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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Spurlenkung von
Fahrzeugrädern gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
Spurlenkung eines Rades wird durch eine mit einer Lenkung verbundenen
Spurstange oder durch einen elasto-/kinematischen Lenker-/Hebelverstellung
des Achssystems oder durch eine Kombination dieser beiden Vorrichtungen
beziehungsweise Verfahren realisiert.
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Es
ist auch bekannt, insbesondere die Hinterachsen von Fahrzeugen mit
Vorrichtungen zur aktiven Spurlenkung zu versehen. Derartige aktive Spurlenkungen
befinden sich seit dem Ende 1980er Jahre im Serieneinsatz. Die frühen
Systeme waren jedoch noch nicht mit elektronischer Fahrdynamik-Regelung
gekoppelt, da es derartige elektronische System zu diesem Zeitpunkt
noch nicht gab.
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Nach
dem neueren Stand der Technik werden Vorrichtungen zur aktiven Spurlenkung
von Fahrzeugrädern eingesetzt, bei denen der Spurlenker
durch einen Aktuaktor ersetzt wird. Ein solcher Aktuator kann ebenso
zentral über ein Verbindungsglied mit den Spurlenkern beider
Seiten verbunden werden. Dieser Aktuator ver stellt dann, abhängig
von den Fahrzuständen des Fahrzeuges, die Spur der Räder
auf dieser Achse.
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Nachteilig
an diesen elektronisch steuerbaren oder regelbaren Aktuatoren ist,
dass diese auch zur Positionierung der Räder in einer Neutralposition, bei
der ein Geradeauslauf der Räder erfolgen soll, mit Energie
versorgt werden müssen, um diese Neutralposition zu halten.
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Außerdem
führt die dauerhafte Versorgung der Aktuatoren mit Energie
auch in der „Neutralposition” zu einem erhöhten
Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß des Fahrzeugs.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur aktiven Spurlenkung von
Fahrzeugrädern zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile
beseitigt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur aktiven Spurlenkung von
Fahrzeugrädern gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die
Erfindung realisiert durch die Ausbildung des Aktuators mit einer
Klemmeinrichtung zum Festklemmen des Stelllenkers eine einfache
und sichere aktive Spurlenkung, die auch im Falle eines Ausfalls der
Stelleinheit ein sicheres und kontrolliertes Fahrverhalten des Fahrzeugs
ermöglicht. Des weiteren ist durch die Klemmung der Stelllenker
ermöglicht, den Aktuator nur im aktiven Betrieb mit Energie
versorgen zu müssen. Im Ruhe- oder ausgeschalteten Zustand verbraucht
dieser Aktuator keine Energie und verringert dadurch den Kraftstoffverbrauch
des Fahrzeugs.
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Bevorzugt
weist die Stelleinheit ein Gehäuse, einen mit den in das
Gehäuse hinein ragenden Stelllenkern in Wirkverbindung
stehenden Stellkolben und mindestens einen Energiespeicher auf,
wobei die Stelllenker und der Stellkolben axial zu einer die Radträger
und den Fahrzeugaufbau verbindenden Achse bewegbar sind. Durch den
Einsatz eines Energiespeichers, insbesondere in Gestalt einer Druckfeder,
ist gewährleistet, dass auch bei einem Ausfall der Stelleinheit
die für eine Festklemmung der Stelllenker notwendige Energie
zur Verfügung steht.
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In
einer bevorzugten Variante befindet sich zwischen dem Stellkolben
und der Klemmeinrichtung eine Trennwand. Der Energiespeicher ist
dabei zwischen der Trennwand und dem der Trennwand am nächsten
liegenden Klemmkonus angeordnet, so dass die Klemmeinrichtung durch
den Energiespeicher derart positionierbar sind, dass der an einem
der Stelllenker angeordnete zweite Klemmkonus mit dem an der Innenseite
des Gehäuses angeordneten ersten Klemmkonus im Eingriff
steht und dabei den Stelllenker klemmt. Dadurch kann der Stelllenker
bei beabsichtigtem Ausschalten des Aktuators zunächst so eingestellt
werden, dass die Fahrzeugräder zur Geradeausfahrt ausgerichtet
sind und anschließend festgeklemmt werden, so dass für
die Dauer der Geradeausfahrt für den Betrieb des Aktuators
keine Energie aufzuwenden ist. Die Stelleinheit verhält
sich in dieser arretierten Lage wie ein konventioneller Spurlenker.
Das Prinzip einer solchen Stelleinheit ist aus der
EP 1 448 900 B1 bekannt.
Hierbei handelt es sich um einen Hydraulikzylinder mit einer Selbstsicherung bei
Druckabfall. Ein Konus auf der Kolbenstange des Hydraulikzylinders
wird durch eine Feder auf einen an der Zylinderwand angeordneten
gegensinnigen Konus geschoben, wodurch die Kolbenstange festgesetzt
wird. Dieser Hydraulikzylinder wurde insbesondere für Spritzgießmaschinen
und Pressen entwickelt. In diesem Bereich der Technik ist eine solche Sicherheitsfunktion
unerlässlich, um bei einem auftretenden Druckabfall die
Gesundheit eines Benutzers einer solchen Stelleinheit nicht zu gefährden. Eine
Anwendung eines solchen Zylinders ist im Bereich der Fahrzeugtechnik
bisher nicht erwogen worden.
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Die
Klemmeinrichtung der Stelleinheit ist vorzugsweise als erster und
zweiter Klemmkonus ausgebildet, welche zum einen an der Innenseite
eines Gehäuses der Stelleinheit und zum anderen an einem
der Stelllenker der Stelleinheit angeordnet sind. Durch das Übereinandergreifen
der beiden Konusse in der Neutralposition wird der Innendurchmesser des
ersten Klemmkonus verkleinert, so dass dieser auf der Mantelfläche
der Stelllenker aufsitzt. Damit ist die Stelllenker in einfacher
Weise und sicher festgeklemmt und behält diese Stellung
ohne zusätzlichen Energieverbrauch bei. Das Zusammenbringen
der beiden Konusse wird hierbei nur durch die Rückstellkraft
des Energiespeichers realisiert. Dabei ist der Energiespeicher vorzugsweise
als Druckfeder ausgebildet.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht eines schematisch dargestellten Achsbereiches eines Fahrzeugs,
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2 eine
Ausschnittsvergrößerung von Elementen der Anordnung
aus 1 zur Veranschaulichung der Funktion der Erfindung.
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In
der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie
oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich
auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte
Darstellung und Position der Vorrichtung und deren Bestandteile.
Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d. h.
in verschiedenen Arbeitsstellungen oder durch spiegelsymmetrische
Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
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1 zeigt
eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur aktiven Spurlenkung
von Fahrzeugrädern 9. Die Fahrzeugräder 9 sind
auf einer Radachse, insbesondere einer Hinterachse, angeordnet,
die am Fahrzeugaufbau 2, insbesondere an einem Achsträger,
befestigt ist. Jedes der Fahrzeugräder 9 ist über
ein Verbindungselement 8 an einem Radträger 5 befestigt.
Die Verbindung des Radträgers 5 mit dem Fahrzeugaufbau 2 erfolgt über
zwei Radlenker 3, die über Verbindungselemente 6,
vorzugsweise Gummilager, an den Radträger 5 und
den Fahrzeugaufbau 2 angebunden ist. Des weiteren sind
die gegenüberliegenden Radträgern 5 über
Stelllenker 10 miteinander verbunden. Die Stelllenker 10 sind
and ihren den Fahrzeugrädern zugewandten Enden über
Verbindungselemente 7, ebenfalls bevorzugt Gummilager, an
den Radträgern 5 festgelegt. Zwischen diesen Stelllenkern 10 ist
eine Stelleinheit 4 angeordnet, wobei die Enden der Stelllenker 10 in
die Stelleinheit 4 hineinragen. Die Stelleinheit weist
ein Gehäuse 11 auf, an dem Verbindungselemente 21 befestigt
sind, über die die Stelleinheit 4 an den Fahrzeugaufbau 2 angebunden
ist.
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Die
Details der Stelleinheit sind schematisch in den 2 und 3 dargestellt. Die in 2 gezeigte Stelleinheit 4,
die bevorzugt als hydraulische Stelleinheit 4 ausgebildet
ist, weist ein bevorzugt zylindrisches Gehäuse 11,
eine Klemmeinrichtung 14 zum Festklemmen eines der beiden
in die Stelleinheit 4 hineinragenden Stelllenker 10 und
einen mit den Stelllenkern 10 in Wirkverbindung stehenden
Stellkolben 13 auf. Parallel zu dem Stellkolben 13 trennt
eine Trennwand 20 die Stelleinheit 4 in zwei Bereiche.
In der Zeichnung befindet sich links der Trennwand 20 ein
Klemmbereich, in dem die Klemmeinrichtung 14 angeordnet
ist. Rechts der Trennwand 20 befindet sich der Stellbereich,
in dem der mit den Stelllenkern 10 verbundene Stellkolben 13 angeordnet
ist.
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Zwischen
der Trennwand 20 und der Klemmeinrichtung 14 ist
ein Energiespeicher 12 angeordnet, welcher die Klemmeinrichtung 14 in
eine Festklemmposition zum Festklemmen eines der Stelllenker 10 drückt.
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Die
Stelllenker 10 und der Stellkolben 13 sind axial
zu einer die Fahrzeugräder 9 verbindenden Achse
bewegbar. Die Stelllenker 10 sind mit einem Ende fest mit
dem im Gehäuse 11 angeordneten Stellkolben 13 verbunden.
Der mit der Klemmeinrichtung wechselwirkende Stelllenker 10 tritt
durch eine Öffnung in der Trennwand 20 hindurch.
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An
der der Trennwand 20 gegenüberliegenden Innenseite
des Klemmbereichs des Gehäuses 11 ist ein erster
Klemmkonus 15 angeordnet, der in Zusammenwirkung mit einem
zweiten an einem der Stelllenker 10 gleitbar angeordneten
Klemmkonus 16 geeignet ist, diesen Stelllenker 10 festzuklemmen. Die
Festklemmung erfolgt dabei durch ein Aufschieben des zweiten Klemmkonus 16 auf
den ersten Klemmkonus 15, wobei durch das Aufschieben der Innendurchmesser
des ersten Klemmkonus 15 verkleinert wird, dadurch auf
der Außenmantelfläche des Stelllenkers 10 aufliegt
und dadurch den Stelllenker 10 reibschlüssig festklemmt.
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Die
Kraft zum Aufschieben des zweiten Klemmkonus 16 auf den
ersten Klemmkonus 15 wird durch einen, im gezeigten Ausführungsbeispiel
durch mehrere Energiespeicher 12 bereit gestellt. Dieser Energiespeicher 12 ist
bevorzugt als Druckfeder ausgebildet.
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Des
weiteren weist das Gehäuse 11 der Stelleinheit 4 in
der besonderen Ausführungsform als hydraulische Stelleinheit
drei Ein-/Auslässe 17, 18, 19 einer
in jeder der durch die Trennwand 20 und den Stellkolben 13 gebildeten
drei Kammern des Gehäuses 11 der Stelleinheit 4,
für ein Druckmittel, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit
auf.
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Der
erste Ein-/Auslass 17 dient dabei der Entriegelung der
Klemmeinrichtung 14, wobei durch ein Einleiten des Druckmittels über
den ersten Ein-/Auslass 17 eine flächig gleichmäßige
Kraft auf den Klemmkonus 16 ausgeübt wird und
dieser den oder die Energiespeicher 12 zurück
drückt. Dadurch kommt der Klemmkonus 16 außer
Eingriff mit dem Klemmkonus 15, was eine freie Beweglichkeit
des Stelllenker 10 bewirkt. Lässt der durch das
Druckmittel ausgeübte Druck auf den Klemmkonus 16 nach, drückt
der Energiespeicher 12 den Klemmkonus 16 zurück
auf den Klemmkonus 15 und klemmt dadurch den Stelllenker 10 fest.
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Der
zweite Ein-/Auslass 18 und der dritte Ein-/Auslass 19 dient
der Positionierung des Stellkolbens 13 und damit der Stelllenker 10.
Je nach Druckverteilung auf diesen beiden Ein-/Auslässen 18, 19 drückt
das Druckmittel die Stellkolben in Richtung des linken Radträgers 5 oder
des rechten Radträgers 5.
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Die
Ein-/Auslässe 17, 18, 19 werden über eine
Druckerzeugungseinheit (nicht gezeigt) elektrisch betrieben. Diese
Druckerzeugungseinheit steuert im Betriebszustand den Entriegelungsdruck
zur Entriegelung des Stelllenkers durch die Klemmeinheit 14 und
die Stellung des Stellkolbens 13 bzw. die Position der
Stelllenker 10 und damit auch die Spur der an dieser Fahrzeugachse
angebrachten Fahrzeugräder 9.
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Im
Betrieb erfolgt die Ansteuerung der Stelleinheit 4 über
eine (nicht gezeigte) Steuereinheit und eine mit dieser verbundenen
Druckerzeugungseinheit, welches zuvor alle fahrdynamischen und sicherheitsrelevanten
Daten des Fahrzeuges (zum Beispiel Geschwindigkeit, Gierrate, Lenkwinkel,
Raddrehzahlen) auswertet und die optimale Spurstellung des Fahrzeugrades 9 ermittelt.
Zu Veränderung der Radstellung wird im Falle der Ausbildung
der Stelleinheit 4 als hydraulische Stelleinheit 4 der
mit dem zweiten Klemmkonus 16 versehene Stelllenker 10 durch
Lösen der Klemmeinheit 14 freigesetzt. Durch Einbringen
einer Hydraulikflüssigkeit über den Einlass 18 wird
der Stellkolben 13 aus der Neutralposition ausgelenkt. Über
die mit dem Stellkolben 13 verbundenen Stelllenker 10 wird
so eine Lenkung des Rades 9, das über den Radträger 5 mit
der Stelllenker 10 verbunden ist, bewirkt. Die Rückstellung
der Radposition in den Geradeauslauf, sprich die Rückstellung der
Stelleinheit 4 in die Neutralposition erfolgt zunächst über
die Ein-/Auslässe 18, 19. Nach Erreichen der
Neutralposition wird der Ein-/Auslass 17 geöffnet, so
dass der an der Klemmeinheit 14 anliegende hydraulische
Druck abgebaut wird und dadurch allein durch die Kraftausübung
der Druckfeder 12 auf den zweiten Klemmkonus 16 der
mit dem zweiten Klemmkonus 16 versehene Stelllenker 10 in
seiner Neutralposition festgeklemmt wird. Der Aktuator 4 verhält
sich in dieser arretierten Lage wie ein konventioneller Spurlenker.
Die Stelleinheit 4 benötigt in dieser Position
keine von außen zuzuführende Energie, da diese
Position, genauer gesagt die Klemmstellung der Stelllenker 10,
allein durch die Federsteifigkeit der Druckfeder 12 gehalten
wird.
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Steht
eine längere Geradeausfahrt an, so kann die Stelleinheit 4 in
einer bevorzugten Ausführungsform über die Steuereinheit
durch manuelle Betätigung beispielsweise eines mit der
Steuereinheit elektrisch verbundenen Bedienelements im Armaturenbrett
des Fahrzeugs manuell abgeschaltet und später wieder in
Betrieb genommen werden.
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Die
Neutrallage der Stelleinheit stellt sich immer dann von selbst ein,
wenn keine andere Kraft, insbesondere keine durch die Hydraulik
erzeugte Kraft, als die des Energiespeichers 12 auf den
Stellkolben 13 ausgeübt wird. Damit stellt sich
oder verbleibt die Stelleinheit 4 auch dann in diese Neutralposition,
wenn beispielsweise die Druckerzeugungseinheit zur Versorgung der
Hydraulik oder Pneumatik der Stelleinheit 4 ausfällt.
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- 1
- Radachse
- 2
- Fahrzeugaufbau
- 3
- Radlenker
- 4
- Stelleinheit/Aktuator
- 5
- Radträger
- 6
- Verbindungselement
- 7
- Verbindungselement
- 8
- Verbindungselement
- 9
- Rad
- 10
- Stelllenker
- 11
- Gehäuse
- 12
- Energiespeicher
- 13
- Stellkolben
- 14
- Klemmeinheit
- 15
- erster
Klemmkonus
- 16
- zweiter
Klemmkonus
- 17
- erster
Ein- und Auslaß
- 18
- zweiter
Ein- und Auslaß
- 19
- dritter
Ein- und Auslaß
- 20
- Trennwand
- 21
- Verbindungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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