DE102009042576A1 - Device for active tracking - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur aktiven Spureinstellung von auf einer Radachse eines Kraftfahrzeugs angeordneten Rädern mit einer doppelt wirkenden hydraulischen Stelleinheit (6) für die aktive Spurbeeinflussung, wobei die Stelleinheit (6) einen Hydraulikzylinder (27) mit einer durchgehenden Kolbenstange (40) aufweist, auf welcher ein Stellkolben (22) angeordnet ist. An der Kolbenstange (40) greift eine Federkraft (F1, F2) an, auf welche die Kolbenstange (40) in einer Neutralstellung relativ zum Hydraulikzylinder (27) gehalten ist.Device for active track adjustment of wheels arranged on a wheel axle of a motor vehicle with a double-acting hydraulic control unit (6) for actively influencing the track, the control unit (6) having a hydraulic cylinder (27) with a continuous piston rod (40) on which an actuating piston (22) is arranged. A spring force (F1, F2) acts on the piston rod (40) by which the piston rod (40) is held in a neutral position relative to the hydraulic cylinder (27).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Spureinstellung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for active tracking with the features in the preamble of patent claim 1.
Die Spurlenkung eines Rades wird durch einen mit der Lenkung verbundenen Spurlenker oder durch eine elasto-/kinematische Lenker-/Winkelverstellung des Achssystems oder durch eine Kombination dieser beiden Vorrichtungen realisiert.The steering of a wheel is realized by a steering arm connected to the steering arm or by an elasto / kinematic handlebar / angle adjustment of the axle system or by a combination of these two devices.
Es ist auch bekannt, insbesondere die Hinterachsen von Fahrzeugen mit Vorrichtungen zur aktiven Spurlenkung zu versehen. Derartige Spurlenkungen befinden sich seit dem Ende der 1980iger Jahre im Einsatz. Die frühen Systeme waren jedoch noch nicht mit elektronischer Fahrdynamik-Regelung gekoppelt, da es derartige elektronische Systeme zu diesem Zeitpunkt noch nicht gab.It is also known, in particular to provide the rear axles of vehicles with devices for active lane guidance. Such steering systems have been in use since the end of the 1980s. However, the early systems were not yet coupled with electronic vehicle dynamics control because such electronic systems did not exist at that time.
Nach dem neueren Stand der Technik werden Vorrichtungen zur aktiven Spurlenkung von Kraftfahrzeugen eingesetzt, bei denen der Spurlenker durch eine Stelleinheit ersetzt wird. Eine solche Stelleinheit kann ebenso zentral über ein Verbindungsglied mit den Spurlenkern beider Seiten verbunden werden. Die Stelleinheit verstellt dann, abhängig von den Fahrzuständen des Fahrzeugs, die Spur der Räder auf dieser Achse. Neben dem Einsatz von Stelleinheiten als Spurlenker besteht die Möglichkeit, eine zentral an einem Fahrzeugaufbau bzw. einem Hinterachshilfsrahmen angeordnete hydraulische Stelleinheit für die aktive Spurbeeinflussung der Hinterachse zu realisieren. Dabei wird zwischen zwei verschiedenen Lenkstrategien der Hinterräder unterschieden: Zum einen ein gegensinniges Lenken der Hinterräder zu den Vorderrädern bei langsamer Fahrt, insbesondere beim Einparken des Kraftfahrzeugs, und zum anderen ein gleichsinniges Lenken der Hinterräder gegenüber den Vorderrädern bei schneller Fahrt, insbesondere bei einem Spurwechsel oder einer Kurvenfahrt.According to the newer state of the art, devices are used for active lane guidance of motor vehicles, in which the steering link is replaced by an actuating unit. Such an actuator can also be connected centrally via a link with the steering links of both sides. The actuator then adjusts, depending on the driving conditions of the vehicle, the track of the wheels on this axis. In addition to the use of actuators as a steering arm, it is possible to realize a centrally arranged on a vehicle body or a Hinterachshilfsrahmen hydraulic actuator for active track control of the rear axle. A distinction is made between two different steering strategies of the rear wheels: On the one hand, an opposite direction steering the rear wheels to the front wheels at low speeds, especially when parking the motor vehicle, and on the other hand, the same direction steering the rear wheels against the front wheels at high speeds, especially when changing lanes or a cornering.
Nachhaltig an diesen elektronisch steuerbaren oder regelbaren Stelleinheiten ist, dass diese zur Ausrichtung der Räder beim Durchfahren einer Kurve während schneller Fahrt als auch zur Positionierung der Räder in der Neutralposition, bei der ein Geradeauslauf der Räder erfolgt, mit Energie versorgt werden müssen, um diese Positionen einzunehmen bzw. zu halten.Sustainable to these electronically controllable or controllable actuators is that they must be energized to align the wheels when passing through a turn during high speed travel, as well as to position the wheels in the neutral position where the wheels are straight ahead, to those positions to take or keep.
Eine solche dauerhafte Versorgung der Stelleinheiten mit Energie, selbst in der ”Neutralposition”, führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß des Kraftfahrzeugs.Such a permanent supply of energy to the actuators, even in the "neutral position", results in increased fuel consumption and CO 2 emissions of the motor vehicle.
Es gibt bereits Überlegungen, dass hydraulische Stellelement durch Federelemente in einer Position zu blockieren, falls der hydraulische Druck plötzlich abfällt, beispielsweise weil die gesamte Stelleinheit ausfällt. Diese Position muss nicht zwingend der Neutralposition entsprechen. Zwar eignen sich Energiespeicher wie Federelemente grundsätzlich sehr gut dazu, die Neutrallage des Stellelements aufrecht zu erhalten, ohne dass externe Energie zugeführt werden muss. Fällt das Stellelement jedoch gerade dann aus, wenn sich das Stellelement nicht in der Neutrallage befindet, kann der Energiespeicher aber auch bewirken, dass das Stellelement außerhalb der Neutrallage blockiert wird. Im Extremfall kann dies zu Schwierigkeiten, beispielsweise beim Abschleppen eines Fahrzeugs, führen.There are already considerations that block hydraulic elements by spring elements in a position if the hydraulic pressure drops suddenly, for example, because the entire actuator fails. This position does not necessarily correspond to the neutral position. Although energy storage such as spring elements are in principle very good to maintain the neutral position of the actuator without external energy must be supplied. However, if the actuator fails just when the actuator is not in the neutral position, but the energy storage can also cause the actuator is blocked outside the neutral position. In extreme cases, this can lead to difficulties, for example when towing a vehicle.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur aktiven Spureinstellung von auf einer Radachse eines Kraftfahrzeugs angeordneten Rädern aufzuzeigen, welche nicht nur dazu geeignet ist, die Positionierung der Räder während schneller Fahrt ohne erhöhten Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß zu gewährleisten, sondern zudem auch eine zuverlässige Einhaltung der Neutralstellung zu ermöglichen, selbst wenn die Stelleinheit ausfallen sollte.Proceeding from this, the present invention seeks to provide a device for active tracking of arranged on a wheel axle of a motor vehicle wheels, which is not only suitable to ensure the positioning of the wheels during fast driving without increased fuel consumption and CO 2 emissions, but In addition, to allow a reliable compliance with the neutral position, even if the actuator should fail.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The solution to this problem consists in a device having the features of claim 1.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims relate to advantageous developments of the invention.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt die hydraulische Stelleinheit einen Hydraulikzylinder mit einer durchgehenden Kolbenstange, auf welcher ein Stellkolben angeordnet ist. Über eine Druckerzeugungseinheit kann der Stellkolben beiderseits mit hydraulischem Druck beaufschlagt werden und dadurch relativ zum Hydraulikzylinder verlagert werden. Durch die Verlagerung des Stellkolbens wird auch die Kolbenstange verlagert. Spurlenkern, die von der Kolbenstange angesteuert werden, bewirken letztlich die Veränderung der Spur der Räder und führen zu der gewünschten Lenkbewegung an der Radachse.In the device according to the invention, the hydraulic actuating unit has a hydraulic cylinder with a continuous piston rod, on which an adjusting piston is arranged. Via a pressure generating unit, the adjusting piston can be acted upon on both sides with hydraulic pressure and thereby displaced relative to the hydraulic cylinder. Due to the displacement of the actuating piston and the piston rod is displaced. Track control, which are controlled by the piston rod, ultimately cause the change in the track of the wheels and lead to the desired steering movement on the wheel axle.
Das Besondere bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass an der Kolbenstange eine Federkraft angreift, durch welche die Kolbenstange in eine Neutralstellung relativ zum Hydraulikzylinder gehalten ist. Die Federkraft wirkt unmittelbar auf die Kolbenstange. Das hat zwar zur Folge, dass die Kolbenstange nur gegen die Federkraft verlagert werden kann, was höhere Stellkräfte zur Verlagerung der Kolbenstange und mithin höhere hydraulische Drücke in der Stelleinheit erfordert, allerdings lassen sich höhere hydraulische Drücke relativ leicht erzeugen, insbesondere wenn der Kraftunterschied zwischen der Federkraft und den hydraulischen Kräften groß genug ist. Der entscheidende Vorteil ist jedoch, dass bei einem Druckabfall die Kolbenstange exakt in der Neutralstellung gehalten werden kann. Die Kolbenstange kann dadurch nicht in einer Zwischenstellung blockieren. Das ermöglicht auch bei einem Ausfall der Systeme eine Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs. Ein weiterer Vorteil ist, dass das gesamte System abgeschaltet werden kann, wenn es nicht benötigt wird, wie zum Beispiel bei der reinen Geradeausfahrt. Die Kolbenstange wird durch die Federkraft selbsttätig in der Neutralstellung gehalten.The special feature of the device according to the invention is that acts on the piston rod, a spring force by which the piston rod is held in a neutral position relative to the hydraulic cylinder. The spring force acts directly on the piston rod. This has the consequence that the piston rod can be displaced only against the spring force, which requires higher actuating forces for displacement of the piston rod and thus higher hydraulic pressures in the actuator, however, higher hydraulic pressures can be relatively easily generated, especially if the difference in power between the Spring force and the hydraulic forces big enough is. The key advantage, however, is that with a pressure drop, the piston rod can be kept exactly in the neutral position. The piston rod can not thereby block in an intermediate position. This allows for a failure of the systems straight ahead of the motor vehicle. Another advantage is that the entire system can be shut down when it is not needed, such as when driving straight ahead. The piston rod is automatically held by the spring force in the neutral position.
In vorteilhafter Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Federkraft für die Kolbenstange von wenigstens einem Federelement aufgebracht wird, dass sich innerhalb des Hydraulikzylinders befindet. Bei der Stelleinheit handelt es sich um eine gekapselte Anordnung, welche auch die Federelemente schützt. Dadurch, dass das Federelement innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet ist, stützt sich das Federelement zwangsläufig an der innenliegenden Stirnseite des Hydraulikzylinders und andererseits an der Kolbenstange ab. Die Kolbenstange beseitzt hierzu ein entsprechendes Widerlager.In an advantageous embodiment, it is provided that the spring force for the piston rod is applied by at least one spring element that is located within the hydraulic cylinder. The adjusting unit is an encapsulated arrangement which also protects the spring elements. Characterized in that the spring element is arranged within the hydraulic cylinder, the spring element is necessarily supported on the inner end face of the hydraulic cylinder and on the other hand on the piston rod. The piston rod adds a corresponding abutment.
Bei den Federelementen handelt es sich insbesondere um Druckfedern. Vorzugsweise werden zwei in entgegengesetzte Richtungen wirkende Druckfedern innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet. Die Druckfedern stützen sich jeweils an den inneren Stirnseiten des Hydraulikzylinders ab und greifen andererseits am Widerlager der Kolbenstange an.The spring elements are in particular compression springs. Preferably, two compression springs acting in opposite directions are arranged inside the hydraulic cylinder. The compression springs are each supported on the inner end faces of the hydraulic cylinder and on the other hand engage the abutment of the piston rod.
In vorteilhafter Weiterbildung stehen zwei zwischen einem Fahrzeugaufbau und der Radachse angeordnete Aufbaudämpfer derart mit der Stelleinheit in Wirkverbindung, dass sie einen Antrieb für die Stelleinheit bilden. Dadurch kann eine bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs bewirkte Aufbaubewegung (Wanken, Rollen) in gezielte Stellbewegungen der Stelleinheit zur Spur- und auch zur Sturzbeeinflussung umgewandelt werden. Die Aufbaudämpfer sind hierzu als hydraulische Aufbaudämpfer ausgebildet. Ein durch eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus verursachter Fluss einer Hydraulikflüssigkeit aus dem Aufbaudämpfer in die Stelleinheit führt zu einer Verlagerung des Stellkolbens innerhalb der Stelleinheit. Das bedeutet, dass die pro Rad vorhandenen hydraulischen Aufbaudämpfer genutzt werden können, um über die Verdrängung der Hydraulikflüssigkeit eine beispielsweise die Spurlenker verstellende Stelleinheit anzusteuern. Grundsätzlich kann jedoch eine Druckerzeugungseinheit vorgesehen sein, wenn die Stelleinheit unabhängig von den Aufbaudämpfern betätigt werden soll, beispielsweise zur Wendekreisverkleinerung bzw. einer Bremswegverkürzung auf Splitt.In an advantageous development, two structural dampers arranged between a vehicle body and the wheel axle are operatively connected to the setting unit such that they form a drive for the setting unit. As a result, a body movement caused during cornering of the motor vehicle (rolling, rolling) can be converted into targeted actuating movements of the actuating unit for tracking and also for influencing the lintel. The construction damper are designed for this purpose as a hydraulic body damper. A flow of a hydraulic fluid caused by a rolling motion of the vehicle body from the mounting damper into the actuating unit leads to a displacement of the actuating piston within the actuating unit. This means that the hydraulic superstructure damper per wheel can be used to control the displacement of the hydraulic fluid, for example, the control arm adjusting adjusting unit. In principle, however, a pressure generating unit can be provided if the setting unit is to be actuated independently of the construction dampers, for example for the reduction of the turning circle or a shortening of the braking distance to chippings.
Es ist jedoch festgestellt worden, dass bei einer fluidischen Kupplung der Aufbaudämpfer mit der Stelleinheit hochfrequente Anteile der Straßenanregung über den Aufbaudämpfer zusätzlich in eine Veränderung des Lenkwinkels bzw. der Spur an der Radachse führen, die von der doppelt wirkenden hydraulischen Stelleinheit beaufschlagt wird. Dieser Effekt kann unter Umständen den Geradeauslauf des Fahrzeugs als auch das Fahrverhalten des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt negativ beeinflussen. Es liegt der Erfindung somit die weitere Aufgabe zugrunde, diese Effekte zu vermeiden, was im Rahmen des Patentanspruchs 4 dadurch gelöst wird, dass der Stellkolben gegenüber der Kolbenstange begrenzt relativ verschieblich ist. Diese begrenzte relative Verschieblichkeit des Stellkolbens gegenüber der Kolbenstange kann auch als Freilauf bezeichnet werden. Dieser Freilauf hat die Wirkung, dass der Kolben die durch Straßenanregung in den Dämpfern hervorgerufenen kleinen, aber hochfrequenten Schwingungen nicht unmittelbar auf die Radlenker überträgt. Dadurch werden negative Eigenschaften im Sinne einer unerwünschten Spurveränderung vermieden. Die begrenzte Relativverschieblichkeit ist beispielsweise dadurch zu realisieren, dass der Stellkolben in einer Nut der Kolbenstange angeordnet ist, wobei die Nut die Längsverlagerung des Stellkolbens gegenüber der Kolbenstange begrenzt. Daher soll die Nut eine größere Längserstreckung aufweisen als der Stellkolben. Erst wenn der Druckunterschied die Federkräfte überwunden hat, schlägt der Stellkolben an einem Ende der Nut an. Die Stellkraft wird von dem Stellkolben auf die Kolbenstange übertragen, was schließlich zu einer Spurveränderung der Radachse führt.However, it has been found that in a fluidic coupling of the structural damper with the actuator high-frequency components of the road excitation via the structural damper additionally lead to a change in the steering angle or the track on the wheel axle, which is acted upon by the double-acting hydraulic actuator. Under certain circumstances, this effect can negatively influence the directional stability of the vehicle as well as the driving behavior of the vehicle when cornering. It is therefore the object of the invention to avoid these effects, which is achieved in the context of
Zusätzlich kann der Stellkolben unter dem Einfluss einer Federkraft in einer Neutralstellung relativ zur Kolbenstange gehalten sein. Auch in diesem Fall ist eine Nut zweckmäßig, da die Enden der Nut gleichzeitig als Widerlager für Federelemente dienen können, die genauso wie die Federelemente für die Kolbenstange innerhalb des Hydraulikzylinders gekapselt angeordnet sein sollten. Bei den Federelementen handelt es sich zweckmäßiger Weise um in entgegengesetzte Richtungen wirkende Druckfedern, die sich jeweils einerseits an dem Stellkolben und andererseits an der Kolbenstange abstützen. Bei den Federelementen des Stellkolbens kann es sich zum Beispiel um Tellerfedern handeln, die Platz sparend verbaut werden können. Sämtliche Federelemente können so konfiguriert sein, dass sie von der Kolbenstange durchsetzt sind. Es kann sich bei den Federelementen für die Kolbenstange daher vorzugsweise um Schraubendruckfedern handeln.In addition, the adjusting piston can be held under the influence of a spring force in a neutral position relative to the piston rod. Also in this case, a groove is expedient, since the ends of the groove can simultaneously serve as an abutment for spring elements, which should be arranged encapsulated as well as the spring elements for the piston rod within the hydraulic cylinder. The spring elements are expediently acting in opposite directions compression springs which are supported on the one hand on the actuating piston and on the other hand on the piston rod. The spring elements of the actuating piston may be, for example, disc springs, which can be installed to save space. All spring elements can be configured so that they are penetrated by the piston rod. The spring elements for the piston rod may therefore preferably be helical compression springs.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. It shows:
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.In the following description of the figures, terms such as top, bottom, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the exemplary representation and position of the device and its components chosen in the respective figures. These terms are not meant to be limiting, i. H. in different working positions or by mirror-symmetrical design or the like, these references may change.
Die Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele und zeigen die Erfindung anhand einer Spureinstellungseinheit für Kraftfahrzeugräder.The drawings are exemplary embodiments and show the invention with reference to a track adjustment unit for motor vehicle wheels.
Die
Das Rad
Vorzugsweise ist eine Druckerzeugungseinheit
Die Stelleinheit
Der Hydraulikzylinder
Fährt nun ein mit einer solchen Vorrichtung ausgestattetes Kraftfahrzeug durch eine Kurve, so wird aufgrund der dabei auftretenden Neigung des Fahrzeugs und damit auch des Fahrzeugaufbaus
Ferner zeigt
Der Durchmesser der Kolbenstange
Diese durch hochfrequente Schwingungen der Aufbaudämpfer
Zur Rückstellung des Stellkolbens
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Radwheel
- 22
- Fahrzeugaufbauvehicle body
- 33
- RadlenkerRadlenker
- 44
- Spurlenkercontrol link
- 55
- Hilfsrahmensubframe
- 66
- Stelleinheitactuator
- 77
- Aufbaudämpferconstruction damper
- 88th
- Aufbaudämpferconstruction damper
- 99
- Stangepole
- 1010
- Stellkolbenactuating piston
- 1111
- Kammerchamber
- 1212
- Kammerchamber
- 1313
- Stangepole
- 1414
- Stellkolbenactuating piston
- 1515
- Kammerchamber
- 1616
- Kammerchamber
- 1717
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 1818
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 1919
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 2020
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 2121
- Radträgerwheel carrier
- 2222
- Stellkolbenactuating piston
- 2727
- Hydraulikzylinderhydraulic cylinders
- 2828
- Ein-/AuslassInlet / outlet
- 2929
- Ein-/AuslassInlet / outlet
- 3434
- DruckerzeugungseinheitPressure generating unit
- 3535
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 3636
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 4040
- Kolbenstangepiston rod
- 4141
- Federelementspring element
- 4242
- Federelementspring element
- 4343
- Federelementspring element
- 4444
- Federelementspring element
- 4545
- Widerlagerabutment
- 4646
- Widerlagerabutment
- 4747
- Nutgroove
- F1F1
- Federkraftspring force
- F2F2
- Federkraftspring force
- F3F3
- Federkraftspring force
- F4F4
- Federkraftspring force
Claims (10)
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