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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Spureinstellung von auf einer Radachse eines Kraftfahrzeugs angeordneten Rädern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Spurlenkung eines Rades wird durch einen mit einer Lenkung verbundenen Spurlenker oder durch eine elasto-kinematische Lenker-/Winkelverstellung des Achssystems oder durch eine Kombination einer dieser beiden Vorrichtungen realisiert.
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Es ist auch bekannt, dass es für die Hinterachsen von Kraftfahrzeugen mit Vorrichtungen zur aktiven Spurlenkung zu versehen. Derartige Spurlenkungen befinden sich seit dem Ende der 1980er Jahre im Einsatz. Die früheren Systeme waren jedoch noch nicht mit einer elektronischen Fahrdynamikregelung gekoppelt, da es derartige elektronische Systeme zu diesem Zeitpunkt noch nicht gab.
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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. Diese Stelleinheit verstellt dann, abhängig von den Fahrzuständen des Fahrzeuges, die Spur der Räder auf dieser Achse. Neben dem Einsatz von Stelleinheiten als Spurlenker besteht die Möglichkeit, eine zentral an einem Fahrzeugaufbau bzw. an dem 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 zu den Vorderrädern bei schneller Fahrt, insbesondere bei einem Spurwechsel oder einer Kurvenfahrt.
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Es besteht die Möglichkeit, eine Vorrichtung zur aktiven Spureinstellung so auszubilden, dass sie eine durch das KFZ bei Kurvenfahrt eingebrachte Aufbaubewegung (Wanken, Rollen) in gezielte Stellbewegungen der Stelleinheit zur Spurbeeinflussung nutzt. Dazu steht mindestens einer der Aufbaudämpfer, die zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Radachse angeordnet sind, derart mit der Stelleinheit in Wirkverbindung, dass er einen Antrieb für die Spureinstellung bildet. Dadurch ist es möglich, dass die aktive Einstellung der auf dieser Radachse angeordneten Fahrzeugräder ausschließlich aus der Bewegung des Fahrzeugaufbaus gespeist wird. Die Aufbaudämpfer verursachen bei einem Wanken oder Rollen des Fahrzeugs einen Fluss einer Hydraulikflüssigkeit, wobei die Verdrängung der Hydraulikflüssigkeit eine die Spurlenker verstellende Stelleinheit ansteuert.
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Bei einem Ausfall der Stelleinheit wird diese in einer Position gehalten, in der diese sich zum Zeitpunkt des Ausfalls befindet. Diese Position ist nicht eindeutig definiert und kann zu einer Änderung des Fahrverhaltens des Fahrzeuges und damit zu einem erhöhten Sicherheitsrisiko führen.
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Bei den bisher bekannten Vorrichtungen werden die Stelleinheiten elektrisch betrieben. Diese müssen in der Neutrallage, d. h. bei Geradeausfahrt des Fahrzeuges, durch einen Dauerstrom in der entsprechenden Position gehalten werden. Dies kann beispielsweise durch eine elektrisch bestromte mechanische Absperrung realisiert sein. Ein solcher permanenter Leistungsbedarf erhöht allerdings den CO2-Ausstoß des Fahrzeuges und geht mit einem Kraftstoffmehrverbrauch einher.
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Bei der die Aufbaubewegung des KFZ ausnutzende Vorrichtung zur aktiven Spureinstellung ist bei eingeschalteter Verbindung zwischen den Aufbaudämpfern und der Stelleinheit keine Steuerung oder Regelung der Einstellgeschwindigkeit der Stelleinheit möglich. Der Fahrzeugradlenkwinkel ist damit direkt vom Wankwinkel des KFZ abhängig. Eine Beeinflussung der Einstellgeschwindigkeit ist somit bei eingeschaltetem Wanklenksystem nicht möglich. Außerdem ist bei abgeschaltetem Wanklenksystem eine Rückstellung der Stelleinheit in die Neutralposition nicht möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu aktiven Spureinstellung zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile beseitigt und insbesondere eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein kontrolliertes Einstellen eines bestimmten Lenkwinkels an einem Fahrzeugrad bei aktiver Wanklenkung sowie ein kontrolliertes Rückstelen des Lenkwinkels bei inaktiver Lenkung ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur aktiven Spureinstellung von auf einer Radachse eines KFZ angeordneten Rädern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur aktiven Spureinstellung so ausgebildet, dass die Hydraulikleitungen, über die jeweils eine der Aufbaudämpfer mit der Spureinstellungseinheit in Wirkverbindung steht, über ein Regelventil miteinander verbunden sind. Dadurch ist ermöglicht, dass über dieses Regelventil eine Hydraulikflüssigkeit fließen kann, je nach Öffnungsgrad dieses Regelventils kann dabei mehr oder weniger Hydraulikflüssigkeit durch das Regelventil fließen.
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Dies bedeutet, in geschaltetem Zustand der Spureinstellungseinheit, dass der Fluss der Hydraulikflüssigkeit, der durch die Wankbewegung des KFZ erzeugt wird und in die Spureinstellungseinheit fließt mit größer werdendem Öffnungsquerschnitt des Regelventils reduziert wird. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Kolbenstange der Spureinstellungseinheit verringert. Der maximal erreichbare Lenkwinkel an der Fahrzeugachse kann durch ein Öffnen des Regelventils reduziert und damit an die jeweilige Fahrsituation angepasst werden.
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In ausgeschaltetem Zustand der Spureinstellungseinheit, d. h. wenn die Verbindung zwischen Aufbaudämpfern und Spureinstellungseinheit unterbrochen ist, und somit eine „normale” Dämpfungsfunktion an den Aufbaudämpfern vorliegt, kann durch ein Öffnen des Regelventils ein Hydraulikflüssigkeitsstrom zwischen den beiden Kammern der Spureinstellungseinheit erzeugt werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Spureinstellungseinheit als doppelt wirkender Hydraulikzylinder mit einem Kolben und zwei durch den Kolben voneinander getrennten Zylinderkammern ausgebildet, wobei jeder Zylinderkammern mit einem Anschlussstück zum Anschluss der Hydraulikleitungen versehen ist. Das Regelventil ist dabei vorzugsweise im Bereich der an der Spureinstellungseinheit vorgesehenen Anschlussstücke für die Hydraulikleitungen vorgesehen. Dadurch ist eine kompakte Bauweise ermöglicht. Außerdem werden dadurch negative Einflüsse langer Leitungswege vermieden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist in jeder der Zylinderkammern der Spureinstellungseinheit ein mit dem Kolben in Wirkverbindung stehendes Rückstellglied vorgesehen, wobei die beiden Rückstellglieder in entgegen gesetzte Richtungen in Bewegungsrichtung auf den Kolben einwirken. Dadurch kann im unbeschalteten Zustand der Spureinstellungseinheit durch ein Öffnen des Regelventils ein Hydraulikflüssigkeitsstrom zwischen den beiden Kammern der Spureinstellungseinheit fließen und so eine Position des Kolbens eingestellt werden, die nur von der auf den Kolben wirkenden Kräfte der Rückstellglieder abhängt.
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Die Rückstellglieder sind dabei bevorzugt so gestaltet, dass die Spureinstellungseinheit durch die von den Rückstellgliedern auf die Kolben ausgeübte Kraft in einer Neutralstellung positionierbar ist. Durch ein Öffnen des Regelventils kann daher eine Rückstellung der Spureinstellungseinheit in die Neutrallage bewerkstelligt werden.
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Besonders bevorzugt ist das Regelventil über eine Steuereinheit elektrisch steuerbar, so dass der Öffnungszustand des Regelventils über einen Regler elektrisch steuerbar ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen.
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1 eine Ansicht eines schematisch dargestellten Achsbereichs eines KFZ von hinten,
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2 eine schematische Ansicht der Spureinstellungseinheit mit daran angeschlossener Hydraulikleitungen und Regelventil im geschalteten Zustand und
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3 schematische Ansicht der Spureinstellungseinheit aus
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2 im ungeschalteten Zustand.
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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 anderer Teile. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
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Die 1 zeigt eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur aktiven Spureinstellung von auf einer Radachse eines Kraftfahrzeugs angeordneten Rädern 1. Die Räder sind auf einer Radachse, insbesondere auf einer Hinterachse angeordnet, die an einem Fahrzeugaufbau 2, insbesondere an einem Achsträger befestigt ist.
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Jedes der Kraftfahrzeug-Räder 1 ist an einem Radträger 21 befestigt, an dem ein Spurlenker 4 und mindestens zwei Radlenker 3 angeordnet sind. Denkbar ist auch eine Ausbildung der Radachse als Starrachse oder als Halbstarrachse, insbesondere als Verbundlenkerachse. An jeweils einem der Radlenker 3 eines Kraftfahrzeugrades 1 ist ein Aufbaudämpfer 7, 8 angeordnet, welcher Aufbaubewegungen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, abdämpft. Die Spurlenker 4 der beiden Kraftfahrzeugräder 1 stehen mit einer Spureinstellungseinheit 6 in Wirkverbindung, welche durch gezielte Stellbewegungen die Spur der Kraftfahrzeugräder 1 verstellen kann. Diese Spureinstellungseinheit 6 ist außerdem mit mindestens einem der Aufbaudämpfer 7, 8 über Hydraulikleitungen 17, 18, 19, 20 verbunden, so dass der bzw. die Aufbaudämpfer 7, 8 als Antrieb für die Spureinstellungseinheit 6 fungieren. Die Ansteuerung dieser hydraulischen Spureinstellungseinheit 6 erfolgt bevorzugt über ein Steuergerät, welches vorher alle fahrdynamischen oder sicherheitsrelevanten Daten des Kraftfahrzeugs auswertet und dabei die optimale Radstellung an den Rädern 1, welche mit der aktiven Spurlenkungsvorrichtung verbunden sind, ermittelt.
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Die als hydraulische Aufbaudämpfer 7, 8 ausgebildeten Aufbaudämpfer bestehen in bekannter Weise aus einem Gehäuse, in das eine an dem Spurlenker 4 angeordnete Stange 9, 13 hineinragt. Im Gehäuseinneren befindet sich ein Stellkolben 10, 14, welcher an dem anderen Ende der Stange 9, 13 angebracht und in dem Gehäuse verfahrbar ist. Durch diesen Stellkolben 10, 14 ist das Gehäuse der Aufbaudämpfer 7, 8 in zwei Kammern 11, 12 bzw. 15, 16 aufgeteilt, welche mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind. An jede dieser Kammern 11,12, bzw. 15, 16 ist eine Hydraulikleitung 17, 18 bzw. 19, 20 angeschlossen, welche in Kammern der Spureinstellungseinheit 6 münden. Die Kammern 28, 29 der Spureinstellungseinheit 6 sind, wie in den 2 und 3 gezeigt ist, durch einen Stellkolben 22 voneinander getrennt. Das Gehäuse der Spureinstellungseinheit 6 wird von einer Kolbenstange 30 durchsetzt, die mit den Spurlenkern 4 der Räder verbunden sind und von dieser betätigt werden. Fährt ein mit einer solchen Vorrichtung ausgestattetes Kraftfahrzeug durch eine Kurve, wird aufgrund der dabei auftretenden Neigung des Fahrzeugs und damit auch des Fahrzeugaufbaus 2 bei einem der Aufbaudämpfer 7, 8 die Stange 9, 13 in den Aufbaudämpfer 7, 8 hinein gedrückt (Pfeil A in 1). Gleichzeitig wird der Fahrzeugaufbau 2 an dem anderen Aufbaudämpfer 8, 7 angehoben, wodurch die Stange 13, 9 des Aufbaudämpfers 8, 7 weiter aus dem Aufbaudämpfer 8, 7 heraussteht (Pfeil B). dadurch wird die in den Aufbaudämpfern 7, 8 befindliche Hydraulikflüssigkeit durch das Verschieben des Stellkolbens 10 bzw. 14 der Aufbaudämpfer in eine der Kammern der Spureinstellungseinheit 6 gedrückt, was eine Verlagerung der Kolbenstange 30 zur Folge hat und damit eine Betätigung der Spurlenker 4.
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Die 2 dient der Darstellung der Funktionsweise der Vorrichtung bei geschalteter Spureinstellungseinheit. Jede der Zylinderkammern 28, 29 ist mit einem Anschlussstück 25, 26 zum Anschluss der Hydraulikleitungen 17, 18 bzw. 19, 20 versehen. Dabei ist das Regelventil 27, das bevorzugt als Drosselventil mit einstellbarem Querschnitt ausgebildet ist, bevorzugt im Bereich der an der Spureinstellungseinheit 6 vorgesehenen Anschlussstücke 25, 26 angeordnet und verbindet die Hydraulikleitungen 17, 18 bzw. 19, 20 miteinander. Die in 2 als Pfeile dargestellten Hydraulikleitungen sollen dabei die Flussrichtung der Hydraulikflüssigkeit aufgrund einer Wankbewegung des Kraftfahrzeugs visualisieren. Je nach Öffnungsgrad des Regelventils 27 wird nun ein mehr oder weniger großer Anteil des Hydraulikflüssigkeitsstroms durch das Regelventil 27 fließen. Dies bedeutet, dass der Anteil des Hydraulikflüssigkeitsstroms, der in die Spureinstellungseinheit 6, hier in die in 2 linke Kammer 28 der Spureinstellungseinheit fließt, mit größer werdendem Öffnungsgrad des Regelventils reduziert wird. Damit wird die Geschwindigkeit der Kolbenstange 30 der Spureinstellungseinheit 6 verringert.
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3 zeigt die Spureinstellungsvorrichtung im ungeschalteten Zustand der Spureinstellungseinheit 6. Ungeschaltet bedeutet hier, dass eine Bewegung der Stangen 9, 13 der Aufbaudämpfer 7, 8 nicht zu einem Hydraulikflüssigkeitsstrom in die Spureinstellungseinheit 6 führt, so dass die Aufbaudämpfer 7, 8 lediglich ihre „normale” Dämpfungsfunktion ausüben. Wird in diesem ungeschalteten Zustand das Regelventil 27 geöffnet, so kann, wie in 3 durch die mit 25 und 26 bezeichneten Pfeile dargestellt, ein Hydraulikflüssigkeitsstrom zwischen den beiden Kammern 28, 29 der Spureinstellungseinheit 6 fließen. Dadurch ist eine Bewegung der Kolbenstange 30 ermöglicht.
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Wie in den 2 und 3 des Weiteren gezeigt ist, ist in jeder der Zylinderkammern 28, 29 der Spureinstellungseinheit 6 ein mit dem Kolben 22 in Wirkverbindung stehendes Rückstellglied 23, 24 vorgesehen, wobei die beiden Rückstellglieder 23, 24 in entgegen gesetzter Richtungen in Bewegungsrichtung des Kolbens 22 auf den Kolben 22 einwirken. Die Rückstellglieder 23, 24 sind dabei bevorzugt als mechanische Rückstellglieder, insbesondere als Druck- oder Zugfedern ausgebildet. Die Rückstellglieder 23, 24 sind dabei bevorzugt so gewählt, dass die Spureinstellungseinheit 6 durch die von den Rückstellgliedern 23, 24 auf den Kolben 22 ausgeübte Kraft in einer Neutralstellung positionierbar ist. Dadurch wird sicher gestellt, das in ungeschaltetem Zustand der Spureinstellungseinheit 6 oder auch bei einem Ausfall der Spureinstellungseinheit 6 durch Öffnen des Regelventils 27 die Kolbenstange 30 der Spureinstellungseinheit 6 in jedem Fall in Richtung der Neutrallage, welche einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs bzw. einem Lenkwinkel an der Radachse von 0° entspricht, bewerkstelligt wird.
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Das Regelventil 27 ist dabei bevorzugt über eine Steuereinheit elektrisch steuerbar, so dass dadurch bei geschalteter Wanklenkung die Möglichkeit zur Reduzierung der Lenkgeschwindigkeit an der Fahrzeugradachse gegeben ist. Außerdem kann dadurch der maximal erreichbare Lenkwinkel an der Fahrzeugradachse reduziert bzw. beeinflusst werden. Bei nicht geschalteter Wanklenkung ist dadurch die Möglichkeit zur Rückstellung der Spureinstellungseinheit 6 in die Neutrallage ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rad
- 2
- Fahrzeugaufbau
- 3
- Radlenker
- 4
- Spurlenker
- 5
- Hilfsrahmen
- 6
- Spureinstellungseinheit
- 7
- Aufbaudämpfer
- 8
- Aufbaudämpfer
- 9
- Stange
- 10
- Stellkolben
- 11
- Kammer
- 12
- Kammer
- 13
- Stange
- 14
- Stellkolben
- 15
- Kammer
- 16
- Kammer
- 17
- Hydraulikleitung
- 18
- Hydraulikleitung
- 19
- Hydraulikleitung
- 20
- Hydraulikleitung
- 21
- Radträger
- 22
- Stellkolben
- 23
- Rückstellglied
- 24
- Rückstellglied
- 25
- Anschlussstück
- 26
- Anschlussstück
- 27
- Regelventil
- 28
- Kammer
- 29
- Kammer
- 30
- Kolbenstange
- A
- Richtung
- B
- Richtung
