DE102010037555A1

DE102010037555A1 - Zwischenwelle

Info

Publication number: DE102010037555A1
Application number: DE102010037555A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Ovalo GmbH
Current assignee: Ovalo GmbH
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: DE102010037555B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen aktiven Fahrwerkstabilisator (2), insbesondere einen Wank- oder Nickstabilisator, mit zumindest einem fahrsituationsabhängig drehend angetriebenen und mit zumindest einer Radaufhängung (4) verbundenen Übertragungsteil (3). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehmomentmessvorrichtung (7) zur Messung des auf das Übertragungsteil (3) wirkenden Drehmomentes vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen aktiven Fahrwerksstabilisator, insbesondere Wank- und/oder Nickstabilisator, mit zumindest einem fahrsituationsabhängig drehend angetriebenen und mit zumindest einer Radaufhängung verbundenden Übertragungsteil, insbesondere einer Drehstabfeder.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Aktuator für einen aktiven Fahrwerksstabilisator und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrwerkstabilisators.
Zur Verbesserung der Straßenlage werden bei Fahrzeugen Stabilisatoren eingesetzt, die zumeist Drehstabfedern aufweisen, wobei eine Federwirkung durch die Torsion der Drehstabfedern erreicht wird. Die Drehstabfedern können unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Oft sind sie im Querschnitt rund ausgebildet. An die Drehstäbe schließen sich zumeist Hebel an, die mit den Radaufhängungen, beispielsweise mit den Fahrzeug-Querlenkern, verbunden sind. Einem Wanken bei Kurvenfahrt wirken die Drehstabfedern durch elastische Torsion entgegen.
Bei aktiven Wankstabilisatoren werden die Drehstäbe in Abhängigkeit von der Fahrsituation aktiv gesteuert und mit Hilfe von Aktuatoren mit Drehmomenten beaufschlagt.
Beispielsweise ist aus DE 10 2005 031 036 A1 ein geteilter Kraftfahrzeugstabilisator bekannt. Der geteilte Kraftfahrzeugstabilisator besitzt einen eingebauten Schwenkmotor zur Wankregelung, der mindestens aus einem Verstellantrieb mit einem Elektromotor, einem Schwenkmotorgetriebe und mit einem Gehäuse besteht. Der Schwenkmotor ist zwischen den beiden Hälften des Kraftfahrzeugstabilisators angeordnet und dazu bestimmt, aufgrund einer geeigneten Ansteuerung, diese Stabilisatorhälften bedarfsgerecht gegeneinander zu verdrehen.
Auch aus DE 10 2008 048 950 A1 ist ein aktiver Wankstabilisator bekannt. Der Wankstabilisator weist einen druckmittelbetätigbaren Schwenkmotor auf. Der Schwenkmotor ist in einem geteilten Stabilisator angeordnet und verschwenkt die beiden Stabilisatorhälften zum Ausgleich von Fahrzeugbewegungen relativ zueinander.
Auch aus DE 10 2009 013 053 A1 ist ein Stabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges mit zumindest zwei Stabilisatorelementen bekannt, welche mittels zumindest eines elektromotorischen Aktuators zur Wankregelung verdrehbar sind und welche jeweils über zumindest eine Koppelstange mit dem Fahrwerk verbunden sind.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Stabilisatorsystemen erfolgt die Regelung der Aktuatoren auf der Basis der Messwerte von Fahrzeugsensoren, beispielsweise von Höhenstandsensoren.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen aktiven Fahrwerksstabilisator anzugeben, der eine verbesserte Regelgüte und eine verbesserte Robustheit des Regelsystems ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch einen aktiven Fahrwerksstabilisator gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Drehmomentmessvorrichtung zur Messung des auf das Übertragungsteil wirkenden Drehmomentes vorgesehen ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktuator für einen aktiven Fahrwerksstabilisator anzugeben, der eine einfachere und dennoch verbesserte Regelung erlaubt.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch einen Aktuator gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Aktuator eine Drehmomentmessvorrichtung aufweist, die ein auf die Abtriebswelle wirkendes Drehmoment ermittelt.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrwerkstabilisators anzugeben, das eine verbesserte Regelgüte ermöglicht und das besonders zuverlässig ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Fahrwerkstabilisator in Abhängigkeit des auf ein Übertragungsteil, das mit dem Fahrwerkstabilisator beeinflussbar ist und mit einer Radaufhängung verbunden ist, wirkenden Drehmomentes gesteuert und/oder geregelt wird.
Eine wesentliche Idee der vorliegenden Erfindung ist es, für die Steuerung bzw. Regelung eines Fahrwerkaktuators eine Regelgröße zu verwenden, die möglichst direkt eine Aussage über den aktuellen Fahrzustand des Fahrzeuges ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Idee, die Regelgröße direkt an dem Bauteil, nämlich dem Übertragungsteil, das einerseits mit einer Radaufhängung verbunden ist und andererseits von dem Fahrwerksstabilisator beeinflusst wird, zu messen.
Es ist demgemäß nicht mehr notwendig – aber zusätzlich möglich –, beispielsweise über Höhenstandssensoren oder andere externe Fahrzeugsensoren sekundäre Größen zu messen, zu deren Verwertung entsprechende Beobachtungsmodelle zugrundegelegt werden müssen. In erfindungsgemäßer Weise kann daher eine Steigerung der Regelgüte, der Regeldynamik und der Robustheit des Regelsystems erreicht werden. Es hat sich gezeigt, dass auch die Genauigkeit der aktiven Fahrwerkregelung deutlich steigt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen aktiven Fahrwerkstabilisators ist eine Regelungsvorrichtung vorgesehen, die einen das Übertragungsteil drehend antreibenden Aktuator in Abhängigkeit von gemessenen Drehmomentmesssignalen steuert und/oder regelt.
Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrwerkstabilisators ist vorgesehen, dass das Übertragungsteil Bestandteil einer Abtriebswelle des Aktuators, insbesondere eines Getriebes des Aktuators, ist. Beispielsweise kann das Übertragungsteil zweiteilig aufgebaut sein, wobei ein Teil die Abtriebswelle des Aktuators, insbesondere eines Getriebes des Aktuators, bildet.
Eine zweiteilige Ausführung des Übertragungsteils hat den Vorteil, dass die beiden Teile aus unterschiedlichen Materialien ausgeführt werden können. Beispielsweise kann die Abtriebswelle aus einem Material gefertigt sein, das eine besondere Drehmomentmessung erlaubt, während das Material des übrigen zweiten Teils andere Vorteile, wie beispielsweise besondere Feder- oder Torsionseigenschaften, aufweist.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform arbeitet die Drehmomentmessvorrichtung nach dem magnetostriktiven System. Hierbei kann vorgesehen sein, dass ein Bereich des Übertragungsteils magnetisch codiert ist. Üblicherweise muss dieser Codierungsprozess lediglich einmal durchgeführt werden, nämlich in der Regel vor dem endgültigen Einbau. Die Magnetisierung erfolgt dergestalt, dass durch ein einwirkendes Drehmoment und die damit einhergehende Torsion des magnetisch codierten Bereichs des Übertragungsteils eine Feldänderung von außen messbar wird. Zur Messung der Feldänderung werden vorteilhafterweise Magnetfeldsensoren eingesetzt, die in der Nähe der magnetisch codierten Region platziert sind. Von besonderem Vorteil ist bei dieser Art der Drehmomentmessung, dass die Magnetfeldsensoren das Übertragungsteil nicht berühren müssen, sodass dieses in jede Richtung frei rotieren kann. Um eine besonders genaue Messung zu erreichen, kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Bereiche des Übertragungsteils magnetisch codiert sind.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Übertragungsteil und/oder die Abtriebswelle zumindest in einem Abschnitt magnetostriktive Eigenschaften aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Übertragungsteil – zumindest in dem zu codierenden Bereich – aus ferromagnetischem Material besteht und/oder ferromagnetisches Material beinhaltet.
Bei einer Ausführungsform, die eine besonders genaue Messung des einwirkenden Drehmomentes erlaubt, ist vorgesehen, dass das Übertragungsbauteil und/oder die Abtriebswelle zumindest teilweise als Hohlwellen ausgebildet sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Übertragungsbauteil und/oder die Abtriebswelle im Bereich der Drehmomentmessvorrichtung als Hohlwellen ausgebildet sind. Durch eine möglichst dünnwandige Ausführung im Bereich des Drehmomentmesssystems wird eine große Torsionsverformung und damit eine große Auflösung erreicht.
Wie bereits erwähnt, kann das Übertragungsbauteil und/oder die Abtriebswelle teilweise aus einem magnetostriktiven Material und teilweise aus einem nicht-magnetostriktiven Material bestehen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ausschließlich der Bereich, in dem eine Drehmomentmessung stattfindet, aus magnetostriktiven Material besteht, während der übrige Bereich aus einem Material besteht, das andere vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der übrige Bereich teilweise aus Federstahl und/oder aus faserverstärktem, insbesondere glasverstärktem Kunststoff oder kohlefaserverstärktem Kunststoff, besteht.
Bei einer besonders kompakten Ausführungsform ist die Drehmomentmessvorrichtung in einem Aktuator und/oder in einem Aktuatorgehäuse angeordnet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Drehmomentmessvorrichtung zuverlässig vor Beschädigungen geschützt. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Drehmomentmessvorrichtung zumindest einen Magnetfeldsensor aufweist, der in einem Aktuator und/oder in einem Aktuatorgehäuse angeordnet ist.
Bei einer ganz besonders robusten und kompakt ausführbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen aktiven Fahrwerkstabilisators ist zumindest ein Sensor, insbesondere ein Magnetfeldsensor, vorgesehen, der in ein Lager, insbesondere in ein Gleitlager des Aktuators integriert ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Magnetfeldsensor Bestandteil eines Lagers des Aktuators ist. Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der zumindest eine Sensor in einer Tasche eines Lagers, insbesondere eines Gleitlagers, angeordnet.
Nach einem eigenständigen Gedanken der vorliegenden Erfindung kann der Fahrwerksstabilisator einen universell – insbesondere mit unterschiedlichen Übertragungsteilen – einsetzbaren Aktuator aufweisen. Es kann demgemäß in vorteilhafter Weise auch vorgesehen sein, dass ein separater Aktuator bereits eine Abtriebswelle beinhaltet, die mit einem übrigen Übertragungsteil zu einem vollständigen Übertragungsteil zusammengesetzt werden kann. Insbesondere kann bei einem solchen System die Abtriebswelle gewissermaßen als Zwischenwelle in dem Aktuator toleranzoptimiert gelagert und angebunden sein. Eine solche separate Aktuatorbaueinheit kann in erfindungsgemäßer, vorteilhafter Weise bereits die Drehmomentmessvorrichtung beinhalten. Zu diesem Zweck ist zumindest ein Teil der Abtriebswelle (Zwischenwelle) magnetisch codiert, sodass ein einwirkendes Drehmoment mit entsprechend platzierten Magnetfeldsensoren gemessen werden kann.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, andere Methoden zur Messung des einwirkenden Drehmomentes einzusetzen. Beispielsweise ist es auch möglich, ein Sensorelement zu verwenden, das optisch die Verdrehung von zwei mit entsprechenden Codes versehenen Scheiben auf einer Welle erkennt. Bei einer anderen Methode zur Messung des Drehmomentes erfolgt die Messwertaufnahme mittels Dehnungsmessstreifen (DMS) auf dem Übertragungsteil.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigt:
1 schematisch ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen aktiven Fahrwerkstabilisator.
1 zeigt ein Fahrzeug 1, das mit einem erfindungsgemäßen aktiven Fahrwerkstabilisator 2 ausgerüstet ist. Der Fahrwerkstabilisator 2 weist ein Übertragsteil 3 auf, das zwischen einer Radaufhängung 4 und einem Aktuator 5 angeordnet ist.
Das Übertragungsteil 3 ist derart mit dem Aktuator 5 wirkverkoppelt, dass der Aktuator das Übertragungsteil 3 drehen bzw. mit einem Drehmoment beaufschlagen kann. Der Aktuator 3 beinhaltet einen nicht dargestellten Antriebsmotor und ein nicht dargestelltes Getriebe. Das Übertragungsteil 3 ist zweiteilig aufgebaut, wobei ein Teil des Übertragungsteils 3 die Abtriebswelle des Getriebes des Aktuators 5 bildet und aus einem magnetostriktiven Material hergestellt ist. Der übrige Teil des Übertragungsteils 3 ist aus einem anderen Material, nämlich aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine progressive Federkennlinie aus, was deshalb von besonderem Vorteil ist, weil dieses Material sich bei ansteigender Torsion zunehmend steifer verhält.
Der Aktuator 5 beinhaltet einen Antriebsteil 6 und eine Drehmomentmessvorrichtung 7 zur Messung des auf das Übertragungsteil 3 wirkenden Drehmomentes.
Die Drehmomentmessvorrichtung erzeugt in Abhängigkeit von dem auf das Übertragungsteil wirkenden Drehmoment Messsignale, die – was durch den gewinkelten Pfeil angedeutet ist – an eine Regelungsvorrichtung 8 übertragen werden. Die Regelungsvorrichtung 8 nutzt diese Stellsignale für den Antriebsteil 6 des Aktuators 5 derart, dass einem Wanken und/oder Nicken des Fahrzeuges entgegengewirkt wird.
In der Figur ist nur beispielhaft ein aktiver Fahrwerkstabilisator für ein Rad des Fahrzeuges gezeigt. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der jedem Rad ein eigener aktiver Fahrwerkstabilisator zugeordnet ist. Hierbei kann jedoch in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Aktuatoren aufeinander abgestimmt geregelt und/oder gesteuert werden.
Es ist selbstverständlich auch möglich, den erfindungsgemäßen aktiven Fahrwerkstabilisator bei sogenannten geteilten Stabilisatoren einzusetzen, sodass pro Fahrzeugachse ein einziger Aktuator vorzusehen ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Aktiver Fahrwerkstabilisator
3: Übertragungsteil
4: Radaufhängung
5: Aktuator
6: Aktuatorantrieb
7: Drehmomentmessvorrichtung
8: Regelungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005031036 A1 [0005]
DE 102008048950 A1 [0006]
DE 102009013053 A1 [0007]

Claims

Aktiver Fahrwerksstabilisator (2), insbesondere Wank- und/oder Nickstabilisator, mit zumindest einem fahrsituationsabhängig drehend angetriebenen und mit zumindest einer Radaufhängung (4) verbundenden Übertragungsteil (3), insbesondere einer Drehstabfeder, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehmomentmessvorrichtung (7) zur Messung des auf das Übertragungsteil (3) wirkenden Drehmomentes vorgesehen ist.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungsvorrichtung (8) vorgesehen ist, die einen das Übertragungsteil drehend antreibenden Aktuator in Abhängigkeit von gemessenen Drehmomentmesssignalen steuert und/oder regelt.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsteil Bestandteil einer Abtriebswelle des Aktuators, insbesondere eines Getriebes des Aktuators, ist und/oder dass das Übertragungsteil zweiteilig aufgebaut ist, wobei ein Teil die Abtriebswelle des Aktuators, insbesondere eines Getriebes des Aktuators.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentmessvorrichtung nach dem magnetostriktiven System arbeitet.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsteil und/oder die Abtriebswelle zumindest in einem Abschnitt magnetostriktive Eigenschaften aufweisen.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsbauteil und/oder die Abtriebswelle zumindest teilweise als Hohlwellen ausgebildet sind und/oder dass das Übertragungsbauteil und/oder die Abtriebswelle im Bereich der Drehmomentmessvorrichtung als Hohlwellen ausgebildet sind.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsbauteil und/oder die Abtriebswelle teilweise aus einem magnetostriktiven Material und teilweise aus einem nicht-magnetostriktiven Material bestehen.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsbauteil (3) und/oder die Abtriebswelle teilweise aus Federstahl und/oder aus faserverstärktem, insbesondere kohle- oder glasfaserverstärktem Kunststoff, bestehen.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentmessvorrichtung (7) in einem Aktuator (5) und/oder in einem Aktuatorgehäuse angeordnet ist und/oder dass die Drehmomentmessvorrichtung (7) zumindest einen Magnetfeldsensor aufweist, der in einem Aktuator (5) und/oder in einem Aktuatorgehäuse angeordnet ist.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor, insbesondere ein Magnetfeldsensor, vorgesehen ist, der in ein Lager, insbesondere in ein Gleitlager des Aktuators (5), integriert ist und/oder Bestandteil eines Lagers, insbesondere Bestandteil eines Gleitlagers des Aktuators (5), ist.
Aktiver Fahrwerksstabilisator (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in einer Tasche eines Lagers, insbesondere eines Gleitlagers, angeordnet ist.
Aktuator (5) für einen Fahrwerksstabilisator (2), insbesondere einen Wank- und/oder Nickstabilisator, nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Aktuator (5) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (5) eine Drehmomentmessvorrichtung (7) aufweist, die ein auf die Abtriebswelle wirkendes Drehmoment ermittelt.
Aktuator (5) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentmessvorrichtung (7) nach dem magnetostriktiven System arbeitet.
Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrwerkstabilisators (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrwerkstabilisator (2) in Abhängigkeit des auf ein Übertragungsteil (3), das mit dem Fahrwerkstabilisator (2) beeinflussbar ist und mit einer Radaufhängung (4) verbunden ist, wirkenden Drehmomentes gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Drehmomentmessvorrichtung (7) Drehmomentmesssignale erzeugt werden, die direkt oder indirekt zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrwerkstabilisators (2) werden.