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Die
Erfindung betrifft einen Stabilisator für ein Fahrwerk
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum
Betreiben eines Stabilisators nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
8.
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Derartige
Stabilisatoren sind hinlänglich bekannt. Die
DE 10 2005 031 036 A1 offenbart
einen Stabilisator für ein Kraftfahrzeug mit einem eingebauten
Schwenkmotor zur Wankregelung, mittels welchem zwei Stabilisatorhälften
des geteilten Stabilisators relativ zueinander verdrehbar sind,
wodurch ein Wanken eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen Stabilisator
beispielsweise bei einer Kurvenfahrt verhinderbar ist.
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Die 1 zeigt
einen Stabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftwagens gemäß dem
Stand der Technik in einer schematischen Darstellung. Eine Hinterachse 10 des
Kraftwagens umfasst zwei Räder 12 und 13,
welche jeweils über einen Querlenker 14 bzw. 16 mit
einem Dämpfer 18 bzw. 20 und mit einer Feder 22 bzw. 24 verbunden
sind. Des Weiteren sind die Querlenker 14 und 16 über
Koppelstangen 26 bzw. 28 mit einem geteilten Stabilisator 30 verbunden,
welcher zwei Stabilisatorhälften 32 und 34 umfasst.
Die Stabilisatorhälften 32 und 34 sowie
die Dämpfer 18 und 20 sowie die Federn 22 und 24 sind über
entsprechende Lagerstellen 36, 38, 40, 42, 44 und 46 an
einem Fahrgestell des Kraftwagens gelagert.
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Der
Stabilisator 30 umfasst weiterhin einen Elektromotor 48,
mittels welchem die Stabilisatorhälften 32 und 34 relativ
zueinander verdrehbar sind zum Ausgleich von Wankbewegungen des
Kraftwagens.
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Die
bekannten Stabilisatoren weisen dabei den Nachteil auf, dass aufgrund
hoher Drehmassenträgheiten der eingesetzten Elektromotoren
keine wirksame Freischaltung des jeweiligen Stabilisators ermöglicht
ist. Das bedeutet, dass der Stabilisator bzw. die Stabilisatorhälften
nicht vollständig entkoppelbar ist bzw. sind, wodurch ein
Komfortnachteil entsteht.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stabilisator
der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben eines
derartigen Stabilisators derart weiterzuentwickeln, dass ein erhöhter
Komfort ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Stabilisator für ein Fahrwerk
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren
zum Betreiben eines Stabilisators mit den Merkmalen des Patentanspruchs
8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Ein
solcher Stabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftwagens
umfasst zumindest zwei Stabilisatorelemente, welche mittels zumindest
eines elektromotorischen Aktuators zur Wankregelung und/oder Nickregelung
verdrehbar sind und welche über jeweils zumindest eine
Koppelstange mit dem Fahrwerk verbunden sind, wobei erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass der Stabilisator mittels zumindest einer hydraulischen
Freischalteinrichtung entkoppelbar ist. Durch die erfindungsgemäße
Ausführungsform des Stabilisators ist eine vollständige
Entkoppelbarkeit des Stabilisators bzw. der Stabilisatorelemente erreicht,
wodurch ein erhöhter Komfort für Insassen des
Kraftwagens erreicht ist. Insbesondere bei einer Geradeausfahrt
des Kraftwagens ist somit der Stabilisator vollständig
entkoppelbar, was bedeutet, dass wie allgemein bekannt ist, eine
Radseite einer Achse die andere Radseite derselben Achse nicht bezüglich eines
Einfederns zumindest eines korrespondierenden Rads der Radseite
beeinflusst.
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Gleichzeitig
ist durch den erfindungsgemäßen Stabilisator ermöglicht,
dass ein Wanken des Kraftwagens beispielsweise bei schneller Kurvendurchfahrt
reduzierbar oder gar verhinderbar ist für ein besseres
und sichereres Kurvenverhalten des Kraftwagens. Durch den Einsatz
eines elektromotorischen Aktuators ist dabei eine äußerst
schnelle Wankregelung und/oder Nickregelung ermöglicht. Insbesondere
gegenüber hydraulisch betätigten Aktuatoren erweist
sich der elektromotorische Aktuator insofern als äußerst
vorteilhaft, als dass, wie bereits erwähnt, eine Regelung
des Stabilisators durch den elektromotorischen Aktuator schneller
aber auch insbesondere mit einem geringeren Energieaufwand erfolgen
kann, was mit einer Reduzierung eines Kraftstoffverbrauchs und damit
mit einer Reduzierung von CO2-Emissionen
einer korrespondierenden Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens
einhergeht.
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Somit
sind mit dem erfindungsgemäßen Stabilisator die
Vorteile eines mittels eines elektromotorischen Aktuators betätigten
Stabilisators zur Verbesserung des Kurvenverhaltens infolge einer
Wank- und/oder Nickregelung mit den Vorteilen einer vollständigen
Entkoppelbarkeit und einer daraus resultierenden Komfortsteigerung,
insbesondere bei Geradeausfahrt des Kraftwagens, verknüpft.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform
der Erfindung ebenso vorgesehen sein kann, dass die Koppelstange
und das korrespondierende Stabilisatorelement einstückig
ausgebildet sind. In diesem Falle ist das Stabilisatorelement quasi
direkt an das Fahrwerk bzw. ein Fahrgestell des Kraftwagens angebunden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zumindest
eine Koppelstange als hydraulische Freischalteinrichtung ausgebildet,
wobei die hydraulische Freischalteinrichtung zumindest zwei linear,
relativ zueinander bewegbare und hydraulisch verriegelbare bzw.
freischaltbare Koppelelemente umfasst. Diese Ausführungsform
bedeutet eine unaufwändige Realisierung der beschriebenen hydraulischen
Freischalteinrichtung zur Erreichung aller in diesem Zusammenhang
beschriebenen Vorteile. In diesem Falle können beispielsweise
Ausführungsformen bestehender aktiver Stabilisatoren mit einem
elektromotorischen Aktuator beibehalten werden und um eine hydraulische
Freischalteinrichtung in der beschriebenen Ausführungsform
erweitert werden. Mittels der Koppelstange als hydraulische Freischalteinrichtung
ist somit der Stabilisator durch ein Freischalten der Koppelelemente
entkoppelbar, was wie beschrieben mit einer Komfortsteigerung einhergeht.
Zur Wank- und/oder Nickregelung sind die hydraulischen Koppelelemente
verriegelbar, wodurch also eine Radseite die andere Radseite beim
Einfedern beeinflussen kann, wodurch eine Wankregelung realisierbar
ist.
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Vorteilhafterweise
ist die hydraulische Freischalteinrichtung mittels zumindest eines
Magnetventils verriegelbar bzw. freischaltbar. Dies birgt den Vorteil,
dass somit die hydraulische Freischalteinrichtung besonders schnell
verriegelbar bzw. freischaltbar ist, wodurch in besonders schneller
Zeit auf unterschiedliche Fahrsituationen des Kraftwagens mit einem
derartigen Stabilisator reagiert werden kann, einerseits zur Maximierung
des Komforts insbesondere bei Geradeausfahrt, aber andererseits
auch zur Maximierung des Fahrkomforts und einer Fahrsicherheit insbesondere
bei schnell durchfahrenen Kurven bzw. bei schnellen und starken
Lastwechseln um eine Wankachse des Kraftwagens. Weiterhin ist es denkbar,
dass nach dem Schließen des Magnetventils sich die hydraulische
Freischalteinrichtung selbsttätig in deren Mittelstellung
zentriert.
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Bei
einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung weist die hydraulische
Freischalteinrichtung einen Hub von +/–15 mm auf. Ein derartig
kurzer Hub, welcher bei einer Freischaltung der hydraulischen Freischalteinrichtung
also bei einer Entkopplung des Stabilisators von der Freischalteinrichtung durchführbar
ist, reicht aus, um alle im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen
Stabilisator beschriebenen Vorteile zu erreichen. Zudem weist die hydraulische
Freischalteinrichtung bei dieser Ausführungsform der Erfindung
einen nur geringen Bauraumbedarf auf, wodurch eine Umkonstruktion
einer entsprechenden Achse mit einem derartigen Stabilisator verhinderbar
ist. Des Weiteren geht mit dieser Ausführungsform der Vorteil
einher, dass sich durch den nur geringen Bauraumbedarf der hydraulischen Freischalteinrichtung
Packageprobleme umgehen lassen bzw. diese erst gar nicht entstehen.
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Zur
weiteren Steigerung des Komforts weist die hydraulische Freischalteinrichtung
vorteilhafterweise zumindest ein Dämpfungselement als Endanschlag
auf, idealerweise weist sie an jedem Endanschlag, wobei bei einer
derartigen hydraulischen Freischalteinrichtung in der Regel zwei
Endanschläge vorgesehen sind, Dämpfungselemente
auf. Dies bedeutet also, dass bei Durchlaufen des Hubs und Erreichen
einer Endstellung der hydraulischen Freischalteinrichtung bzw. der
bewegbaren Koppelelemente ein etwaiger Schlag bzw. unsanfter Stoß durch ein
entsprechendes Dämpfungselement abdämpfbar ist.
Damit einhergehen sowohl die Reduzierung bzw. Vermeidung eines spürbaren
Schlags im Fahrwerk des Kraftwagens als auch eine Reduzierung bzw. eine
Vermeidung eines aus dem Schlag bzw. aus dem Stoß resultierenden
Geräuschs, wodurch der Komfort insbesondere für
Insassen des Kraftwagens und insbesondere auf langen Reisen deutlich
gesteigert ist.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist die hydraulische Freischalteinrichtung als hydraulische Drehfreischalteinrichtung
ausgebildet, welche zumindest zwei relativ zueinander drehbare und
hydraulisch verriegelbare bzw. freischaltbare Koppelelemente umfasst.
Durch diese Ausführungsform ist eine vollständige
Entkoppelung des Stabilisators in dem Sinne ermöglicht, dass
eine Radseite ein Einfedern eines Rads der anderen Radseite derselben
Achse nicht beeinflusst, was mit einer starken Erhöhung
des Komforts für die Insassen des Kraftwagens einhergeht,
insbesondere bei einer Geradeausfahrt. Zudem erweist sich diese Ausführungsform
der hydraulischen Freischalteinrichtung als äußerst
Platz sparend bezüglich eines benötigten Bauraums,
wodurch sich Packageprobleme vermeiden und eine Flexibilität
bezüglich einer Konstruktion einer Achse mit einem derartigen
Stabilisator vergrößern lassen. Nichtsdestoweniger
ist neben der Steigerung des Komforts durch eine Freischaltung der Koppelelemente
auch eine Verbesserung des Kurvenverhaltens des Kraftwagens durch eine
Verriegelung der Koppelelemente ermöglicht, wodurch der
Komfort während der Kurvenfahrt als auch die Sicherheit
deutlich erhöht sind.
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Vorteilhafterweise
ist die hydraulische Freischalteinrichtung in Form der hydraulischen
Drehfreischalteinrichtung in ein Gehäuse des zumindest
einen elektromotorischen Aktuators integriert. Die Integrierung
der hydraulischen Drehfreischalteinrichtung in das Gehäuse
des elektromotorischen Aktuators, der beispielsweise in Form eines
Elektromotors ausgebildet ist, hat den Vorteil inne, dass ein benötigter Bauraum
weiter reduziert ist, was in einer Erhöhung der Flexibilität
der Konstruktion einer Hinterachse mit einem derartigen Stabilisator
resultiert zur Vermeidung von Packageproblemen und zur Verbesserung eines
Fahrverhaltens des gesamten Kraftwagens.
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Auch
in diesem Zusammenhang ist es äußerst vorteilbehaftet,
wenn die hydraulische Freischalteinrichtung in Form der hydraulischen
Drehfreischalteinrichtung mittels zumindest eines Magnetventils
verriegelbar bzw. freischaltbar ist, wodurch äußerst
schnelle Schalt- bzw. Regelungszeiten und damit eine schnelle Reaktion
auf sich ändernde Fahrverhalten bzw. Fahrsituationen des
Kraftwagens ermöglicht sind.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines
Stabilisators für ein Fahrwerk eines Kraftwerks, bei welchem
zumindest zwei mit jeweils zumindest einer Koppelstange an das Fahrwerk
angebundene Stabilisatorelemente bedarfsweise mittels eines elektrischen
Motors zur Wankregelung relativ zueinander verdreht werden, sieht
vor, dass der Stabilisator mittels zumindest einer hydraulischen Freischalteinrichtung
bedarfsweise entkoppelt wird. Damit sind alle bereits im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen Stabilisator beschriebenen
Vorteile erreicht, nämlich die, dass einerseits eine Verbesserung
eines Fahrverhaltens des Kraftwagens durch Verriegelung der hydraulischen
Freischalteinrichtung realisierbar ist, und zwar durch eine äußerst schnelle
Regelung infolge eines Einsatzes des elektromotorischen Aktuators,
in Folge einer Wank- und/oder Nickregelung. Andererseits ist durch
eine Freischaltung der hydraulischen Freischalteinrichtung ein Komfort
insbesondere bei einer Geradeausfahrt des Kraftwagens deutlich erhöht,
da in Folge der Freischaltung eine Radseite einer Achse mit einem derartigen
Stabilisator die andere Radseite bezüglich eines Einfederns
eines Rads der Radseite nicht beeinflusst.
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Dementsprechend
ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Stabilisator bei
einer Geradeausfahrt des Kraftwagens entkoppelt wird, wodurch die
bereits beschriebene Komfortsteigerung in Folge einer Nichtbeeinflussung
der beiden Radseiten erreicht ist. Erfordert es eine Fahrsituation,
insbesondere eine schnelle Kurvenfahrt, so wird die hydraulische
Freischalteinrichtung verriegelt, wodurch sich die beiden Radseiten
gegenseitig beeinflussen können, wodurch also eine Wankregelung
realisiert ist zur Erhöhung des Komforts als auch zur Verbesserung
eines Kurvenverhaltens des Kraftwagens infolge einer Vermeidung
von Wankbewegungen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Stabilisators
sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens anzusehen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung
genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine
gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der
jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 einen
Stabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftwagens mit zwei
Stabilisatorhälften, welche mittels eines Elektromotors
zur Wankregelung relativ zueinander verdrehbar sind und welche jeweils über eine
Koppelstange mit jeweils einem Querlenker des Fahrwerks verbunden
sind,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Stabilisators für ein Fahrwerk
eines Kraftwagens mit zwei Stabilisatorelementen, welche mittels
eines Elektromotors relativ zueinander verdrehbar sind und welche
jeweils über eine Koppelstange mit dem Fahrwerk verbunden
sind, wobei eine Koppelstange als eine hydraulische Freischalteinrichtung
zur Entkopplung des Stabilisators ausgebildet ist und
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3 eine
Frontansicht, eine Draufsicht sowie eine Seitenansicht des Stabilisators
gemäß 2.
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Während
die 1 in einer schematischen Darstellung einen Stabilisator
zur Wankregelung eines Kraftwagens gemäß dem Stand
der Technik zeigt, zeigen die 2 und 3 ebenfalls
einen Stabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftwagens zur Wankregelung,
wobei der Stabilisator mittels einer hydraulischen Freischalteinrichtung
vollständig entkoppelbar ist, wodurch also eine Radseite
des Stabilisators die andere Radseite derselben Achse, in welcher
der Stabilisator zum Einsatz kommt bezüglich eines Einfederns
eines Rads der Radseite, nicht beeinflusst zur Verbesserung eines
Komforts insbesondere bei einer Geradeausfahrt des Kraftwagens.
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Die 2 zeigt
einen Stabilisator 50 für ein Fahrwerk eines Kraftwagens.
Der Stabilisator 50 umfasst dabei zwei Stabilisatorelemente 52 und 54,
welche mittels eines Elektromotors 56 relativ zueinander verdrehbar
sind zur Realisierung einer Wankregelung. Durch den Stabilisator 50 sind
Wankbewegungen des Kraftwagens bei schnellen Lastwechseln bzw. bei
einer schnell durchfahrenen Kurve vermeidbar, und zwar dadurch,
dass bei einem Anheben eines Rads, also bei einem Einfedern des
Rads, was bei einer Kurvenfahrt ein kurvenäußeres
Rad ist, über eine Verdrehung des Stabilisators 50 bzw.
der Stabilisatorelemente 52 und 54 das andere
Rad derselben Achse, an welcher der Stabilisator 50 zum Einsatz
kommt, ebenfalls angehoben wird. Dadurch wird bei Kurvenfahrten
einem übermäßigen Wanken einer Karosserie
des Kraftwagens entgegengewirkt.
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Durch
den Einsatz des Elektromotors 56 ist ein aktiver Stabilisator
in Form des Stabilisators 50 geschaffen, der auf unterschiedlichste
Fahrsituationen reagieren und eine Härte des Stabilisators 50 einstellen
kann. Je härter der Stabilisator 50 eingestellt
ist, desto geringer ist die Wankbewegung einer Karosserie des Kraftwagens.
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Ein
einseitiges Einfedern eines Rads bei Geradeausfahrt beispielsweise
durch Straßenunebenheiten führt jedoch zu Bewegungen
des Kraftwagens um seine Längsachse. In diesem Falle ist
eine besonders weiche Einstellung des Stabilisators 50 in Form
einer Entkopplung des Stabilisators bzw. der Stabilisatorelemente 52 und 54 gegenüber
einander wünschenswert. Durch den erwähnten Einsatz
des Elektromotors 56 als Drehsteller des Stabilisators 50 ist
zwar eine besonders kraftstoffverbrauchsschonende und sehr schnelle
Regelung des Stabilisators 50 ermöglicht, jedoch
ist eine vollständige Entkopplung der Stabilisatorelemente 52 und 54 in
Folge von hoher Drehmassenträgheiten des Elektromotors 56 nicht
möglich, was zu einem Komfortnachteil insbesondere bei
Geradeausfahrt in Folge eines einseitigen Einfederns eines Rades
resultiert.
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Der
Stabilisator 50 ist über Koppelstangen 58 und 60 an
das Fahrwerk bzw. ein Fahrgestell des Kraftwagens angebunden. Zur
Realisierung der angedeuteten vollständigen Entkopplung
des Stabilisators 50 ist die Koppelstange 60 als
hydraulische Freischalteinrichtung ausgebildet. Die Koppelstange 60 umfasst
dabei zwei linear, relativ zueinander bewegbare und hydraulisch
verriegelbare bzw. freischaltbare Koppelelemente.
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Zur
Freischaltung des aktiven Stabilisators 50 mit dem Elektromotor 56 als
Drehsteller wird ein Magnet-Hydraulikventil der Koppelstange 60 geöffnet,
wodurch eine gegenseitige Beeinflussung der Stabilisatorelemente 52 und 54 und
damit eine Komforteinbuße bei einseitigem Einfedern vermieden
ist. Zur Aktivierung des Elektromotors wird das Magnet-Hydraulikventil
der Koppelstange 60 geschlossen. Gleichzeitig nimmt der
Elektromotor 56 des aktiven Stabilisators 50 seine
Regelaufgaben auf und stellt die Karosserie bei schnellen Lastwechseln
oder bei einer schnellen Kurvenfahrt gerade. Die verriegelbare und
freischaltbare Koppelstange 60 weist dabei einen Freihub
von ca. +/–15 mm auf und ist mit sanft einsetzenden inneren
Endanschlägen ausgerüstet zur weiteren Komfortsteigerung
in Folge einer Vermeidung von Schlägen und Geräuschen
bei Erreichen eines Endanschlags nach Durchlaufen des Freihubs.
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Die 3 zeigt
den Stabilisator 50 gemäß 2,
wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen in einer
Frontansicht gemäß Darstellung A, einer Draufsicht
gemäß Darstellung B und in einer Seitenansicht
gemäß Darstellung C.
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- 10
- Hinterachse
- 12
- Rad
- 13
- Rad
- 14
- Querlenker
- 16
- Querlenker
- 18
- Dämpfer
- 20
- Dämpfer
- 22
- Feder
- 24
- Feder
- 26
- Koppelstange
- 28
- Koppelstange
- 30
- Stabilisator
- 32
- Stabilisatorhälfte
- 34
- Stabilisatorhälfte
- 36
- Lager
- 38
- Lager
- 40
- Lager
- 42
- Lager
- 44
- Lager
- 46
- Lager
- 48
- Elektromotor
- 50
- Stabilisator
- 52
- Stabilisatorelemen
- 54
- Stabilisatorelemen
- 56
- Elektromotor
- 58
- Koppelstange
- 60
- Koppelstange
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005031036
A1 [0002]