DE102009028386A1 - Vorrichtung zum Variieren eines Wankwinkels einer Fahrzeugkarosserie im Bereich wenigstens einer Fahrzeugachse - Google Patents

Vorrichtung zum Variieren eines Wankwinkels einer Fahrzeugkarosserie im Bereich wenigstens einer Fahrzeugachse Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (7) zum Variieren eines Wankwinkels einer Fahrzeugkarosserie im Bereich wenigstens einer Fahrzeugachse mit einer Stabilisatoreinrichtung (5), die mit der Fahrzeugkarosserie und mit Rädern der Fahrzeugachse in Wirkverbindung bringbar ist und die eine wenigstens eine elektrische Maschine (8) und ein Getriebe (9) umfassende Aktoreinrichtung (10) aufweist, beschrieben. Ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine (8) wird im Bereich des Getriebes (9) in vergrößerndem Umfang übersetzt und in zwei zum Variieren des Wankwinkels relativ zueinander relativ zueinander bewegbare Bereiche (5A, 5B) der Stabilisatoreinrichtung (5) eingeleitet. Erfindungsgemäß ist eine Sensoreinrichtung (19) vorgesehen, mittels welcher eine drehmomentabhänige Relativbewegung zwischen zwei axial zueinander beabstandeten und drehfest miteinander vnrichtung (5) ermittelbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Variieren eines Wankwinkels einer Fahrzeugkarosserie im Bereich wenigstens einer Fahrzeugachse gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
  • Aus der DE 198 46 275 A1 sind ein System und ein Verfahren zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen bekannt. Das System zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, ist mit Stellmitteln ausgeführt, die wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Wankgröße und mindestens einen Schwenkantrieb aufweisen. Der Schwenkantrieb ist zwischen Hälften eines Fahrwerkstabilisators angeordnet und bewirkt zur Reduzierung oder Unterdrückung der Wankbewegung eine Vorspannung zwischen drehbar bzw. schwenkbar ausgeführten Stabilisatorhälften. Des Weiteren bringt der Schwenkantrieb im Wankfall ein Gegenmoment auf den Fahrzeugaufbau abhängig von Ausgangssignalen des Sensors auf. Der Schwenkantrieb umfasst eine elektrische Maschine und Mittel zur Blockierung der gegenseitigen Verschwenkung der Stabilisatorhälften, wobei ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine im Bereich eines Getriebes in vergrößerndem Umfang übersetzt wird und in die zum Variieren des Wankwinkels relativ zueinander bewegbaren Stabilisatorhälften einleitbar ist.
  • Derart ausgeführten aktiven Stabilisatoren von Kraftfahrzeugen liegt als Hauptfunktion die zeitgerechte und wohl dosierte Einstellung eines gewünschten Torsionsmomentes zugrunde. Dies erfolgt üblicherweise mit Hilfe einer Drehwinkelerfassung zwischen den beiden Stabilisatorhälften sowie einer Höhenstandserfassung im Bereich der beiden Schenkelenden einer Stabilisatoreinrichtung. In Abhängigkeit einer bekannten Drehfederzahl der Stabilisatoreinrichtung ist das theoretisch an der Stabilisatoreinrichtung anliegende Drehmoment rechnerisch bestimmbar.
  • Die vorbeschriebene Bestimmung des jeweils an einer Stabilisatoreinrichtung anliegenden Drehmomentes ist aufgrund der Streuung im Bereich der Drehfederzahlen der Stabilisatorhälften bei Serienproduktionen und oft nicht hinreichend bekannten Nichtlinearitäten und Nebenelastizitäten des übrigen Fahrwerks, insbesondere im Bereich von elastischen Gummimetalllagern, sowie der Verwindungssteifigkeit der Fahrzeugkarosserie unerwünschterweise nicht mit einer angestrebten Genauigkeit durchführbar.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Variieren eines Wankwinkels einer Fahrzeugkarosserie im Bereich wenigstens einer Fahrzeugachse mit einer Stabilisatoreinrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels der ein aktuell an einer Stabilisatoreinrichtung anliegendes Torsionsmoment mit ausreichender Genauigkeit und möglichst hoher Dynamik ermittelbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Variieren eines Wankwinkels einer Fahrzeugkarosserie im Bereich wenigstens einer Fahrzeugachse ist mit einer Stabilisatoreinrichtung ausgeführt und mit der Fahrzeugkarosserie sowie mit Rädern der Fahrzeugachse in Wirkverbindung bringbar. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine wenigstens eine elektrische Maschine und ein Getriebe umfassende Aktoreinrichtung auf. Ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine wird im Bereich des Getriebes in vergrößerndem Umfang übersetzt und in zwei zum Variieren des Wankwinkels relativ zueinander bewegbare Bereiche der Stabilisatoreinrichtung eingeleitet.
  • Erfindungsgemäß ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, mittels welcher eine drehmomentabhängige Relativbewegung zwischen zwei axial zueinander beabstandeten und drehfest miteinander verbundenen Abschnitten der Stabilisatoreinrichtung ermittelbar ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine torsionsmomentabhängige Drehbewegung zwischen zwei axial zueinander beabstandeten und drehfest miteinander verbundenen Abschnitten der Stabilisatoreinrichtung, beispielsweise im Bereich einer Stabilisatorhälfte, im Bereich der Aktoreinrichtung oder im Übergangsbereich zwischen einer Stabilisatorhälfte und der Aktoreinrichtung, ermittelbar, wobei bei Vorliegen eines definierten axialen Abstandes zwischen den Abschnitten der Stabilisatoreinrichtung Streuungen von Drehfederzahlen von Stabilisatorhälften und oft nicht hinreichend bekannten Nichtlinearitäten und Nebenelastizitäten des übrigen Fahrwerks sowie die Verwindungssteifigkeit der Fahrzeugkarosserie einer exakten Bestimmung des aktuell in der Stabilisatoreinrichtung wirkenden Drehmomentes nicht entgegenstehen und das aktuelle Drehmoment mit möglichst hoher Dynamik ermittelbar ist.
  • Das bedeutet, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung das aktuell an der Stabilisatoreinrichtung anliegende Torsionsmoment mit ausreichender Genauigkeit und hoher Dynamik bestimmbar ist und ein von einer übergeordneten Steuereinrichtung vorgegebenes Soll-Drehmoment bzw. Soll-Torsionsmoment mit kürzeren Steuer- und Regelzeiten und mit höherer Genauigkeit als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung einstellbar ist.
  • Bei einer in radialer Richtung durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichneten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Sensoreinrichtung als Axialsensor ausgeführt.
  • Eine im Vergleich hierzu mit in axialer Richtung geringerem Bauraumbedarf ausführbare Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine als Radialsensor ausgeführte Sensoreinrichtung auf.
  • Bei einer während einer Fahrzeugmontage einfach handhabbaren und mit geringem Aufwand montierbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Steuereinrichtung der elektrischen Maschine der Aktoreinrichtung in einem Gehäuse der Aktoreinrichtung angeordnet.
  • Alternativ hierzu ist die Steuereinrichtung der elektrischen Maschine der Aktoreinrichtung bei einer bauraumgünstigen Ausführungsform außerhalb des Gehäuses der Aktoreinrichtung angeordnet und vorzugsweise über den anordnungsbedingten Abstand zwischen der Steuereinrichtung und der elektrischen Maschine überbrückende Kabelverbindungen mit der elektrischen Maschine wirkverbunden. Bei dieser Lösung ist die Steuereinrichtung auf einfache Art und Weise in Bereichen einer Fahrzeugbodengruppe anordenbar, die den für die Anordnung der Steuereinrichtung erforderlichen Bauraum zur Verfügung stellen.
  • Bei einer vorteilhaften und einfach sowie kostengünstig herstellbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Teil der Sensoreinrichtung mit dem Gehäuse der Aktoreinrichtung und ein weiterer Teil der Sensoreinrichtung mit der im Gehäuse angeordneten Steuereinrichtung der elektrischen Maschine verbunden, wobei die Steuereinrichtung drehfest mit dem Gehäuse der Aktoreinrichtung wirkverbunden ist und die drehfeste Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Steuereinrichtung in axialer Richtung zu der Sensoreinrichtung beabstandet ist.
  • Damit ist auf einfache Art und Weise gewährleistet, dass der zwischen der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse der Aktoreinrichtung und der Steuereinrichtung der elektrischen Maschine mit dem für die sensoreinrichtungsseitige Erfassung der drehmomentabhängigen Relativbewegung bzw. der torsionsmomentbedingten Verdrehung erforderlichen Abstand von der Sensoreinrichtung entfernt positionierbar ist. Dies resultiert aus der Tatsache, dass der jeweils verwendete Sensor, der ein piezoresistiver, ein kapazitiver, magnetostriktiver, optischer, elektromagnetischer, resistiver oder Hall-Effektsensor sein kann, eine bauartbedingte Auflösung aufweist und Differenzbewegungen erst oberhalb eines Grenzwertes mit der gewünschten Genauigkeit von der Sensoreinrichtung erfassbar sind und zur Ermittlung des jeweils aktuell an der Stabilisatoreinrichtung angreifenden Drehmomentes bzw. Torsionsmomentes zur Verfügung stehen.
  • So ist beispielsweise der Abstand zwischen der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Steuereinrichtung und der Sensoreinrichtung bei entsprechend niedrigerer Auflösung der Sensoreinrichtung in Abhängigkeit der Federsteifigkeit der Stabilisatoreinrichtung zwischen den drehfest miteinander verbundenen Abschnitten entsprechend angepasst vorzusehen, um das aktuell anliegende Torsionsmoment mit der gewünschten Genauigkeit und auch der entsprechend hohen Dynamik zu ermitteln und ein angefordertes Soll-Drehmoment über die elektrische Maschine und das zugeordnete Getriebe entsprechend genau einstellen zu können.
  • Um einen für eine exakte sensoreinrichtungsseitige Ermittlung des aktuell an der Stabilisatoreinrichtung anliegenden Drehmomentes erforderlichen axialen Abstand bei gleichzeitig geringem axialen Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verfügung stellen zu können, ist das Gehäuse der Aktoreinrichtung bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zumindest im Bereich zwischen der Sensoreinrichtung und der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Steuereinrichtung der elektrischen Maschine mit sich in radialer Richtung übergreifenden und in axialer Richtung erstreckenden Gehäusewandabschnitten ausgebildet, die im Wesentlichen ähnlich einem Kompensator miteinander verbunden sind und eine entsprechend vergrößerte federnde Länge zwischen der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Steuereinrichtung und der Sensoreinrichtung zur Verfügung stellen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Teil der Sensoreinrichtung mit einem der Bereiche der Stabilisatoreinrichtung und ein weiterer Teil mit der im Gehäuse angeordneten Steuereinrichtung der elektrischen Maschine verbunden, wobei die Steuereinrichtung und der Bereich der Stabilisatoreinrichtung drehfest mit dem Gehäuse der Aktoreinrichtung wirkverbunden sind und die drehfesten Verbindungen zwischen dem Gehäuse und der Steuereinrichtung und zwischen dem Gehäuse und dem Bereich der Stabilisatoreinrichtung in axialer Richtung zu der Sensoreinrichtung beabstandet sind und die Sensoreinrichtung zwischen den drehfesten Verbindungen positioniert ist.
  • Bei einer durch ein geringes Eigengewicht und gleichzeitig hoher Federsteifigkeit gekennzeichneten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung sind die Bereiche der Stabilisatoreinrichtung wenigstens bereichsweise aus einem Hohlprofil gebildet.
  • Sind die Bereiche der Stabilisatoreinrichtung wenigstens bereichsweise aus einem Vollprofil gebildet, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in diesen Abschnitten in radialer Richtung durch einen entsprechend geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ein aus einem Hohlprofil bestehendes Adapterteil, über das der mit der Sensoreinrichtung gekoppelte und aus einem Vollprofil bestehende Bereich der Stabilisatoreinrichtung mit dem Gehäuse verbunden ist.
  • Um eine präzise Regelung des drehenden und Drehmoment bildenden Magnetfeldes in einem Stator der elektrischen Maschine gewährleisten zu können, ist der elektrischen Maschine ein Drehwinkelgeber zugeordnet über den eine aktuelle Position des Rotors der elektrischen Maschine einfach und kostengünstig ermittelbar ist. Zusätzlich ist eine exakte und schnelle Regelung des Drehfeldes der elektrischen Maschine auch bei sehr langsamer Bewegung der elektrischen Maschine sowie eine redundante Berechnung des an der Stabilisatoreinrichtung angreifenden Drehmomentes möglich. Durch die Möglichkeit der redundanten Berechnung des Drehmomentes ist eine Plausibilisierung des Signals der Sensoreinrichtung somit ein Sicherheitszuwachs auf einfache und kostengünstige Art und Weise erzielbar.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei zugunsten der Übersichtlichkeit in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele für bau- und funktionsgleiche Bauteile die selben Bezugszeichen verwendet werden.
  • Es zeigt:
  • 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeuges mit zwei Fahrzeugachsen, in deren Bereich jeweils eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Variieren eines Wankwinkels einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist;
  • 2 einen einer Fahrzeugvorderachse des Fahrzeuges gemäß 1 zugeordneter Teil einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 3 eine 2 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 4 einen in 2 näher gekennzeichneten Bereich IV in einer vergrößerten Einzeldarstellung;
  • 5 eine 4 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 6 eine 4 entsprechende Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 7 eine 4 entsprechende Darstellung einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
  • 8 eine 4 entsprechende Darstellung einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeuges 1 mit einer Fahrzeugvorderachse 2 und einer Fahrzeughinterachse 3. Zum Variieren eines Wankwinkels einer Fahrzeugkarosserie 4 ist das Fahrzeug 1 sowohl im Bereich der Fahrzeugvorderachse 2 als auch im Bereich der Fahrzeughinterachse 3 jeweils mit einer Stabilisatoreinrichtung 5, 6 einer Vorrichtung 7 ausgebildet.
  • Die Stabilisatoreinrichtungen 5, 6 sind mit der Fahrzeugkarosserie 4 und mit Rädern 2A, 2B bzw. 3A, 3B der Fahrzeugvorderachse 2 bzw. der Fahrzeughinterachse 3 wirkverbunden. Zusätzlich umfassen die Stabilisatoreinrichtungen 5, 6 jeweils eine in 2 und 3 näher dargestellte elektrische Maschine 8 und jeweils ein zugeordnetes Getriebe 9 umfassende Aktoreinrichtung 10. Ein Antriebsmoment der elektrischen Maschinen 8 wird jeweils im Bereich des Getriebes 9 in vergrößerndem Umfang übersetzt und jeweils in zwei zum Variieren des Wankwinkels der Fahrzeugkarosserie 4 relativ zueinander bewegbare Bereiche 5A, 5B bzw. 6A, 6B der Stabilisatoreinrichtung 5 bzw. 6 eingeleitet. Die Bereiche 5A, 5B und 6A, 6B der Stabilisatoreinrichtungen 5 und 6 stellen Drehstäbe dar, die durch entsprechende Betätigung der elektrischen Maschine 8 und das Untersetzungsgetriebe 9 zum Variieren des Wankwinkels der Fahrzeugkarosserie 4 gegeneinander verdreht werden. Das Getriebe 9 ist abweichend von den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles als ein- oder mehrstufiges Getriebe mit einer beispielsweise 50 bis 250-fachen Verstärkung des Drehmomentes der elektrischen Maschine 8 ausführbar.
  • Das von der elektrischen Maschine 8 zu erzeugende Antriebsmoment bzw. ein zum Einstellen eines gewünschten Wankwinkels der Fahrzeugkarosserie 4 erforderliches Soll-Drehmoment der elektrischen Maschine 8 wird im Bereich einer übergeordneten Steuereinrichtung 11 des Fahrzeuges 1 ermittelt. Hierfür wird beispielsweise ein Querbeschleunigungssensor 12 zur Erfassung der Querbeschleunigung des Fahrzeuges 1 verwendet, dessen Sensorsignal ein Eingangssignal der Steuereinrichtung 11 darstellt. Darüber hinaus sind auch ein Sensor zur Ermittlung eines Lenkwinkelwertes der Fahrzeuglenkung sowie ein Fahrgeschwindigkeitssensor mit der Steuereinrichtung 11 gekoppelt, um für die Ansteuerung der Aktoreinrichtungen 10 der Stabilisatoreinrichtungen 5 und 6 erforderlichen Betriebszustandsparameter des Fahrzeuges 1 zu ermitteln.
  • In Abhängigkeit des im Bereich der Steuereinrichtung 11 ermittelten Soll-Drehmomentes der elektrischen Maschine 8 wird eine der elektrischen Maschine 8 zugeordnete Steuereinrichtung 13 angesteuert und die elektrische Maschine 8 von der auch die Leistungselektronik der elektrischen Maschine 8 umfassenden Steuereinrichtung 13 entsprechend betätigt. Das von der elektrischen Maschine 8 erzeugte Drehmoment wird über das als dreireihiges Planetengetriebe ausgeführte Getriebe 9 in das zur Vorspannung der Stabilisatoreinrichtung 5 bzw. 6 erforderliche Drehmoment umgewandelt.
  • Die Steuereinrichtung 13 ist über eine Verkabelung 24 unter anderem mit der Steuereinrichtung 11 und weiteren fahrzeugseitigen Komponenten verbunden, wobei über die Verkabelung 24 Soll- und Ist-Signale zwischen der Steuereinrichtung 13 und der Steuereinrichtung 11 ausgetauscht werden und die elektrische Maschine 8 mit elektrischer Energie versorgt wird.
  • In 2 und 3 ist jeweils die der Fahrzeugvorderachse zugeordnete Stabilisatoreinrichtung 5 dargestellt, der im Wesentlichen die gleiche Funktionsweise wie der der Fahrzeughinterachse 3 zugeordneten Stabilisatoreinrichtung 6 zugrunde liegt, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung im Wesentlichen lediglich auf die Stabilisatoreinrichtung 5 Bezug genommen wird.
  • Der Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 ist im Bereich eines Lagers 14 mit der Fahrzeugkarosserie 4 und eines Endbereiches 15 mit der Radaufhängung des Rades 2A wirkverbunden und anderenends drehfest mit einem Gehäuse 16 der Aktoreinrichtung 10 gekoppelt. Der zweite Bereich 5B ist im Bereich eines weiteren Lagers 17 ebenfalls mit der Fahrzeugkarosserie 4 verbunden und in einem Endbereich 18 mit der Radaufhängung des Rades 2B in an sich bekannter Art und Weise gekoppelt. Der Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 ist vorliegend über das Gehäuse 16 der Aktoreinrichtung 10, die elektrische Maschine 8 und das Getriebe 9 mit dem weiteren Bereich 5B der Stabilisatoreinrichtung 5 wirkverbunden. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, die beiden Bereiche 5A und 5B über ein geeignetes Schaltelement drehfest miteinander zu verbinden, womit eine Relativbewegung zwischen den beiden Bereichen 5A und 5B verhindert wird.
  • Die Stabilisatoreinrichtung 5 ist im Bereich der Aktoreinrichtung 10 mit einer weiteren Sensoreinrichtung 19 ausgeführt, mittels welcher eine drehmomentabhängige Relativbewegung zwischen zwei axial zueinander beabstandeten und drehfest miteinander verbundenen Abschnitten 20 und 21 der Stabilisatoreinrichtung 5 ermittelbar ist. Die Abschnitte 20 und 21 sind Teil des Gehäuses 16, in welches die Steuerelektronik bzw. die Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 integriert ist und das als federndes Teil mit der wirksamen Federlänge Fl1 ausgelegt ist. Die Steuereinrichtung 13 ist über einen Flansch bzw. ein Hilfsgehäuse 22 in der in 4 näher dargestellten Art und Weise über eine Verschweißung mit dem Gehäuse 16 drehfest verbunden.
  • Das Sensorsignal der weiteren Sensoreinrichtung 19 stellt die Regelgröße für das im Bereich der Stabilisatoreinrichtung 5 zur Verfügung gestellte Drehmoment dar, über welches der Wankwinkel der Fahrzeugkarosserie 4 im Bereich der Fahrzeugachsen 2 und 3 variiert wird.
  • Ein Teil 19A der Sensoreinrichtung 19, die vorliegend als magnetostriktiver Radialsensor ausgebildet ist, ist mit dem Gehäuse 10 in einem Bereich des Gehäuses 16 verbunden, der um die wirksame Federlänge Fl1 von der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse 16 und dem Flansch 22 entfernt bzw. beabstandet ist. Ein zweiter Teil 19B der Sensoreinrichtung 19 ist mit der im Gehäuse 16 angeordneten Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 in einem Bereich der Steuereinrichtung 13 verbunden, der keine direkte Verbindung mit dem Gehäuse 16 aufweist und daher im Gegensatz zum Gehäuse 16 der Aktoreinrichtung 10 bei Anliegen eines Drehmomentes an der Stabilisatoreinrichtung 5 keine Torsionsverformung erfährt.
  • Damit wird bei Anliegen eines Drehmomentes an der Stabilisatoreinrichtung 5 zwischen der Position der Sensoreinrichtung 19 und der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse 16 und der Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 bzw. dem Flansch 22 eine Torsionsverformung in Form eines Differenzdrehwinkels zwischen dem Gehäuse 16 und der Steuereinrichtung 13 im Bereich der Sensoreinrichtung 19 ermittelt und über die bekannte Federsteifigkeit des Gehäuses 16 im Bereich zwischen der Sensoreinrichtung 19 und dem Flansch 22 in das aktuell an der Stabilisatoreinrichtung 5 angreifende Drehmoment umgerechnet bzw. zur Ermittlung des aktuellen Drehmomentes herangezogen.
  • Das in 2 und 4 näher dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 7 zum Variieren eines Wankwinkels der Fahrzeugkarosserie 4 im Bereich der Fahrzeugvorderachse 2 und im Bereich der Fahrzeughinterachse 3 weist im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen keinen zusätzlichen axialen Bauraumbedarf auf, da die Sensoreinrichtung 19 bauraumgünstig im Bereich der Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 angeordnet ist. Die weitere Sensoreinrichtung 19 ist auf einfache Art und Weise konstruktiv in die Steuereinrichtung 13 integrierbar und dort sehr schnell und robust verarbeitbar.
  • Bei einer Ausführung des Gehäuses 16 aus Aluminium liegen im Vergleich zu durch höhere Federsteifigkeiten gekennzeichneten Werkstoffen bei gleichen Drehmomenten größere Verformungen bzw. Torsionswinkel vor, womit die Genauigkeit des Sensorsignals der weiteren Sensoreinrichtung 19 bei gleicher wirksamer Federlänge Fl1 erhöht ist. Die Stabilisatoreinrichtung 5 ist im Bereich der Aktoreinrichtung 10 mit einer kürzeren Federlänge Fl1 und mit einer geringeren Gesamtlänge ausführbar ist.
  • In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 dargestellt, welches sich von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 lediglich im Bereich einer als Drehwinkelgeber ausgebildeten zusätzlichen Sensoreinrichtung 23 unterscheidet. Über die zusätzliche Sensoreinrichtung 23 bzw. den Drehwinkelgeber, der vorliegend als Axialsensor ausgeführt ist, wird eine aktuelle Position eines Rotors 8A gegenüber einem Stator 8B der elektrischen Maschine 8 messtechnisch ermittelt, womit eine präzise Regelung des drehenden, drehmomentbildenden Magnetfeldes im Stator 8B durchführbar ist. Zusätzlich wird über den Drehwinkelgeber 23 auch bei sehr langsamer Drehbewegung der elektrischen Maschine 8 eine exakte und schnelle Regelung des Drehfeldes der elektrischen Maschine 8 ermöglicht und auch eine erhöhte Sicherheit im Betrieb der Vorrichtung 1 aufgrund einer möglichen redundanten Berechnung des Drehmomentes der elektrischen Maschine 8 sowie einer Plausibilisierung des Sensorsignals der weiteren Sensoreinrichtung 19 erhöht.
  • 5 zeigt eine 4 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung 1, welche sich von der ersten Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß 2 und 4 im Wesentlichen im Bereich zwischen der weiteren Sensoreinrichtung 19 und der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse 16 und dem Flansch 22 unterscheidet, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung zu 5 im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen wird und bezüglich der weiteren Funktionsweise der Vorrichtung 1 der 5 auf die vorstehende Beschreibung zu 2 und 4 verwiesen wird.
  • Das Gehäuse 16 der Vorrichtung 1 gemäß 5 ist im Bereich zwischen der weiteren Sensoreinrichtung 19 und der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse 16 und der Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 mit sich in radialer Richtung übergreifenden und in axialer Richtung erstreckenden Gehäusewandabschnitten 16A, 16B und 16C ausgebildet, wodurch die wirksame Federlänge Fl1 der Vorrichtung 1 gemäß 5 sich aus Einzelfederlängen Fl1A, Fl1B und Fl1C der drei Gehäusewandabschnitte 16A bis 16C zusammensetzt. Bei entsprechender axialer Erstreckung der Gehäusewandabschnitte 16A bis 16C ist die wirksame Federlänge Fl1 der Vorrichtung 1 gemäß 5 bei gleichem axialen Bauraumbedarf der Stabilisatoreinrichtung 5 größer als die wirksame Federlänge Fl1 der Vorrichtung 1 gemäß 4, womit im Bereich der weiteren Sensoreinrichtung 19 der Vorrichtung 1 gemäß 5 bei gleichem an der Stabilisatoreinrichtung 5 angreifenden Drehmoment ein größerer Differenzwinkel messbar ist und damit eine verbesserte Winkelauflösung erreicht wird, wodurch wiederum ein verbessertes Sensorsignal der weiteren Sensoreinrichtung 19 gewährleistet wird.
  • 6 zeigt eine 4 entsprechende Darstellung einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung 1, bei der der Teil 19A der weiteren Sensoreinrichtung 19 mit dem Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 und der weitere Teil 19B mit der im Gehäuse 16 angeordneten Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 verbunden ist. Die weitere Sensoreinrichtung 19 ist als Axialsensor ausgebildet und die Steuereinrichtung 13 sowie der Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 sind drehfest mit dem Gehäuse 16 der Aktoreinrichtung 10 wirkverbunden. Die drehfesten Verbindungen zwischen dem Gehäuse 16 und der Steuereinrichtung 13 und zwischen dem Gehäuse 16 und dem Bereich 5A sind in axialer Richtung zu der weiteren Sensoreinrichtung 19 beabstandet und die weitere Sensoreinrichtung 19 ist zwischen den drehfesten Verbindungen positioniert. Damit setzt sich die wirksame federnde Länge Fl1 bei dem in 6 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 aus der federnden Länge Fl5A und der federnden Länge Fl16 Gehäuses 16 zusammen.
  • Dabei ist der Teil 19A der weiteren Sensoreinrichtung 19 im Bereich eines der Steuereinrichtung 13 zugeordneten Endes eines im Inneren des aus einem Hohlprofil bestehenden Bereiches 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 angeordneten und drehfest mit dem Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 verbundenen Stabes 25 angeordnet und wirkt mit dem ebenfalls drehfest mit der Steuereinrichtung 13 verbundenen Teil 19B der weiteren Sensoreinrichtung 19 zusammen. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Stab 25 und dem Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 im Abschnitt 20 ist vorliegend über eine von außen aufgebrachte Verschweißung oder Verformung zwischen dem hohlförmigen Bereich 5A und dem Stab 25 realisierbar.
  • Bei entsprechend geringer Einschubtiefe Fl5A des Stabes 25 in den Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 ist die drehfeste Verbindung zwischen dem Stab 25 und dem Bereich 5A auch mittels einer Schweißlanze oder einer Klebelanze durch das offene Ende des Bereiches 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 herstellbar.
  • Über die weitere Sensoreinrichtung 19 wird eine Relativverdrehung zwischen einem Gehäuse der Steuereinrichtung 13, das im Bereich des Abschnittes 21 mit dem Gehäuse 16 drehfest verbunden ist und dem Abschnitt 20, in dessen Bereich der Stab 25 drehfest mit dem Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 verbunden ist, sensiert und ermittelt. In Abhängigkeit der Federsteifigkeiten des Gehäuses 16 und des Abschnittes 5A sowie der Relativverdrehung zwischen den Abschnitten 20 und 21 wird das aktuell an der Stabilisatoreinrichtung 5 angreifende Drehmoment rechnerisch ermittelt.
  • Durch die Reihenschaltung der beiden drehelastischen Bereiche des Gehäuses 16 und des Bereiches 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 ergeben sich bei gleichen Drehmomentwerten höhere Drehwinkelwerte im Bereich der weiteren Sensoreinrichtung 19 und damit eine hohe Auflösung des ermittelten Drehmomentes. Die größeren Differenzdrehwinkel zwischen den Abschnitten 20 und 21 führen auf einfache Art und Weise zu einer Erhöhung der Sensorauflösung, womit beispielsweise kostengünstigere unempfindlichere Sensorelemente einsetzbar sind.
  • Bei entsprechender Auslegung der wirksamen Federlänge Fl5A im Inneren des Bereiches 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 ist die wirksame Federlänge Fl16 im Bereich der Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 kleiner dimensionierbar, womit ein Bauraumbedarf im Bereich der Aktoreinrichtung 10 gering ausführbar ist.
  • Eine besonders große Einschubtiefe Fl5A des Stabes 25 in den Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 ist konstruktiv beispielsweise dadurch umsetzbar, in dem der Stab bzw. der Referenzstab 25 über Umformung mit dem hohlförmigen Bereich 5A, vorzugsweise durch Rollen, drehfest verbunden wird.
  • Bei der in 7 dargestellten fünften Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist der Stab 25 drehfest mit dem Gehäuse 16 verbunden und das freie Ende des Stabes 25 ragt von dem dem Gehäuse 16 zugewandten Ende des Bereiches 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 in das Innere des Bereiches 5A vor. Die weitere Sensoreinrichtung 19 ist im Bereich des freien Endes des Stabes 25 im Inneren des Bereiches 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 vorgesehen, wobei der Teil 19A der weiteren Sensoreinrichtung 19 mit dem Stab 25 und der andere Teil 19B mit dem Bereich 5A drehfest verbunden ist.
  • Aufgrund der letztbeschriebenen Anordnung der weiteren Sensoreinrichtung 19 und der lediglich über die axiale Länge Fl5A zueinander beabstandeten Abschnitte 20 und 21 entspricht die wirksame Federlänge Fl1 gleich der federnden Länge Fl5A. Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 über die gesamte axiale Länge der Steuereinrichtung 13 mit dem Gehäuse 16 der Aktoreinrichtung 10 zu verbinden und damit eine bessere Abfuhr von Verlustwärme der Steuereinrichtung 13 an das Gehäuse 16, vorzugsweise über ein aus Aluminium hergestelltes Zwischengehäuse 26, zu gewährleisten.
  • Die verbesserte Wärmeabfuhr resultiert aus der größeren Verbindungsfläche zwischen der Steuereinrichtung 13 und dem Gehäuse 16 der Aktoreinrichtung 10, die im Vergleich zu der Ausführung der Vorrichtung 1 gemäß 6 ohne Luftspalt aneinander anliegen.
  • Die in 7 dargestellte Ausführung der Vorrichtung 1 bzw. die Anordnung der weiteren Sensoreinrichtung 19 im Inneren des Bereiches 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 ist auch für Ausführungen der Stabilisatoreinrichtung 5 geeignet, bei welcher die Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 außerhalb des Gehäuses 16 der Aktoreinrichtung 10 angeordnet ist.
  • Eine 4 entsprechende Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispieles der Vorrichtung 1 zeigt 8, bei dem die drehfeste Verbindung des Stabes 25 und der messtechnische Abgriff der weiteren Sensoreinrichtung 19 im Vergleich zur fünften Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß 7 umgedreht ist. Der Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 ist aus einem Vollprofil hergestellt und über ein aus einem Hohlprofil bestehendes Adapterteil drehfest mit dem Gehäuse 16 der Aktoreinrichtung 10 verbunden. Der Teil 19A der weiteren Sensoreinrichtung 19 ist mit dem der Aktoreinrichtung 10 zugewandten Ende des Bereiches 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 verbunden, während der weitere Teil 19B der weiteren Sensoreinrichtung 19 mit einem ebenfalls drehfest mit dem Adapterteil 26 verbundenen Deckelteil 27 verbunden ist.
  • Das in Bezug auf das Gehäuse 16 mit reduziertem Durchmesser ausgeführte Adapterteil stellt die wirksame Federlänge Fl1 zur Verfügung und bietet zusätzlich die Möglichkeit, Bauraumkonflikte zu vermeiden und den nutzbaren Torsionswinkel für die weitere Sensoreinrichtung 19 durch eine entsprechende Federsteifigkeit zu erhöhen.
  • Dies resultiert aus der Tatsache, dass das Adapterteil in Bezug auf die Stabilisatoreinrichtung 5 bzw. die Aktoreinrichtung 10 ein vollständig separates Bauteil ist und als ein torsional besonders flexibles Bauteil aus entsprechend geeigneten Legierungen oder Verbundwerkstoffen herstellbar ist, wobei jeweils auf die Schweißeignung mit dem Gehäuse 16 der Aktoreinrichtung 10 zu achten ist.
  • Bei der in 8 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist der Bereich 5A der Stabilisatoreinrichtung 5 aus einem massiven Vollprofil herstellbar und die Steuereinrichtung 13 der elektrischen Maschine 8 ist in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles, das heißt in Abhängigkeit des jeweils zur Verfügung stehenden Bauraumes, im Gehäuse 16 der Aktoreinrichtung 10 oder außerhalb des Gehäuses 10 anordenbar.
  • Darüber hinaus ist durch das zusätzliche Adapterteil 26 eine spezifisch geforderte Eigenschaft der Torsionsnachgiebigkeit im Bereich zwischen den beiden Abschnitten 20 und 21 mit höherem Freiheitsgrad realisierbar, wobei durch die radiale Einschnürung im Bereich des Adapterteiles Bauraumkonflikte auf einfache und kostengünstige Weise vermeidbar sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Fahrzeugvorderachse
    2A, B
    Rad
    3
    Fahrzeughinterachse
    3A, B
    Rad
    4
    Fahrzeugkarosserie
    5, 6
    Stabilisatoreinrichtung
    7
    Vorrichtung
    8
    elektrische Maschine
    8A
    Rotor
    8B
    Stator
    9
    Getriebe
    10
    Aktoreinrichtung
    11
    fahrzeugseitige Steuereinrichtung
    12
    Querbeschleunigungssensor
    13
    Steuereinrichtung der elektrischen Maschine
    14
    Lager
    15
    Endbereich
    16
    Gehäuse der Aktoreinrichtung
    17
    Lager
    18
    Endbereich
    19
    weitere Sensoreinrichtung
    19A, B
    Teil der weiteren Sensoreinrichtung
    20, 21
    Abschnitt
    22
    Flansch
    23
    Zusätzliche Sensoreinrichtung
    24
    Verkabelung
    25
    Stab
    26
    Adapterteil
    27
    Deckelteil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19846275 A1 [0002]

Claims (13)

  1. Vorrichtung (7) zum Variieren eines Wankwinkels einer Fahrzeugkarosserie (4) im Bereich wenigstens einer Fahrzeugachse (2, 3) mit einer Stabilisatoreinrichtung (5, 6), die mit der Fahrzeugkarosserie (4) und mit den Rädern (2A, 2B, 3A, 3B) der Fahrzeugachse (2, 3) in Wirkverbindung bringbar ist und die eine wenigstens eine elektrische Maschine (8) und ein Getriebe (9) umfassende Aktoreinrichtung (10) aufweist, wobei ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine (8) im Bereich des Getriebes (9) in vergrößerndem Umfang übersetzt wird und in zwei zum Variieren des Wankwinkels relativ zueinander bewegbare Bereiche (5A, 5B) der Stabilisatoreinrichtung (5) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinrichtung (19) vorgesehen ist, mittels welcher eine drehmomentabhängige Relativbewegung zwischen zwei axial zueinander beabstandeten und drehfest miteinander verbundenen Abschnitten (20, 21) der Stabilisatoreinrichtung (5) ermittelbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (19) als Axialsensor ausgeführt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (19) als Radialsensor ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (13) der elektrischen Maschine (8) der Aktoreinrichtung (10) in einem Gehäuse (16) der Aktoreinrichtung (10) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (13) der elektrischen Maschine (8) der Aktoreinrichtung (10) außerhalb eines Gehäuses (16) der Aktoreinrichtung (10) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (19A) der Sensoreinrichtung (19) mit dem Gehäuse (16) der Aktoreinrichtung (10) und ein weiterer Teil (19B) mit der im Gehäuse (16) angeordneten Steuereinrichtung (13) der elektrischen Maschine (8) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (13) drehfest mit dem Gehäuse (16) der Aktoreinrichtung (10) wirkverbunden ist und die drehfeste Verbindung zwischen dem Gehäuse (16) und der Steuereinrichtung (13) in axialer Richtung zu der Sensoreinrichtung (19) beabstandet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) zumindest im Bereich zwischen der Sensoreinrichtung (19) und der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse (16) und der Steuereinrichtung (13) der elektrischen Maschine (8) mit sich in radialer Richtung übergreifenden und in axialer Richtung erstreckenden Gehäusewandabschnitten (16A, 16B, 16C) ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (19A) der Sensoreinrichtung (19) mit einem der Bereiche (5A) der Stabilisatoreinrichtung (5) und ein weiterer Teil (19B) mit der im Gehäuse (16) angeordneten Steuereinrichtung (15) der elektrischen Maschine (8) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (15) und der Bereich (5A) der Stabilisatoreinrichtung (5) drehfest mit dem Gehäuse (16) der Aktoreinrichtung (10) wirkverbunden sind und die drehfeste Verbindung zwischen dem Gehäuse (16) und der Steuereinrichtung (13) und zwischen dem Gehäuse (16) und dem Bereich (5A) in axialer Richtung zu der Sensoreinrichtung (19) beabstandet sind und die Sensoreinrichtung (19) zwischen den drehfesten Verbindungen positioniert ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (5A, 5B) der Stabilisatoreinrichtung (5) wenigstens bereichsweise aus einem Hohlprofil gebildet sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (5A, 5B) der Stabilisatoreinrichtung (5) wenigstens bereichsweise aus einem Vollprofil gebildet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Sensoreinrichtung (19) gekoppelte und aus einem Vollprofil bestehende Bereich (5A) der Stabilisatoreinrichtung (5) über ein aus einem Hohlprofil bestehendes Adapterteil (26) mit dem Gehäuse (16) verbunden ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrischen Maschine (8) ein Drehwinkelgeber (23) zugeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bereiche (5A, 5B) der Stabilisatoreinrichtung (5) über das Gehäuse (16), die elektrische Maschine (8) und das Getriebe (9) miteinander gekoppelt sind.
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