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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Herkömmliche passive Fahrwerke weisen in der Regel so genannte Aufbaufedern auf, welche Rad und Fahrzeugaufbau miteinander verbinden und eine unveränderliche Steifigkeit aufweisen. Außerdem ist ein Drehstab als so genannter Stabilisator an jeder Fahrzeugachse montiert, der wie eine Klammer die beiden Räder einer Achse verbindet. Durch die gleich bleibenden Federeigenschaften muss die Fahrwerksauslegung viele Kompromissbildungen bezüglich Fahrkomfort, Fahrsicherheit und Fahragilität durchlaufen.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 003 621 werden beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs beschrieben, an dem mindestens eine Fahrzeugachse mit einem Stabilisator vorgesehen ist, der einen quer zu Fahrzeuglängsachse liegenden als Torsionsfeder ausgebildeten Stabilisatorrücken und an beiden Enden von diesem abstehende Stabilisatorschenkel zur Krafteinleitung umfasst, wobei der Stabilisatorrücken in zwei Schulterlagern drehbar im Fahrzeugaufbau gehalten ist. Am Stabilisatorrücken ist zumindest eine konzentrisch angeordnete Torsionsfeder befestigt, die wahlweise mit dem Fahrzeugaufbau verbindbar oder von diesem entkoppelbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass mindestens eine Drehfedereinheit mit mindestens einem Federelement und einem aufbaufest gelagerten Gehäuse eine auf eine Drehbarkeit eines Stabilisatorrückens wirksame Torsionskraft aufbringt, wobei die Torsionskraft über eine im Gehäuse angeordnete Kupplung zuschaltbar oder abschaltbar ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine kompakte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der im Fahrbetrieb eine Umschaltung des Momentenflusses vom Stabilisator auf den Fahrzeugaufbau durchgeführt werden kann. So kann beispielsweise für eine sportliche Fahrweise spontan die Steifigkeit der Aufbaufeder verändert werden. Damit kann bei Kurven- und Geradeausfahrt eine andere Härte der Aufbaufeder gewählt werden, um die Kompromissbildung zwischen Abrollkomfort bei Geradeausfahrt, Neigung zum Fahrzeugaufbaunicken beim Bremsen und Kurvenstabilität zu entschärfen, ohne nennenswert Energie hierfür zu benötigen. Durch die im Gehäuse der Drehfedereinheit angeordnete Kupplung kann der Momentenfluss im Stabilisator auf das mindestens eine Federelement umgelenkt werden, das sich gegen den Fahrzeugaufbau abstützt. Durch gezieltes Schließen der Kupplung, beispielsweise beim Bremsen, kann eine Erhöhung der Nicksteifigkeit des Fahrzeugs erzielt werden. Bleibt die Kupplung geöffnet, so ist das Fahrzeug weich gefedert und stellt einen hohen Fahrkomfort zur Verfügung. In der geschlossenen Kupplungsstellung wird die Gesamtfederrate erhöht, wodurch der Fahrkomfort etwas schlechter wird, die Fahragilität und Fahrstabilität jedoch verbessert werden. Zudem können mit der höheren Gesamtfederrate des Fahrwerks in vorteilhafter Weise Beladungszustände ausgeglichen werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Kupplung elektrisch und/oder hydraulisch gezielt schaltbar ist und den Momentenfluss im Stabilisatorrücken auf das mindestens eine Federelement umlenkt, welches sich gegen den Fahrzeugaufbau abstützt. Die Verwendung von elektrischen und/oder hydraulischen Schaltelementen ermöglicht in vorteilhafter Weise ein schnelles Umschalten zwischen den verschiedenen Betriebsarten der Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs.
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In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Drehfedereinheit beispielsweise eine konzentrisch am Stabilisatorrücken angeordnete Spiralfeder und/oder einen konzentrisch am Stabilisatorrücken angeordneten hohlen Torsionsstab als mindestens eine Federeinheit.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Kupplung eine Magnetbaugruppe mit einer auf einen Wicklungsträger gewickelten Spulenwicklung, welche über eine Zuleitung elektrisch ansteuerbar ist und eine Magnetfluss erzeugt, und mit einem beweglichen Anker, wobei der Anker durch den erzeugten Magnetfluss zum Kuppeln des Stabilisatorrückens mit dem mindestens einen Federelement gegen die Kraft des mindestens einen Federelements aus einer entkoppelten Ruheposition in eine gekoppelte Endposition bewegbar ist. Die Ausführung als elektro-magnetische Kupplung ermöglicht eine schnelle Implementierung und besonders einfache Ansteuerung der Kupplung in der jeweiligen Drehfedereinheit im Fahrzeug. Zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften ist das Kupplungsgehäuse im Bereich der Magnetbaugruppe als Weicheisen ausgeführt, wobei der Weicheisenbereich so ausgeführt ist, dass der angezogene Anker in der Endposition im Wesentlichen überdeckt ist. Hierbei kann ein Gehäusedeckel, an dessen Anlagefläche der bewegliche Anker im Ruhestand anliegt, magnetisch neutral ausgeführt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am Stabilisatorrücken für jedes Fahrzeugrad einer korrespondierenden Fahrzeugachse eine Drehfedereinheit mit mindestens einem Federelement und einem aufbaufest gelagerten Gehäuse mit einer Kupplung angeordnet. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Drehfedereinheiten einer Fahrzeugachse in Abhängigkeit von einer ermittelten aktuellen Fahrsituation unabhängig von einander anzusteuern. Dies kann beispielsweise durchgeführt werden, wenn durch eine spezielle Sensorik bzw. durch Fahrzeugfunktionen festgestellt wird, dass ein einseitig zu erwartendes Hindernis eine bezüglich der Ein- und/oder Ausfederung weiche oder steife Fahrzeugseite bzw. Fahrzeugachse bzw. Fahrzeugecke sinnvoll erscheinen lässt. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs kann die Aufbaufederrate entsprechend eingestellt werden.
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In weiter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine Drehfedereinheit platzsparend unter dem Fahrzeugboden montiert, ohne im Radkasten zusätzlichen Bauraum zu erfordern, der bei heutigen Fahrzeugen nicht mehr viel freien Raum bietet.
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In weiter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Kupplung mindestes ein kraftschlüssig und/oder formschlüssig wirkendes Kupplungselement. Dadurch können alternative trockene Kupplungsformen umgesetzt werden, die beispielsweise eine bremsenähnliche Konstruktion, geschaltete Freiläufe, Klemmkupplungen usw. aufweisen können.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fahrzeugachse mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs.
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2 zeigt eine schematische Detaildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs aus 1.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Drehfedereinheit für die Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs aus 1 und 2.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine dargestellte Fahrzeugachse 1 eines Kraftfahrzeugs einen U-förmigen Stabilisator 10, welcher einen quer zur Fahrzeuglängsachse liegenden als Torsionsfeder ausgebildeten Stabilisatorrücken 10.1 und an beiden Enden von diesem abstehende Stabilisatorschenkel 10.2 zur Krafteinleitung in einen jeweiligen Querträger 4 umfasst. Der Stabilisatorrücken 10.1 ist in zwei Schulterlagern 18 drehbar am Fahrzeugaufbau, hier am Fahrzeugboden 5 gehalten. Bei einer Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus 5, d. h. bei einer gegensinnigen Einfederbewegung der beiden Räder 2 der Fahrzeugachse 1, wird der Stabilisator 10 insbesondere im Bereich des Stabilisatorrückens 10.1 tordiert und liefert damit ein Rückstellmoment um die Wankachse, wodurch die Aufbauneigung reduziert wird. Bei einer reinen Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus 5 wird der Stabilisatorrücken 10.1 nicht tordiert, sondern der Stabilisator 10 dreht sich insgesamt in den Schulterlagern 18 und bleibt daher ohne Wirkung. Die reine Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus wird durch Stoßdämpfer 3 abgefedert, welche jeweils zwischen einem Fahrzeugrad 2 und einem am Fahrzeugaufbau 5 angeordneten Lager 6 angeordnet sind. Erfindungsgemäß bringt mindestens eine Drehfedereinheit 12 mit mindestens einem Federelement 16 und einem aufbaufest gelagerten Gehäuse 14 eine auf die Drehbarkeit des Stabilisatorrückens 10.1 wirksame Torsionskraft auf, welche über eine im Gehäuse 14 angeordnete Kupplung 20 zuschaltbar oder abschaltbar ist. Durch die mindestens eine erfindungsgemäße Drehfedereinheit 12 ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Aufbaufederrate des Kraftfahrzeugs mit einer kompakten Einheit zu verändern, die platzsparend unter dem Fahrzeugboden 5 eingebaut werden kann.
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Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen der Aufbaufederrate eines Kraftfahrzeugs am Stabilisatorrücken 10.1 für jedes Fahrzeugrad 2 der korrespondierenden Fahrzeugachse 1 eine Drehfedereinheit 12 mit mindestens einem Federelement 16 und dem über ein Lager 5.1 aufbaufest gelagerten Gehäuse 14 mit der Kupplung 20 angeordnet. Die Kupplung 20 kann elektrisch und/oder hydraulisch gezielt geschaltet werden, um den Momentenfluss im Stabilisatorrücken 10.1 auf das mindestens eine Federelement 16 umzulenken, welches sich gegen den Fahrzeugaufbau 5 abstützt. Die Drehfedereinheiten 12 umfassen im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils eine konzentrisch am Stabilisatorrücken 10.1 angeordnete Spiralfeder 16. Bei einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform kann anstatt der Spiralfeder 16 ein konzentrisch am Stabilisatorrücken 10.1 angeordneter hohler Torsionsstab verwendet werden.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, umfasst die Kupplung 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Magnetbaugruppe 26 mit einer auf einen Wicklungsträger 26.2 gewickelten Spulenwicklung 26.1, welche über eine Zuleitung 26.3 elektrisch angesteuert wird und einen gewünschten Magnetfluss erzeugt, und einen beweglichen Anker 28. Der Anker 28 wird durch den erzeugten Magnetfluss zum Kuppeln des Stabilisatorrückens 10.1 mit dem mindestens einen Federelement 16 gegen die Kraft des mindestens einen Federelements 16 aus einer entkoppelten Ruheposition in eine gekoppelte Endposition bewegt. In der gekoppelten Endposition kann das im Stabilisatorrücken 10.1 wirkende Gegenmoment MIn als verstärktes Moment MOut an den korrespondierenden Stabilisatorschenkel 10.2 weiter gegeben werden. Im Bereich der Magnetbaugruppe 26 ist das Gehäuse 14 der Kupplung 20 bzw. der Drehfedereinheit 12 als Weicheisen 22 ausgeführt, wobei der Weicheisenbereich 22 so ausgeführt ist, dass der angezogene Anker 28 in der Endposition im Wesentlichen überdeckt ist. Ein Gehäusedeckel 24 des Gehäuses 14, an dessen Anlagefläche 24.1 der bewegliche Anker 28 im Ruhestand anliegt, ist magnetisch neutral ausgeführt. Durch die zwei Drehfedereinheiten 12 an jedem Stabilisator 10 kann durch die elektromagnetische Betätigung der korrespondierenden Kupplung 20 der Momentenfluss vom Stabilisator 10 auf die diesen umschließenden Federelemente 16 geleitet werden, so dass das im Stabilisatorrücken 10.1 wirkende Gegenmoment MIn als verstärktes Moment MOut an den korrespondierenden Stabilisatorschenkel 10.2 weiter gegeben wird und die gesamte Steifigkeit des Fahrzeugs erhöht werden kann.
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Durch gezieltes Schließen der Kupplung 20, beispielsweise beim Bremsen, kann eine Erhöhung der Nicksteifigkeit des Fahrzeugs erzielt werden. Bleibt die Kupplung 20 geöffnet, so ist das Fahrzeug weich gefedert und stellt einen hohen Fahrkomfort zur Verfügung. In der geschlossenen Kupplungsstellung wird die Gesamtfederrate erhöht, wodurch der Fahrkomfort etwas schlechter wird, die Fahragilität und Fahrstabilität jedoch verbessert werden. So kann beispielsweise für eine sportliche Fahrweise spontan die Steifigkeit der Aufbaufeder verändert werden. Damit kann bei Kurven- und Geradeausfahrt eine andere Härte der Aufbaufeder gewählt werden, um die Kompromissbildung zwischen Abrollkomfort bei Geradeausfahrt, Neigung zum Fahrzeugaufbaunicken beim Bremsen und Kurvenstabilität zu entschärfen, ohne nennenswert Energie hierfür zu benötigen.
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Zudem können die Drehfedereinheiten 12 einer Fahrzeugachse 1 in Abhängigkeit von einer ermittelten aktuellen Fahrsituation unabhängig von einander angesteuert werden. Wird durch eine entsprechende nicht dargestellte Sensorik oder durch Fahrzeugfunktionen festgestellt, dass ein einseitig vorhandenes Hindernis zu erwarten ist, dann können die Drehfedereinheiten 12 einer Fahrzeugachse 1 unterschiedlich angesteuert werden, um bezüglich der Ein- bzw. Ausfederung eine weiche oder steife Fahrzeugseite, Fahrzeugecke und/oder Fahrzeugachse zu erzeugen.
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Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise eine kompakte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der im Fahrbetrieb eine Umschaltung des Momentenflusses vom Stabilisator auf den Fahrzeugaufbau durchgeführt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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