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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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In der
DE 10 2007 024 769 A1 wird ein aktives Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug beschrieben, das an gegenüberliegenden Rädern einer Achse Radaufhängungseinrichtungen umfasst, wobei jeder Radaufhängungseinrichtung ein Drehfederstab mit einem Aktuator zugeordnet ist, über den ein Drehmoment auf den Stab aufgebracht werden kann. Auf diese Weise ist eine Niveaueinstellung des Kraftfahrzeugs möglich.
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Gemäß einer ersten, in der
DE 10 2007 024 769 A1 offenbarten Ausführungsvariante ist jeder Radaufhängung ein eigener Drehfederstab mit jeweils einem Aktuator zugeordnet, wobei die Drehfederstäbe auf den der jeweiligen Radaufhängung abgewandten Seite über die Aktuatoren an der Fahrzeugkarosserie abgestützt sind. In einer weiteren Ausführungsvariante sind die beiden Drehfederstäbe über einen gemeinsamen, zwischenliegenden Aktuator zu betätigen, wodurch in an sich bekannter Weise wie bei einem Rollstabilisator ein Wankausgleich erzeugt werden kann, indem entgegengesetzt gerichtete Vertikalkräfte auf die Radaufhängungen im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich wirken.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Maßnahmen ein Fahrwerk mit vielfältigen Einstellmöglichkeiten zu versehen.
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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 umfasst Radaufhängungen am linken und rechten Rad einer gemeinsamen Fahrzeugachse mit einer zwischenliegenden Kraftübertragungseinrichtung, der mindestens ein Aktuator zur veränderlichen Einstellung der auf die Radaufhängungen wirkenden Kräfte zugeordnet ist. Über die Kraftübertragungseinrichtung sind gleichgerichtete Vertikalkräfte auf die beiden Radaufhängungen übertragbar. Bei einer Betätigung des Aktuators wird unter Beibehaltung der Gleichrichtung lediglich die Höhe der Vertikalkräfte in den gegenüberliegenden Radaufhängungen verändert.
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Im Unterschied zu aktiven Stabilisatoren in Fahrzeugen, die entgegengesetzte Kräfte auf die Radaufhängungen im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich erzeugen, werden bei dem erfindungsgemäßen Fahrwerk über die Kraftübertragungseinrichtung gleichgerichtete Vertikalkräfte in den Radaufhängungen erzeugt, die durch Betätigung des Aktuators verändert werden können. Auf diese Weise kann die Vertikaldynamik des Kraftfahrzeugs beeinflusst werden, wodurch verschiedene Betriebsmodi während des Fahrens realisiert werden können, beispielsweise ein Komfortmodus mit weicherem Schwingungsverhalten oder ein sportlicher Fahrmodus mit höherer Federrate in den Radaufhängungen. Des Weiteren ist eine Niveauregulierung möglich, also eine Absenkung bzw. Anhebung des Fahrzeugaufbaus bzw. der -karosserie. Außerdem können teilaktive bzw. aktive Fahrwerke verwirklicht werden, indem während des Fahrbetriebs über eine Betätigung des Aktuators die Höhe der Vertikalkräfte an die jeweilige, aktuelle Fahrsituation angepasst wird.
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Gemäß vorteilhafter Ausführung umfasst die Kraftübertragungseinrichtung einen zwischen den Radaufhängungen angeordneten Federstab, wobei gemäß bevorzugter Ausführung ein einteiliger Federstab zwischen den gegenüberliegenden Radaufhängungen vorgesehen ist. Grundsätzlich kommt aber auch eine zweigeteilte Ausführung des Federstabs in Betracht, also zwei einzelne Federstäbe bzw. Federstabteile. Der Federstab ist insbesondere um seine Längsachse tordierbar, wobei die Anbindung an die Radaufhängungen in der Weise gewählt ist, dass mit der Betätigung mindestens eines Aktuators gleichgerichtete Vertikalkräfte in den beiden gegenüberliegenden Radaufhängungen eingeleitet werden.
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Der Aktuator ist vorzugsweise als ein Elektromotor ausgeführt. Grundsätzlich genügt ein einzelner Elektromotor zur Beaufschlagung des Federstabs, insbesondere dergestalt, dass sich zwei Federstababschnitte, die zueinander koaxial angeordnet sind, zur linken und rechten Seite des zwischenliegenden Elektromotors erstrecken, wobei ein Federstababschnitt mit dem Anker und der zweite Federstababschnitt mit dem Motorgehäuse des Elektromotors verbunden ist. Bei einer Betätigung des Elektromotors werden die Federstabteile gegensinnig verdreht, wobei über eine geeignete konstruktive Anbindung der Federstabenden an die jeweiligen Radaufhängungen gleichgerichtete Vertikalkräfte erzeugt werden. Der Federstab ist beispielhaft insgesamt Z-förmig ausgebildet, wobei jeder Federstabteil für sich genommen L-förmig ausgeführt ist und bei einer Aktuatorbetätigung der jeweils abstehende, L-förmige Schenkel in entgegengesetzte Richtungen verdreht wird. Beispielsweise werden beide L-förmige Schenkel nach oben verschwenkt und bewirken dadurch eine Anhebung eines Federfußpunktes bzw. eines Querlenkers an der jeweiligen Radaufhängung. Umgekehrt wird bei einer Abwärtsbewegung der L-förmigen Schenkel eine Absenkung der Federfußpunkte bzw. des jeweiligen Querlenkers erreicht.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Federstab einteilig mit stirnseitig in die gleiche Richtung abgewinkelten Enden ausgeführt, so dass der Federstab insgesamt U-Form aufweist. Der Federstab wird von genau einem Aktuator beaufschlagt, dessen Gehäuse sich an der Fahrzeugkarosserie bzw. dem Fahrzeugaufbau abstützt. Mit Betätigung des Aktuators wird der Federstab über seine gesamte Länge in die gleiche Richtung verdreht, wodurch die an beiden Stirnseiten abgewinkelten Enden in die gleiche Richtung nach oben bzw. nach unten verschwenkt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführung ist der Federstab zweiteilig mit zwei Federstabteilen ausgeführt, denen jeweils ein Aktuator zugeordnet ist. Die Aktuatorgehäuse stützen sich an der Fahrzeugkarosserie ab. Mit dieser Ausführung ist eine radindividuelle Einstellung möglich, indem die beiden Aktuatoren je nach konstruktiver Anbindung der Federstäbe an die betreffenden Radaufhängungen gleichgerichtet oder entgegengesetzt betätigt werden. Im Falle einer insgesamt Z-förmigen Konfiguration des Federstabs werden die beiden Aktuatoren gegensinnig betätigt, im Falle einer insgesamt U-förmigen Gestalt des Federstabs, bestehend aus beiden Federstabteilen, werden die beiden Aktuatoren gleichsinnig betätigt.
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Der Vorteil von zwei Aktuatoren liegt neben der radindividuellen Einstellmöglichkeit in der Reduzierung der pro Aktuator aufzubringenden Stellmomente. Ist zum Beispiel eine Anhebung des Fahrzeugniveaus gewünscht, so sind die in jedem Aktuator aufzubringenden Stellmomente nur halb so groß wie bei einer Ausführung mit dem gemeinsamen Aktuator für den Federstab.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist dem Aktuator eine Kupplungseinrichtung zugeordnet, die zwischen einem geöffneten bzw. ausgerückten Zustand und einem geschlossenen bzw. einem eingerückten Zustand verstellbar ist. Über die Kupplungseinrichtung ist je nach Ausführung des Federstabs bzw. des Aktuators entweder eine feste Verbindung zwischen den beiden Federstabhälften oder eine feste Kopplung mit der Fahrzeugkarosserie oder ein freies Verdrehen möglich. Auf diese Weise sind zusätzliche Einstellmöglichkeiten im Fahrwerk gegeben.
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Als Aktuator werden vorzugsweise Elektromotoren eingesetzt, wobei grundsätzlich auch sonstige Ausführungen in Betracht kommen, insbesondere hydraulische oder pneumatische Aktuatoren oder gegebenenfalls auch weitere elektrisch betätigbare Aktuatoren, beispielsweise elektromagnetische Stellglieder oder Piezoelemente.
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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 eine Prinzipdarstellung eines Fahrwerks für ein Fahrzeug, mit Radaufhängungen an gegenüberliegenden Fahrzeugrädern und mit einem die Radaufhängungen verbindenden Federstab mit einem Aktuator,
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2 der Federstab in Z-förmiger Ausführung mit einem zwischenliegenden Aktuator,
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3 der Federstab in zweigeteilter Ausführung mit zwei separaten Aktuatoren,
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4 der Federstab in U-förmiger, einteiliger Ausführung,
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5 zwei Federstabteile mit jeweils einem an der Fahrzeugkarosserie abgestützten Aktuator.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wie 1 zu entnehmen, umfasst ein Fahrwerk 1 in einem Kraftfahrzeug zwei Radaufhängungen 2 im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich, über die die Fahrzeugräder 3 einer gemeinsamen Achse mit dem Fahrzeugaufbau bzw. der -karosserie 7 verbunden sind. Die Radaufhängungen 2 im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich sind spiegelsymmetrisch zueinander aufgebaut.
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Jede Radaufhängung 2 umfasst eine Tragfeder 4 und ein parallel geschaltetes Dämpfungselement 5 zwischen einem Radlenker 6, welcher mit dem Fahrzeugrad 3 verbunden ist, und dem Fahrzeugaufbau 7. Die Tragfeder 4 und das Dämpfungselement 5 sind jeweils als passive Bauteile ausgeführt, wobei gegebenenfalls auch eine Ausführung als aktive Stellelemente in Betracht kommt, indem ein Aktuator einem oder beiden Bauteilen zugeordnet ist, beispielsweise zur Fußpunktverstellung oder zur Einstellung der Feder- bzw. Dämpferrate.
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Die Radaufhängungen 2 im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich sind über einen Federstab 8 miteinander verbunden, dem ein Aktuator 9 zugeordnet ist. Der Federstab 8 bildet eine Kraftübertragungseinrichtung, über die gleichgerichtete Vertikalkräfte auf die Radaufhängungen 2 übertragbar sind. Über eine Einstellung des Aktuators 9 kann die Höhe der Vertikalkräfte, welche auf die Radaufhängungen 2 wirken, verändert werden. Über den drehbar in Lagerstellen 10 und 11 an den Radlenkern gelagerten Federstab 8 werden immer gleichgerichtete Vertikalkräfte auf die beiden Radaufhängungen einer Fahrzeugachse übertragen, welche insbesondere auch der Höhe nach gleich groß sind. Grundsätzlich möglich ist es, dass die resultierende Kraft, welche von dem Federstab auf die Radlenker 6 an beiden Radaufhängungen 2 übertragen wird, mit der Vertikalen einen Winkel einschließt, wobei in der Projektion eine vertikale Kraftkomponente wirksam ist. Die Vertikalkraft kann sowohl nach oben als auch nach unten gerichtet sein. Die Einleitung der Kraft erfolgt über den jeweiligen Anbindungspunkt des Federstabes 8 am Radlenker 6 der Radaufhängung 2.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Federstab 8 einschließlich eines Aktuators 9 dargestellt. Der Federstab 8 ist zweigeteilt und besteht aus zwei separaten Federstabteilen bzw. -hälften 8a, 8b, die jeweils einer Radaufhängung zugeordnet sind. Zwischen den Federstabteilen 8a, 8b ist der Aktuator 9 angeordnet, der als Elektromotor ausgeführt ist, wobei das erste Federstabteil 8a fest mit der Motorwelle und das zweite Federstabteil 8b fest mit dem Gehäuse des Elektromotors 9 verbunden ist. Bei einer Betätigung des Aktuators 9 üben die beiden koaxial angeordneten Federstabteile 8a, 8b, wie mit den beiden Pfeilen angedeutet, eine gegensinnige Drehbewegung aus.
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Die beiden Federstabteile 8a, 8b sind jeweils L-förmig ausgebildet und in den Lagerstellen 10, 11 drehbar gelagert. Im unbestromten Ausgangszustand des Aktuators 9 bilden die beiden Federstabteile 8a, 8b insgesamt eine Z-Form, bei der die freien, an der Stirnseite angeordneten Enden der Federstabteile unter einem Winkel abstehen und in entgegengesetzte Richtungen weisen. Diese Schenkel der Federstabteile 8a, 8b sind mit dem jeweils zugeordneten Radlenker einer Radaufhängung verbunden.
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Dem Aktuator 9 ist eine Kupplungseinrichtung 12 zugeordnet, die zwischen einem geschlossenen bzw. eingerückten Kupplungszustand und einem geöffneten bzw. ausgerückten Kupplungszustand verstellbar ist. Bei geöffneter Kupplungseinrichtung 12 können die beiden Federstabteile 8a, 8b wie vorbeschrieben bei einer Betätigung des Aktuators 9 gegeneinander verdreht werden. Bei geöffneter Kupplungseinrichtung 12 und nicht betätigtem Aktuator 9 werden keine Momente zwischen den Federstabteilen 8a, 8b übertragen. Bei geschlossener Kupplungseinrichtung 12 sind dagegen die beiden Federstabteile 8a, 8b starr miteinander verbunden; ist in diesem Zustand der Aktor 9 passiv geschaltet, so üben die starr miteinander verbundenen Federstabteile 8a und 8b unter dem Einfluss äußerer Kräfte bzw. Momente die gleiche Drehbewegung aus, wohingegen bei einer aktivierten Aktuatorik eine Niveauregulierung durchgeführt werden kann.
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Mit dem in 2 in Verbindung mit 1 dargestellten Federstab 8 sind verschiedene Einstellmöglichkeiten bzw. Betriebsmodi zu realisieren. In einem sogenannten Komfortmodus ist die Kupplungseinrichtung 12 geöffnet, der Aktuator 9 ist zugleich unbestromt, so dass zwischen den beiden Federstabhälften 8a, 8b kein Moment übertragen wird. Die Tragfedern 4 sind vorzugsweise weich ausgelegt, was zu verringerten Aufbaubeschleunigungen und Radlastschwankungen im Bereich der Aufbaueigenfrequenz von etwa 2 Hz führt. Wankbewegungen können wie bei einem passiven Fahrwerk durch einen zusätzlichen, passiv oder aktiv ausgelegten Stabilisator verringert werden.
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In einem sogenannten Sportmodus wird die Kupplungseinrichtung 12 geschlossen, der Aktuator befindet sich im unbestromten Zustand. Die Federrate des Federstabs 8 trägt aufgrund der parallelen Anordnung von Tragfeder und Federstab zu einer Erhöhung der resultierenden Gesamtfederrate der Fahrzeugfederung bei. Die Wankbewegung wird durch den Federstab nicht wesentlich beeinflusst.
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Zur Niveauregulierung wird die Kupplungseinrichtung 12 zunächst geöffnet, zugleich wird der Aktuator 9 bestromt, um die beiden Federstabhälften 8a, 8b zu tordieren. Die in die Radführungselemente einer Achse eingeleiteten gleichgerichteten Kräfte werden den Tragfederkräften überlagert, was entweder zur Konstanthaltung der Höhe bei einer Beladungsänderung oder zu einer gezielten Höhenänderung des Fahrzeugs genutzt werden kann. Des Weiteren können durch Fahrmanöver induzierte Nickwinkel ausgeglichen werden.
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Grundsätzlich ist für die Funktion der Niveauregulierung ein Aktuator mit kleiner Leistung ausreichend, da die Einstellung der Fahrzeughöhe nicht zeitkritisch ist und dementsprechend langsam durchgeführt kann. Nach Abschluss der Niveaueinstellung wird die Kupplungseinrichtung geschlossen, so dass die eingestellte Fahrzeughöhe ohne weitere Leistungszufuhr im Aktuator gehalten werden kann.
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Zur Realisierung eines aktiven bzw. teilaktiven Fahrwerks wird die Kupplungseinrichtung 12 geöffnet, zugleich wird im Fahrbetrieb der Aktuator 9 bestromt, um in der aktuellen Fahrsituation über die Regelung des Aktuatormoments die Vorspannung des Torsionsfederstabes zu ändern und aktiv in die Fahrzeugfederung einzugreifen. Der Eingriff erfolgt gemeinsam an beiden Rädern einer Achse. Hierdurch können Aufbaubeschleunigungen und Radlastdifferenzen insbesondere im Falle einer Hubanregung an beiden Rädern der Achse verringert werden, beispielsweise im Falle des Überfahrens einer quer zur Fahrbahn verlaufenden Bodenwelle.
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Die Kupplungseinrichtung kann stromlos offen ausgeführt sein, so dass das Fahrzeug im Falle eines Bordnetzausfalls im Komfortmodus betrieben wird. Bei stromlos geschlossener Kupplungseinrichtung schaltet das System bei Energieausfall unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzeugniveaus in den Sportmodus.
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Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist der Federstab 8 zweiteilig aufgebaut und umfasst zwei L-förmige Federstabteile 8a und 8b, die insgesamt im Ausgangszustand zu einer Z-Form zusammengesetzt sind. Zwischen den beiden Federstabteilen 8a, 8b sind zwei Aktuatoren 9a, 9b angeordnet, die jeweils an der Fahrzeugkarosserie gehalten sind. Die Aktuatoren 9a, 9b sind vorzugsweise als Elektromotoren ausgeführt, deren Motorgehäuse mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Zwischen den Aktuatoren 9a, 9b befindet sich eine schaltbare Kupplungseinrichtung 12. Bei geöffneter Kupplungseinrichtung 12 werden keine Momente zwischen den Federstabteilen 8a, 8b übertragen, so dass über die Betätigung der Aktuatoren 9a, 9b die beiden Federstabteile 8a, 8b unabhängig voneinander mit einem Torsionsmoment der Aktuatoren zu beaufschlagen sind. Bei geöffneter Kupplungseinrichtung und unbestromten Aktuatoren ist ein Komfortmodus zu realisieren, bei geschlossener Kupplungseinrichtung und unbestromten Aktuatoren dagegen ein Sportmodus, in welchem die beiden Federstabteile 8a und 8b fest miteinander gekoppelt sind. Die Niveauregulierung und das teilaktive Fahrwerk sind wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel durch entsprechende Einstellungen von Kupplungseinrichtung und Aktuatoren durchzuführen, wobei zur Realisierung eines aktiven oder teilaktiven Fahrwerks grundsätzlich eine radindividuelle Einstellung möglich ist, da jedem Federstabteil 8a, 8b jeweils ein Aktuator 9a bzw. 9b zugeordnet ist. Damit ist es auch beispielsweise möglich, die Wankneigung zu beeinflussen.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist der Federstab 8 als einteiliger U-Stab ausgeführt, wobei der als Elektromotor ausgeführte Aktuator 9 über sein Motorgehäuse fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Der Federstab besteht aus einem Teil und ist im Bereich des Aktuators nicht unterbrochen. Bei Betätigung des Aktuators wird der Federstab um seine Längsachse tordiert. Eine schaltbare Kupplungseinrichtung 12 ermöglicht die Arretierung des Federstabs 8 an der Fahrzeugkarosserie.
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Auch mit dieser Ausführung sind die verschiedenen Betriebsmodi einzustellen, die bereits zur 2 beschrieben wurden. Eine passive Wankstabilisierung erfolgt ohne Betätigung des Aktuators bei geöffneter oder geschlossener Kupplungseinrichtung.
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Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 5 besitzt der Federstab eine U-förmige Gestalt, er besteht jedoch aus zwei separaten Federstabteilen 8a und 8b, die jeweils für sich genommen L-förmig ausgeführt sind. Jedem Federstabteil 8a, 8b ist ein Aktuator 9a bzw. 9b zugeordnet, welcher als Elektromotor ausgeführt und an der Fahrzeugkarosserie abgestützt ist. Jedem Aktuator 9a bzw. 9b ist eine schaltbare Kupplungseinrichtung 12a bzw. 12b zugeordnet. Bei geschlossener Kupplungseinrichtung 12a bzw. 12b sind die Federstäbe 8a bzw. 8b an der Fahrzeugkarosserie arretiert, bei geöffneter Kupplungseinrichtung ist dagegen die Arretierung aufgehoben. Auch in dieser Ausführung sind die zuvor beschriebenen verschiedenen Betriebsmodi einzustellen, wobei aufgrund des zweiten Aktuators grundsätzlich eine radindividuelle Einstellung möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007024769 A1 [0002, 0003]
