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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 0 982 162 A2 ist ein Radmodul für ein Fahrzeug bekannt, welches zur Schwingungsreduzierung innerhalb der Felge des Rades einen passiven Schwingungstilger aufweist, dessen Masse etwa gleich groß ist wie die Summe der ungefederten Massen. Das Radmodul ist über einen elektrischen Linearmotor mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, der beim Einfedern zur Rückgewinnung von Energie im Generatorbetrieb gefahren werden kann.
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Das in der
EP 0 982 162 A2 beschriebene Radmodul weist aufgrund des passiven Schwingungstilgers eine verhältnismäßig hohe Masse auf. Zudem ist ein hoher konstruktiver Aufwand erforderlich.
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In der
DE 10 2006 059 897 A1 wird ein Federbein für ein Kraftfahrzeug mit einstellbarer Federrate beschrieben. Das Federbein besteht aus einer Aufbaufeder und einer in Reihe geschalteten Hilfsfeder, die bedarfsweise der Aufbaufeder zugeschaltet werden kann. Der Fußpunkt der Aufbaufeder ist mit einem verschieblich gelagerten Federteller verbunden, welcher eine Hydraulikkammer begrenzt. Diese ist hydraulisch mit einer zweiten, der Hilfsfeder zugeordneten Hydraulikkammer verbunden, die ebenfalls von einem verschieblich gelagerten Federteller begrenzt ist, an dem der Fußpunkt der Hilfsfeder gehalten ist. Die beiden Hydraulikkammern sind über eine verschließbare Hydraulikleitung miteinander strömungsverbunden, wobei in geöffneter Stellung der Hydraulikleitung die Hilfsfeder zugeschaltet und bei geschlossener Hydraulikleitung die Hilfsfeder ohne Funktion ist.
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Die Federsteifigkeit des Gesamtsystems, bestehend aus der Reihenschaltung von Aufbaufeder und Hilfsfeder, ist über die Zu- und Abschaltung der Hilfsfeder nur zwischen zwei diskreten Werten änderbar. Darüber hinaus können keine weiteren Federsteifigkeitswerte eingestellt werden.
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Aus der
DE 10 2007 024 769 A1 ist ein aktives Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem die Radaufhängungen an den Rädern einer Fahrzeugachse jeweils mit einem Drehstab gekoppelt sind, der über einen Aktuator zu verdrehen ist. Mit Betätigung des Aktuators wird im Drehstab ein Moment erzeugt, das auf die Radaufhängung wirkt, wodurch eine Niveauänderung im Kraftfahrzeug erreicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen ein Fahrwerk für ein Fahrzeug mit einer veränderlich einstellbaren Federsteifigkeit auszustatten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug weist Radaufhängungen im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich für die Räder des Fahrzeugs an einer Fahrzeugachse auf, wobei zusätzlich eine Kraftübertragungseinrichtung zwischen den Radaufhängungen der Fahrzeugachse mit mindestens einem Aktuator zur veränderlichen Einstellung der auf die Radaufhängungen wirkenden Kräfte vorgesehen ist. Die Kraftübertragungseinrichtung ist als Federstab ausgeführt, wobei die Federsteifigkeit des Federstabs über den Aktuator einstellbar ist.
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Bei dem Fahrwerk wird das Federungsverhalten über den Federstab mitbestimmt, der sich zwischen den gegenüberliegenden Radaufhängungen an einer gemeinsamen Fahrzeugachse erstreckt. Konstruktiv ist der Federstab zur Radaufhängung parallel geschaltet, so dass sich die Federraten der Radaufhängungen und des Federstabs addieren. Über die veränderliche Einstellung der Federrate des Federstabs kann somit das Federungsverhalten des Fahrzeugs in einem weiten Wertebereich beeinflusst werden. Zweckmäßigerweise ist die Federsteifigkeit des Federstabs kontinuierlich verstellbar, wobei grundsätzlich auch eine Einstellung in diskreten Schritten in Frage kommt.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der zusätzlich angeordnete Federstab keine konstruktiven Änderungen der Radaufhängungen erfordert. Es genügt, den Federstab direkt oder indirekt mit den Radaufhängungen zu verbinden, insbesondere mit einem Radlenker bzw. Querlenker eines Fahrzeugrades, an dem auch die jeweilige Radaufhängung abgestützt ist.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass während des Fahrbetriebs keine Leistungsaufnahme im Aktuator erforderlich ist. Der Aktuator wird lediglich zur Änderung der Federsteifigkeit des Federstabes aktiviert, wohingegen nach dem Einstellen der gewünschten Federsteifigkeit der Aktuator nicht weiter betätigt wird. Die Änderung der Federsteifigkeit ist mit einer geringen Leistungsaufnahme möglich, so dass grundsätzlich klein dimensionierte Aktuatoren verwendet werden können.
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Gemäß zweckmäßiger Ausführung weist der Federstab eine richtungsabhängige Federsteifigkeit auf, so dass die Steifigkeit in Wirkungsrichtung der Radaufhängung von der aktuellen Lage des Federstabs im Fahrwerk abhängt. Die Position des Federstabs ist über den Aktuator einzustellen, wobei eine Änderung der Position mit einer Steifigkeitsänderung einhergeht. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass prinzipiell beliebige Positionsänderungen des Federstabes mit damit einhergehender Steifigkeitsänderung eingestellt werden können, wobei für die Positionsänderung des Federstabs nur ein verhältnismäßig geringer Energieaufwand erforderlich ist. Des Weiteren kann auf diese Weise die Steifigkeit des Federstabs insbesondere stufenlos verstellt werden.
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Zur Steifigkeitseinstellung wird vorteilhafterweise ein Elektromotor verwendet, dem gegebenenfalls ein Getriebe zur Drehzahluntersetzung nachgeschaltet ist. Es kommen aber auch anderweitige Aktuatoren in Betracht, beispielsweise hydraulische oder pneumatische oder auf sonstige Weise betätigbare Aktuatoren wie elektromagnetische Stelleinrichtungen oder Piezoelemente.
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Die Positionsänderung des Federstabs, die über den Aktuator eingestellt wird, ist vorzugsweise als Drehbewegung ausgeführt. Dementsprechend ist der Federstab am Fahrzeugaufbau bzw. der -karosserie drehbar gelagert und wird über den Aktuator um die Drehachse verstellt. Die erreichte Position des Federstabs wird vorzugsweise ohne weiteren Energieaufwand gehalten, beispielsweise über ein selbsthemmendes Getriebe.
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Bei einer drehrichtungsabhängigen Federsteifigkeit weist der Federstab in Belastungsrichtung, also in Kraftrichtung parallel zur Kraftwirkung der Radaufhängung, je nach aktueller Drehlage eine unterschiedliche Steifigkeit auf. Dies wird insbesondere über eine spezielle Geometrie des Federstabs erreicht, beispielsweise über einen nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt des Federstabs. Besitzt der Querstab beispielsweise einen ovalen Querschnitt, so ist die für die Kraftübertragung relevante Biegesteifigkeit bei einer Belastung, die orthogonal zur Längsseite des Querschnitts erfolgt, geringer als bei einer Belastung, die orthogonal zur Schmalseite des Querschnitts erfolgt. Die Federsteifigkeit kann zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert beliebige Zwischenwerte annehmen.
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Grundsätzlich kommen anstelle einer drehrichtungsabhängigen Federsteifigkeit im Federstab auch translatorische Stellbewegungen für die Federsteifigkeitsänderungen in Betracht, dergestalt, dass die Steifigkeitsänderung durch eine translatorische Positionsänderung des Federstabs erreicht wird. Möglich sind darüber hinaus auch gemischt translatorisch-rotatorische Stellbewegungen zur Erzielung einer Steifigkeitsänderung.
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Des Weiteren ist es möglich, dass die Steifigkeitsänderung nicht von der Querschnittsgeometrie abhängt, sondern von der Materialwahl des Federstabs, indem Materialien mit verschiedenen Federraten in verschiedene Richtungen eingesetzt werden, beispielsweise Materialien mit isotroper Faserausrichtung. Auch in diesem Fall wird über eine Positionsänderung des Federelementes eine Federsteifigkeitsänderung erreicht. Darüber hinaus sind auch Kombinationen von geometrieabhängigen und materialabhängigen Federsteifigkeitsänderungen möglich.
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Der Federstab ist zweckmäßig als einteiliges, durchgehendes Bauteil zwischen den Radaufhängungen einer Fahrzeugachse ausgebildet und mittig an der Fahrzeugkarosserie gehalten. Grundsätzlich möglich sind auch zweiteilige Ausführungen mit je einem Federstabteil pro Radaufhängung, wobei jeder Federstabteil einenends an der Fahrzeugkarosserie und anderenends am Radlenker gehalten ist. Zweckmäßigerweise werden beide Federstabteile von einem gemeinsamen Aktuator verstellt, wobei auch Ausführungen mit jeweils einem Aktuator pro Federstabteil in Betracht kommen.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 ein Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug mit Radaufhängungen am linken und rechten Fahrzeugrad sowie einem zwischen den Radlenkern angeordneten Federstab, der um seine Längsachse drehbar gelagert ist und eine richtungsabhängige Federsteifigkeit aufweist,
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2 einen Schnitt durch einen Federstab mit elliptischem Querschnitt.
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Das in 1 dargestellte Fahrwerk 1 für ein Kraftfahrzeug umfasst Radaufhängungen 2 im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich, über die jeweils ein Fahrzeugrad 3 an einer gemeinsamen Fahrzeugachse gegenüber der Fahrzeugkarosserie 5 abgestützt ist. Die Radaufhängungen 2 befinden sich zwischen als Doppelquerlenker ausgeführten Radlenkern 4 und einem Absatz der Fahrzeugkarosserie bzw. des Fahrzeugaufbaus 5. Jede Radaufhängung 2 umfasst eine Tragfeder 6 und ein parallel angeordnetes Dämpfungselement 7, wobei die Wirkrichtung von Tragfeder 6 und Dämpfungselement 7 in vertikaler Richtung liegt. Die Tragfeder 6 und das Dämpfungselement 7 sind vorzugweise als passive Bauteile ausgeführt, wobei grundsätzlich im Rahmen der Erfindung auch eine Ausführung als aktive Baueinheiten in Betracht kommt, beispielsweise mit einer Stelleinrichtung zur Fußpunktverstellung. Die Radaufhängungen 2 im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich sind spiegelbildlich zueinander aufgebaut.
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Zwischen den Radaufhängungen 2 an einer gemeinsamen Fahrzeugachse erstreckt sich in Querrichtung ein Federstab 8, der in Lagerstellen 9 und 10 um seine Längsachse drehbar an den Radlenkern 4 der Fahrzeugräder 3 gelagert ist. Dem Federstab 8 ist ein Aktuator 11 zugeordnet, der an der Fahrzeugkarosserie 5 aufgehängt ist und dessen Stellbewegung über ein Getriebe 12 auf den Federstab 8 übertragen wird. Der Aktuator 11 ist insbesondere als Elektromotor ausgeführt. Bei einer Betätigung des Aktuators 11 wird der Federstab 8 um seine Längsachse verdreht. Der Aktuator 11 einschließlich des Getriebes 12 befinden sich etwa in der Mitte des Federstabes 8, an dieser Stelle ist der Federstab 8 zusätzlich an der Fahrzeugkarosserie 5 drehbar abgestützt.
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Der Federstab 8 stellt eine zu der Radaufhängung 2 parallel angeordnete Federeinrichtung dar, deren Federwirkung über die Radlenker 4 in die gleiche Richtung weist wie die Tragfeder 6 und das Dämpfungselement 7 der Radaufhängung 2. Bei einer Durchbiegung des Federstabs 8 wird somit eine auf den Radlenker 4 wirkende Vertikalkraft erzeugt.
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Der Federstab 8 besitzt eine drehrichtungsabhängige Federsteifigkeit, wobei je nach aktueller Drehlage des Federstabs 8 in den Lagerstellen 9 und 10 eine unterschiedlich hohe Federsteifigkeit im Hinblick auf die Durchbiegung des Federstabs sowie die auf die Radlenker 4 übertragbare Vertikalkraft eingestellt wird. Zur Veränderung der aktuellen Federsteifigkeit wird der Aktuator 11 betätigt und der Federstab 8 in den Lagerstellen um einen definierten Winkelbetrag um die Federstablängsachse verdreht.
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In 2 ist ein Federstab 8 im Schnitt quer zur Längsachse dargestellt. Der Federstab 8 besitzt eine elliptische Querschnittsform, wodurch eine geometrieabhängige Federsteifigkeit erreicht wird. Erfolgt die Belastung des Federstabs 8 in Richtung des Pfeiles 13 orthogonal zur Schmalseite des Federstabs, so ist eine höhere Federsteifigkeit wirksam als bei einer Belastung orthogonal zur Längsseite gemäß Pfeilrichtung 14. Zwischen diesem Maximalwert bzw. Minimalwert für die Federsteifigkeit des Federstabs können je nach aktueller Drehlage des Federstabs in den Lagerstellen beliebige Zwischenwerte für die Federsteifigkeit eingestellt werden. Zweckmäßigerweise wird die aktuell eingestellte Drehlage des Federstabs über eine selbsthemmende Getriebeausführung selbsttätig gehalten, so dass nur für die Änderung der Drehlage des Federstabs der Aktuator betätigt und Energie aufgewandt werden muss, nicht jedoch für das Halten der erreichten Position.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0982162 A2 [0002, 0003]
- DE 102006059897 A1 [0004]
- DE 102007024769 A1 [0006]
