschleunigungszustand in signaltechnischer Wirkverbindung
steht, und durch eine Gasfeder-Steuereinheit, die zum Einstellen
der Soll-Federsteifigkeiten durch gezieltes Zu- und/oder Abschalten
der den entsprechenden Rädern zugeordneten Gasvolumina
ausgebildet ist.
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Bei
einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch
gelöst, dass aus Messwerten für dynamische Kenngrößen
des Fahrzeugzustands eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmt
wird, dass aus der bestimmten Querbeschleunigung eine Soll-Federsteifigkeit
wenigstens einer Gasfedereinheit des Fahrzeugs ermittelt wird, die
einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet ist, und dass gezielt ein oder
mehrere Gasvolumina mit einem Hauptvolumen der Gasfedereinheit gekoppelt oder
davon getrennt werden, um die Soll-Federsteifigkeit einzustellen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Federsystems
sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand
von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch Bezugnahme
zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird,
um unnötige Textwiederholungen zu vermeiden.
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Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen Federungssystems sehen vor,
dass unter Verwendung bereits vorhandener Schlüsselkomponenten, das
heißt unter Verwendung von Serienbauteilen eine Luftfederung
mit beispielsweise drei Luftkammern pro Luftfedereinheit und optional
einer aktiven Dämpferverstellung realisiert wird. Für
eine Luftfedereinheit mit drei Luftkammern ergeben sich bei voller
Ausnutzung der Variationsmöglichkeiten vier mögliche
Federsteifigkeiten und damit einer breite Spreizung möglicher
Federsteifigkeiten, die durch Zwischenschritte, beispielsweise durch
unsymmetrisches Zusammenschalten von Luftfedereinheiten an einer
Fahrzeugachse, weiter verschliffen werden kann.
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Bei
einer Verwendung von Luftfedereinheiten mit jeweils drei Luftkammern
kann beispielsweise durch wirksames Nutzen nur eines ersten Luftvolumens
eine Federsteifigkeit oder ein Fahrzustand realisiert werden, wie
er wechselseitig für eine Straßenfahrt, insbesondere
für Anfahren und Bremsen, verwendet werden kann. Durch
Kombination des ersten Luftvolumens mit einem zweiten Luftvolumen
kann eine Federsteifigkeit oder ein Fahrzustand realisiert werden,
die bzw. der gleichseitig für eine Straßenfahrt,
insbesondere für Anfahren und Bremsen, verwendet werden
kann. Eine Kombination des ersten Luftvolumens mit einem dritten
Luftvolumen kann gleichseitig zur Realisierung eines Komfort-Fahrzustand
verwendet werden. Schließlich ermöglicht die Kombination
aller drei Luftvolumina bei gleichseitigem Betrieb die Realisierung
eines weiteren Komfort-Zustands, während der wechselseitige
Betrieb insbesondere für dem Geländebetrieb geeignet
ist.
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Bei
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Federungssystems
kann mit einer CFD-Luftfeder mit beispielsweise drei Luftkammern
der eingangs beschriebene Zielkonflikt aufgelöst werden. Heutzutage
bei konventionellen Federungssystemen anzutreffende Federwegbeschränkungen,
zum Beispiel durch Zuganschlagfedern, können im Zuge von Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung durch Umschalten auf eine härtere
Federkennlinie bei der Ausfederung ersetzt werden. So kann beispielsweise für
Geländefahrzeuge auf diese Weise und bedingt durch die
große Federweichheit im Gelände ein RTI von bis
zu 600 mm erreicht werden, was den heutzutage nur durch Geländewagen
mit starrer Achse oder schaltbaren Stabilisatoren erreichbaren Bestwerten entspricht.
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Durch
den Einsatz eines erfindungsgemäßen Federungssystems
ergibt sich im Kraftfahrzeugbereich ein beträchtliches
Komfortpotenzial: negative Einflüsse auf dem Komfort oder
die Federung sind unter anderem auf die folgenden Faktoren zurückzuführen,
durch die es bei kleinen Federamplituden zu einer Federverhärtung
kommt: Wirkung der Drehstabilisatoren, Hysterese des Achs-Gummilagers,
Stoßdämpferreibung und Traganteil des Gummilagers.
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Mit
der im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten CFD-Luftfederung
entfällt die nachteilige Festabstimmung des Federungssystems. Durch
den somit möglichen Fortfall beziehungsweise die Reduzierung
der Federsteifigkeiten der Drehstabilisatoren werden eine Nebenfederrate
und die Achsreibung verringert. Des Weiteren entfallen die bei einer
Anlenkung des Drehstabilisatoren am Achskopf auftretende Beeinflussung
des Lenkgefühls und die entsprechenden nachteiligen Auswirkungen
der Drehstabilisatoren auf den Fahrkomfort beim einseitigen Einfedern
bei Geradeausfahrt. Aufgrund der oben angegebenen Kombinationsmöglichkeiten
lässt sich erfindungsgemäß eine sehr
variable Kennlinie aus vier Federsteifigkeiten und einem weiterhin
vorgesehenen Einfederungspuffer realisieren, die außerdem
durch einen variablen Einsatz der Progression, das heißt
einer Änderung der Federrate, sei es beim Einfedern oder
beim Ausfedern, sehr gut an unterschiedliche Lastfälle
anzupassen ist. Insbesondere aufgrund der deutlichen Verringerung
der Steifigkeiten von Drehstabilisatoren – bis zu deren
völligem Fortfall – resultiert im Zuge der vorliegenden
Erfindung eine deutliche Verbesserung des Komforts. Der bei herkömmlichen
Federungssystemen übliche Anstieg der dynamischen Achssteifigkeit
bei kleinen Amplituden wird hierdurch stark gemildert.
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Darüber
hinaus lässt sich in Kombination mit der bei Fahrzeugen
der Anmelderin serienmäßig vorhandenen schaltbaren
Dämpfung ADS, welche bei fahrdynamisch relevanten Situationen
eine erhöhte Dämpfleistung bereitstellt, ein Großteil
der im Komfortbetrieb gerade notwendigen Raddämpfung mit den
vorgesehenen Luftfedereinheiten darstellen, welche insbesondere
beim Stuckern und Abrollen prinzipielle Vorteile gegenüber
anderen Federsystemen besitzen.
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Vorteilhaft
sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung – wie bereits
erwähnt – die in gegenüber herkömmlichen
Federungssystemen deutlich weicheren Stabilisatoren, wodurch sich
die Fahrdynamik in Form von Wankwinkelverlauf und Wankmomentenverteilung
in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung durch eine Wahl
geeigneter Zeitpunkte für das Zu- und/oder Abschalten der
Gasvolumina nahezu beliebig abstimmen lässt. Bei Geradeausfahrt wirkt
dabei im Zuge einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung nur die komfortable weichste Stufe der modularen Luftfedereinheit
in Verbindung mit den sehr weichen Stabilisatoren.
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Bezogen
auf die potentielle Fahrdynamik ergibt sich dadurch, dass die Erhöhung
der wechselseitigen Federsteifigkeiten vorliegend durch Abkoppeln von
Gasvolumina erreicht wird, und somit nicht mehr abhängig von
den wechselseitigen Federungswegen ist, mit der bislang die Federungsverhärtung
durch die Stabilisatoren erzeugt wurde, die Möglichkeit
einer zeitlich früheren Abstützung durch die angehobenen
Federsteifigkeiten. Auf diese Weise kann gezielt für ausgewählte
Fahrzustände die Agilität erhöht werden.
Die Wirkung der verstärkten Federabstützung kann
dann zeitgleich oder sogar noch vor der kinematischen Abstützung
erfolgen. Eine derartige verstärkte Federabstützung
wird subjektiv meist positiv beurteilt. Dabei kann erfindungsgemäß die
zeitliche Zuordnung der Zuschaltung in Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Federungssystems entsprechend einem Agilitätswunsch zwischen
einer Sport- und einer Komforteinstellung variiert werden.
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Da
erfindungsgemäß auch die Möglichkeit besteht,
die Luftfedereinheiten des vorgeschlagenen Federungssystems einzeln
anzusteuern, so dass zum Beispiel eine erhöhte Federsteifigkeit
im Gegensatz zu herkömmlichen fest abgestimmten Federungssystemen
auch nur an einem Rad einstellbar ist, zum Beispiel dem kurvenäußeren
Vorderrad, lässt sich so das Fahrverhalten in bestimmten
Situationen gezielt verbessern. Möglich sind zum Beispiel die
Verbesserung des Anlenkens sowie ein günstigerer, komfortablerer Übergang
zwischen den Federsteifigkeiten für das Gesamtfahrzeug.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand
der Zeichnung. Es zeigt/zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen
Federungssystem;
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2 eine
schematische Darstellung einer Gasfedereinheit in einem erfindungsgemäßen
Federungssystem;
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3a–3d Darstellungen
von Federungskennlinien von Gasfedereinheiten in einem erfindungsgemäßen
Federungssystem.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit
einem erfindungsgemäßen Federungssystem 2.
Das Kraftfahrzeug 1 weist gemäß der Darstellung
in 1 Räder 3.1–3.4 auf, die
jeweils paarweise über (gedachte) Achsen VA, HA miteinander
verbunden sind. So sind die Räder 3.1, 3.2 über
eine gestrichelt gezeichnete (gedachte) Vorderachse VA verbunden,
während die Räder 3.3–3.4 über
eine ebenfalls gestrichelt gezeichnete (gedachte) Hinterachse HA
verbunden sind. Jedem der Räder 3.1–3.4 ist
eine Gasfedereinheit oder eine Gasfedereinheit 4.1–4.4 zugeordnet,
welche vorliegend speziell als Luftfedereinheiten ausgebildet sind. Die
Luftfedereinheiten 4.1–4.4 sind zu Steuerungszwecken
signaltechnisch mit einer Steuereinheit 5 verbunden. Die
Steuereinheit 5 steht ihrerseits in signaltechnischer Wirkverbindung
mit einer Federsteifigkeit-Ermittlungseinrichtung 6, die
wiederum mit einer Querbeschleunigungs-Bestimmungseinrichtung 7 verbunden
ist. Die Querbeschleunigungs-Bestimmungseinrichtung 7 steht
in signaltechnischer Wirkverbindung mit einem Geschwindigkeitssensor 8 und einem
Lenkwinkelsensor 9, wobei letzterer an einer schematisch
dargestellten Lenkeinrichtung 10 des Fahrzeugs 1 vorgesehen
ist. Der Geschwindigkeitssensor 8 wirkt gemäß der
Ausgestaltung in 1 mit einem der Räder 3.1–3.4,
speziell mit Rad 3.1, zum Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit
zusammen. An der Vorderachse VA sowie an der Hinterachse HA ist
jeweils ein Drehstabilisator 11 beziehungsweise 12 angeordnet,
welcher im Fahrbetrieb für eine gewisse Kopplung des Federungsverhaltens
des Räderpaares einer Achse sorgt, was dem Fachmann an sich
bekannt ist.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Gasfedereinheit in dem erfindungsgemäßen Federungssystem 2,
insbesondere in dessen Ausgestaltung nach 1. Die Gasfedereinheit
der 2 kann wiederum speziell als Luftfedereinheit
oder Luftfederelement ausgebildet sein und ist in 2 allgemein
mit dem Bezugszeichen 4 versehen. Die Gasfedereinheit 4 weist
in an sich bekannter Weise zunächst einen Kolben 4a auf,
der nach Maßgabe einer äußeren Kraft
F auf ein Gasvolumen V einwirkt, das in einem Luftbalg 4b enthalten
ist. Des weiteren bewirkt der Kolben 4a beziehungsweise
die gesamte Gasfedereinheit 4 noch mit weiteren Einrichtungen, wie
einer optionalen Zuganschlagfeder 4c und einem Pufferelement 4d,
zusammen.
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Erfindungsgemäß ist
nun das in dem Luftbalg 4b enthaltene Gas in eine Mehrzahl
von Unter-Volumina unterteilt, die vorliegend auch als Gasvolumina
bezeichnet werden. In 2 sind schematisch drei derartige
Gasvolumina V1, V2, V3 für die Gasfedereinheit 4 dargestellt,
die innerhalb des Luftbalgs 4b angeordnet und voneinander über
geeignete Trennwände 4e, 4f getrennt
sind. Das unmittelbar mit dem Kolben 4a zusammenwirkende
erste Gasvolumen V1 wird vorliegend auch als Hauptvolumen bezeichnet.
Zwischen dem Hauptvolumen V1 und jedem der anderen Gasvolumina V2,
V3 sind Druckausgleichmittel 4g, 4h angeordnet,
die jeweils Leitungsmittel 4ga, 4ha und Ventilmittel 4gb, 4hb aufweisen.
Die Ventilmittel 4gb, 4hb sind jeweils zu Steuerungszwecken
mit der Steuereinheit 5 (1) signaltechnisch
verbunden.
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Durch
geeignetes Ansteuern der Ventilmittel 4gb, 4hb durch
die Steuereinheit 1 mittels entsprechender Steuersignale
SS, SS' lässt sich eine Federsteifigkeit der Gasfedereinheit 4 durch
gezieltes Zu- und/oder Abschalten (Koppeln und/oder Trennen) der
Gasvolumina einstellen. Speziell lassen sich bei der in 2 gezeigten
Ausgestaltung der Gasfedereinheit 4 mit drei Gasvolumina
V1, V2, V3 vier unterschiedliche Federsteifigkeiten realisieren,
die jeweils auf einem insgesamt wirksamen Gasvolumen V basieren.
Dabei kann das Gasvolumen V gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel folgende vier Werte annehmen: V = V1,
V = V1 + V2, V = V1 + V3 und V = V1 + V2 + V3.
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Das
Zu- und/oder Abschalten der Gasvolumina erfolgt erfindungsgemäß,
wie in 2 dargestellt, nach Maßgabe der Steuereinheit 5 (Fig.
eins). Die Steuereinheit 5 ist zu diesem Zweck mit allen Gasfedereinheiten 4.1–4.4 des
Fahrzeugs 1 verbunden, worauf bereits oben hingewiesen
wurde, und sendet entsprechende Steuersignale SS1–SS4 entsprechend
den genannten Steuersignalen SS, SS' an die betreffenden Gasfedereinheiten 4.1–4.4.
Auf diese Weise lassen sich über das erfindungsgemäße Federungssystem 2 einem
Fahrzeug 1 die Federsteifigkeiten aller Räder 3.1–3.4 des
Fahrzeugs 1 unabhängig voneinander gezielt einstellen.
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Welche
Art von Steuersignalen durch die Steuereinheit 5 an die
jeweiligen Luftfedereinheiten 4.1–4.4 ausgegeben
werden, bestimmt sich erfindungsgemäß nach Maßgabe
einer Soll-Federsteifigkeit, welche durch die Federsteifigkeit-Ermittlungseinrichtung 6 ermittelt
und in Form eines entsprechenden Signals FS an die Steuereinheit 5 übermittelt
wird. Dabei kann das Signal FS Informationen betreffend Soll-Federsteifigkeiten
für einzelne, mehrere oder alle Luftfedereinheiten 4.1–4.4 in
beliebiger Kombination enthalten. Anhand dieser Informationen bestimmt
die Steuereinheit 5 ihrerseits die jeweils zum Einstellen
der Federsteifigkeit an die einzelnen Luftfedereinheiten 4.1–4.4 zu übertragenden
Steuersignale SS1–SS4.
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Die
Federsteifigkeit-Ermittlungseinrichtung 6 erzeugt ihrerseits
das Signal FS auf der Grundlage von Informationen, die sie von der
Querbeschleunigungs-Bestimmungseinheit 7 empfängt.
Diese Informationen sind in einem Signal QB enthalten, das von der
Querbeschleunigungs-Bestimmungseinheit 7 an die Federsteifigkeit-Ermittlungseinheit 6 übertragen wird.
Das Signal QB zeigt einen (zukünftigen) Querbeschleunigungszustand
des Fahrzeugs 1 an, der durch die Querbeschleunigungs-Bestimmungseinheit 7 anhand
eines geeigneten Modells, insbesondere eines nichtlinearen Einspurmodells,
bestimmt wird. Zu diesem Zweck empfängt die Querbeschleunigungs-Bestimmungseinheit 7 ein
Signal VS von dem Geschwindigkeitssensor 8, welches Informationen
hinsichtlich einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 enthält.
Des Weiteren empfängt die Querbeschleunigungs-Bestimmungseinrichtung 7 ein
Signal LW von dem Lenkwinkelsensor 9 der Lenkeinrichtung 10,
welches Informationen hinsichtlich eines Lenkwinkels beziehungsweise
einer Lenkrichtung des Fahrzeugs 1 enthält.
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Auf
diese Weise ist das erfindungsgemäße Federungssystem 2 in
der Lage, in Abhängigkeit von der momentanen Fahrzeug-Lenkrichtung
und der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit vorausschauend eine zu
erwartende Querbeschleunigung des Fahrzeugs 1 zu bestimmen
und die Federsteifigkeiten einzelner oder mehrerer Luftfedereinheiten. 4.1–4.4 des
Federungssystems 2 in quasi beliebiger Weise der Fahrdynamik
anzupassen, um so in jeder Situation ein optimal angepasstes Federungsverhalten
zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang können
erfindungsgemäß zu Steuerungszwecken auch noch
weitere Betriebsparameter des Fahrzeugs 1 mit herangezogen
werden, beispielsweise ein gemessener Federweg, Bremsdruck oder
ein Luftfederdruck, wozu gegebenenfalls entsprechende weitere Sensoren
vorzusehen sind, die in der Ausgestaltung die gemäß 1 nicht
explizit dargestellt sind.
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Dabei
ist es erfindungsgemäß insbesondere möglich,
die einzelnen Luftfedereinheiten 4.1–4.4 mittels
der Steuereinheit 5 separat und unabhängig voneinander
anzusteuern. Alternativ oder zusätzlich können
bestimmte Luftfedereinheiten 4.1–4.4,
die jeweils bestimmten Rädern 3.1–3.4 des
Fahrzeugs zugeordnet sind, auch achs- oder paarweise voneinander
abhängig angesteuert werden, um ähnlich der Wirkungsweise bekannter
Drehstabilisatoren für das Gesamt-Federungssystem beziehungsweise
das Fahrzeug ein gewünschtes Federungs- beziehungsweise
Fahrverhalten zu erreichen. Insbesondere ist es auf diese Weise
erfindungsgemäß möglich, in ihrem jeweiligen
Durchmesser oder sonstiger Dimensionierung verringerte Varianten
der Drehstabilisatoren 11, 12 (1)
vorzusehen, da deren Funktion durch das gezielte Ansteuern in der
Luftfedereinheiten 4.1–4.4 teilweise
oder vollständig durch letztere mit übernommen
wird. Demgemäß ist in Abweichung von der konkreten
Darstellung in 1 im Rahmen der vorliegenden
Erfindung auch die Realisierung eines Fahrzeugs 1 beziehungsweise
eines Federungssystems 2 möglich, bei dem an der
Vorder- und/oder Hinterachse VA, HA vollständig auf das
Vorsehen eines Drehstabilisators 11, 12 verzichtet
wird.
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Bei
Verwendung der in 2 gezeigten Luftfedereinheit 4 in
dem erfindungsgemäßen Federungssystem 2 nach 1 ergeben
sich mit den beschriebenen vier Grund-Federsteifigkeiten pro Rad beziehungsweise
Luftfedereinheit für jede Fahrzeugachse VA, HA insgesamt
sieben Steifigkeitsstufen für die wechselseitige Achs-Federsteifigkeit,
da für jede Achse jede der vier Grund-Federsteifigkeiten einer
Luftfedereinheit mit jeweils drei anderen Federsteifigkeiten für
die jeweils andere Achs-Luftfedereinheit kombiniert werden kann.
Auf diese Weise lassen sich an die unterschiedlichsten Fahrsituationen
angepasste wechselseitige Achs-Federsteifigkeiten realisieren, die
vom reinen Geländebetrieb über komfortable Straßenfahrt
bis hin zu sportlich-agilen Fahrsituationen reichen.
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Die
in 2 gezeigten Druckausgleichmittel 4g, 4h,
die erfindungsgemäß zum Koppeln und/oder Trennen
der Gasvolumina V1, V2, V3 in der Luftfedereinheit 4 vorgesehen
sind, sind im Zuge von Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
insbesondere hinsichtlich ihrer geometrischen Eigenschaften, wie
Länge, Öffnungsquerschnitt oder dergleichen, derart
ausgebildet, dass zum einen dynamische Vorgänge mit einer
Frequenz oberhalb einer vorgegebenen beziehungsweise vorgebbaren
Minimalfrequenz sicherheitsrelevant gedämpft werden. Die
so genannte Grunddämpfung wird derart gewählt,
dass bezogen auf bestimmte, im Fahrzeugbetrieb unerwünschte
Erscheinungen, wie Radspringen, bereits eine ausreichende Dämpfung
erfolgt. In diesem Zusammenhang liegt die genannte Minimalfrequenz speziell
bei etwa 10 Hz. Andererseits muss der Druckausgleich zwischen den
einzelnen Gasvolumina V1, V2, V3 bei fahrdynamisch relevanten Veränderungen
oder Schaltvorgängen zur Realisierung wechselnder Federsteifigkeiten
ausreichend schnell erfolgen können, was bestimmte Anforderungen
an die verwendeten Leitungsmittel 4ga, 4ha und
Ventilmittel 4gb, 4hb stellt. Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung sehen in diesem Zusammenhang vor, dass
die genannten Druckausgleichmittel derartig ausgebildet sind, dass
ein Druckausgleich zwischen den Einzelvolumina bei einer Frequenz
von etwa 1 Hz realisierbar ist.
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Die 3a bis 3d zeigen
Federungskennlinien von Gasbeziehungsweise Luftfedereinheiten in
einem erfindungsgemäßen Federungssystem, beispielsweise
dem Federungssystem 2 gemäß 1,
bei dem insbesondere Gasfedereinheiten der in 2 gezeigten
Ausgestaltung zum Einsatz kommen können. Die 3a bis 3d zeigen
jeweils den Federweg f an einer Gas- beziehungsweise Luftfedereinheit
in Abhängigkeit von einer auf die Federeinheit wirkenden äußeren
Kraft (vergleiche Bezugszeichen F in 2). Dabei
ist in jeder der genannten 3a bis 3d ausgehend
von einer horizontalen Linie, welche eine neutrale Stellung der
Federeinheit angibt, jeweils nach oben ein Einfederweg und nach unten
ein Ausfederweg der betreffenden Federeinheit aufgetragen. Die jeweilige
Federungskennlinie ist durch den fett eingezeichneten kurvenförmigen Verlauf
des Federwegs in Abhängigkeit von der Kraft F gegeben.
Dabei bezeichnen Kreise entlang des Federwegs Schaltvorgänge
des erfindungsgemäßen Federungssystems ist, das
heißt Punkte entlang der Federungskennlinien, bei denen erfindungsgemäß durch
gezieltes Zu- und/oder Abschalten der Gasvolumina auf die Federsteifigkeit
beziehungsweise Federungseigenschaften einzelner oder mehrerer Federeinheiten
Einfluss genommen wird. Dieser Aspekt wird weiter unten noch detailliert
erläutert. Darüber hinaus zeigen die 3a bis 3d noch
weitere horizontale Linien, die zum einen mit "ZAF" und zum anderen
mit "Puffer" bezeichnet sind. Hierbei handelt es sich um diejenige
Ein- beziehungsweise Ausfederung, bei der die weiter oben bereits
unter Bezugnahme auf 2 erwähnten Feder-
oder Dämpfungsmittel in Form der optionalen Zuganschlagfeder 4c bzw. des
Pufferelementes 4d aktiv werden, was dem Fachmann an sich
geläufig ist.
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3a zeigt
eine erste Federungskennlinie einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Federungssystems, die auch als "Standard"-Einstellung oder -Abstimmung
bezeichnet wird. Hierbei sind in einem weiten Federwegsbereich um
die neutrale Stellung in der Federeinheit herum zwei Gasvolumina, speziell
die Gasvolumina V1 und V2, in der Gasfedereinheit gekoppelt, was
durch den linearen Verlauf der Kennlinie zwischen den Punkten P1
und P2 symbolisiert wird. Bei Erreichen des Punktes P2 wird erfindungsgemäß das
Volumen V2 abgekoppelt, das heißt nach Maßgabe
eines entsprechenden Steuersignals der Steuereinheit 5 (1)
von dem Hauptvolumen V1 getrennt, wodurch sich die Federhärte
oder Federsteifigkeit in der betrachteten Federeinheit erhöht,
was in 3a in durch einen flacheren
Verlauf der Kennlinie zwischen dem Punkt P2 und einem Punkt P3 symbolisiert
ist. Jenseits der erwähnten Kennlinien-Punkte P1 und P2
wirken bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Federungssystems im wesentlichen nur die Federungs- bzw. Dämpfungseigenschaften
der Zuganschlagfeder 4c ("ZAF") beziehungsweise des Pufferelements 4d (Fig.
zwei).
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Dabei
kann in Abwandlung des erfindungsgemäßen Federungssystems
die Zuganschlagfeder 4c auch entfallen, so dass der Kennlinienverlauf
bei Ausfederung über den Punkt P1 hinaus ebenso wie zwischen
den Punkten P2 und P3 durch das allein wirksame Hauptvolumen V1
der Gasfedereinheit bestimmt wird, wie sich aus den entsprechenden
Steigungen in 3a ableiten lässt.
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3b zeigt
eine weitere Abstimmung des erfindungsgemäßen
Federungssystems, die auch als "Komfort"-Einstellung bezeichnet
wird. Hierbei wirken zwischen Punkten P1' und P2' der Kennlinie
alle drei Gasvolumina V1–V3 der Gasfedereinheit 4 zusammen,
so dass sich eine relativ geringe Federsteifigkeit ergibt, was in 3b durch
einen sehr steilen Verlauf der Kennlinie zwischen den genannten
Punkten symbolisiert ist. Zwischen den in 3b gezeigten
Punkten P1 und P1' beziehungsweise P2' und P2 wirken – wie
vorstehend unter Bezugnahme auf 3a beschrieben – nur
die Gasvolumina V1 und V2 zusammen beziehungsweise sind zu diesem Zweck
innerhalb der Gasfedereinheit 4 (2) gekoppelt.
Jenseits des Punktes P2 wird bis zum Punkt P3 der Kennlinien wiederum
nur das Hauptvolumen V1 verwendet, wie bereits unter Bezugnahme
auf 3a beschrieben. Bei Ausfederung über
den Punkt P1 beziehungsweise bei Einfederung über den Punkt
P3 hinaus wirken wiederum im Wesentlichen nur die Zuganschlagsfeder 4c (oder
allein das Hauptvolumen V1 der Federeinheit) beziehungsweise das Pufferelement 4d.
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3c zeigt
eine weitere Abstimmungsvariante eines erfindungsgemäßen
Federungssystems, die auch als "Sport"-Abstimmung bezeichnet wird und
nach Maßgabe der Steuereinheit 5 (1)
insbesondere bei Kurvenfahrt, beim Anfahren und beim Bremsen zum
Einsatz kommt. Die Federungskennlinie gemäß 3c entspricht
zwischen den vorstehend definierten Punkten P1 und P3 einen vollständig
linearen Verlauf mit relativ geringer Steigung, was eine entsprechend
hohe Federsteifigkeit anzeigt. Dementsprechend kommt bei der Abstimmungsvariante
gemäß 3c durchgängig
nur das Hauptvolumen V1 innerhalb der Gasfedereinheit 4 zum
Einsatz. Das Verhalten jenseits der Punkte P1 und P3 entspricht
im Wesentlichen demjenigen der Abstimmungsvarianten gemäß 3a und 3b,
wobei jedoch im Falle der Abstimmungsvariante gemäß 3c bei
Ausfederung über den Punkt P1 hinaus alle Gasvolumina gekoppelt
wirksam sind. Dagegen ist bei den Abstimmungsvarianten gemäß den 3a und 3b bei
Ausfederung über den Punkt P1 hinaus und bei Fortfall der
Zuganschlagfeder 4c (2) nur das
Hauptvolumen V1 der Federeinheit wirksam.
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Als
Kontrast zu der Abstimmungsvariante gemäß 3c zeigt 3d eine
weitere Abstimmungsvariante des erfindungsgemäßen
Federungssystems, die auch als "Gelände"-Abstimmung bezeichnet
wird. Hierbei sind über den gesamten Federweg beginnend
im Punkt P3 (Wirksamwerden des Pufferelements 4d) alle
drei Gasvolumina V1–V3 der Gasfedereinheit 4 gemäß 2 gekoppelt,
so dass sich eine sehr weiche Federung mit entsprechend geringer
Federsteifigkeit ergibt, was in 3d wiederum
durch einen sehr steilen Kennlinienverlauf in diesem Bereich symbolisiert
ist.
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Auf
diese Weise ist es bei Verwendung des erfindungsgemäßen
Federungssystems möglich, über weite Fahrdynamik-
und Komfortbereiche ein optimal abgestimmtes Federungsverhalten
des Fahrzeugs zu erreichen und auf diese Weise Fahreigenschaften
des Fahrzeugs gezielt anzupassen. Es ist daher mit dem erfindungsgemäßen
Federungssystem möglich, beispielsweise sowohl bei Gelände-
als auch bei Straßenfahrt mit ein und demselben Federungssystem
bestmögliche Fahreigenschaften zu erzielen.
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Wie
aus der gegebenen Beschreibung des erfindungsgemäßen
Systems für den Fachmann ersichtlich ist, besteht das System
auf Seiten der Hardware bei den eingesetzten Schlüsselkomponenten nur
aus in einfacher Weise verfügbaren Serienbauteilen, wie
Luftfederbälgen, Kolben, Schaltventilen oder dergleichen.
Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemäße
Federungssystem ohne großen Entwicklungs- und entsprechenden
Kostenaufwand realisieren. Durch den möglichen Wegfall
von Zuganschlagfedern und den Wegfall beziehungsweise die mögliche
Reduzierung von Drehstabilisatoren sind weitere Kosten- und Gewichtsreduzierungen
möglich.
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Der
mögliche Wegfall des Drehstabilisators an der Vorder- und/oder
Hinterachse des Fahrzeugs bedingt darüber hinaus weitere
konstruktive Vorteile durch die oft schwierigen Einbauverhältnisse
für derartige Bauteile in den entsprechenden Bereichen. Somit
ergeben sich durch den Wegfall entsprechende Vorteile bei Gewicht,
Kosten, erzeugten Geräuschen, inneren Kräften,
der Nebenfederrate und der entsprechenden Achsreibung.
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Zielfahrzeuge
für ein erfindungsgemäßes Federungssystem
sind insbesondere Komfortfahrzeuge, insbesondere wenn sie bereits über
eine Luftfederung verfügen. Bei durchgeführten
Versuchen haben insbesondere die erfindungsgemäß möglichen
geringen wechselseitigen Federsteifigkeiten zu einem deutlichen
Komfortgewinn geführt. Insbesondere der vollständige
Wegfall von Drehstabilisatoren eröffnet ein Potenzial für
einen weiteren deutlichen Komfortgewinn. Außerdem ergäbe
sich ein entsprechender Konzeptvorteil, da auch der erforderliche Bauraumvorhalt
für den Drehstabilisator entfallen könnte. Eine
weitere Gruppe von Zielfahrzeugen sind so genannte SUV (Sports Utility
Vehicle), also Fahrzeuge mit einem besonders breiten Anforderungsprofil,
welches insbesondere auch Geländefahrten einschließt.
Darüber hinaus bietet sich eine Verwendung des erfindungsgemäßen
Federungssystems für ABC-Fahrzeuge an, das heißt
Active Body Control-Fahrzeuge, bei denen bauartbedingt kein Drehstabilisator
integrierbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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