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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Straßenfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 103 02 385 A1 sind für ein Straßenfahrzeug Dämpfungslager bekannt, die jeweils eine Stelleinrichtung zum Verändern der Dämpfungscharakteristik des Dämpfungslagers aufweisen. Hierzu umfasst das jeweilige Dämpfungslager eine Arbeitskammer, eine Ausgleichskammer, einen die Arbeitskammer mit der Ausgleichskammer hydraulisch koppelnden, mit einem Steuerglied gesteuerten Kopplungspfad und einen mit der Stelleinrichtung steuerbaren, das Steuerglied umgehenden Bypasspfad. Die Steuereinrichtung kann als elektromagnetischer Aktor ausgestaltet sein und nach Art eines Auf-Zu-Ventils arbeiten.
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Derartige Dämpfungslager können nun abhängig von unterschiedlichen Parametern hinsichtlich ihrer Dämpfungscharakteristik verändert werden. Bspw. kann es für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten erwünscht sein, das jeweilige Dämpfungslager „härter” einzustellen, um die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs zu verbessern. Hingegen kann es bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten erwünscht sein, die Dämpfungslager „weicher” einzustellen, bspw. um den Fahrkomfort des Fahrzeugs zu erhöhen.
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Da fortwährend hart eingestellte Dämpfungslager bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten für die Fahrdynamik vorteilhaft sind, können Unebenheiten bei hart eingestellten Dämpfungslagern in Verbindung mit hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten zu vergleichsweise starken Stößen führen, die über die hart eingestellten Dämpfungslager nur vergleichsweise geringfügig gedämpft zwischen den Fahrzeugkomponenten übertragen werden, die über das jeweilige Dämpfungslager aneinander abgestützt sind. Dies kann zu einem erhöhten Verschleiß der davon betroffenen Fahrzeugkomponenten führen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Straßenfahrzeug der eingangs genannten Art bzw. für ein zugehöriges Betriebsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen reduzierten Verschleiß auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Dämpfungscharakteristik der Dämpfungslager des Fahrzeugs abhängig von einem Fahrbahnhöhenverlauf dynamisch zu adaptieren. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Dämpfungslager beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten, wie z. B. Schlaglöcher oder Erhebungen, weicher einzustellen, um so die Dämpfung zu verbessern und die Stoßkraftübertragung zu reduzieren. Hierdurch kann die Stoßbelastung der mit Hilfe solcher Dämpfungslager gelagerten bzw. gehaltenen Komponenten reduziert werden, was auch zu einer Verschleißreduzierung führt.
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Das erfindungsgemäße Straßenfahrzeug umfasst hierzu eine Fahrbahnerkennungssensorik, die sich zum Ermitteln eines Fahrbahnhöhenverlaufs einer in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahn eignet. Ferner generiert diese Fahrbahnerkennungssensorik ein Fahrbahnsignal, das mit dem Fahrbahnhöhenverlauf korreliert. Ferner ist das Fahrzeug mit einer Steuereinrichtung ausgestattet, die einerseits mit der Fahrbahnerkennungssensorik und andererseits mit den Stelleinrichtungen der Dämpfungslager gekoppelt ist. Ferner ist die Steuereinrichtung so ausgestaltet bzw. programmiert, dass sie in Abhängigkeit der Fahrbahnsignale die jeweilige Stelleinrichtung zum Adaptieren der Dämpfungscharakteristik des jeweiligen Dämpfungslagers ansteuert. Je nach Anordnung der Dämpfungslager im Fahrzeug ist es dabei möglich, die einzelnen Dämpfungslager hinsichtlich ihrer Dämpfungscharakteristik einzeln, also individuell einzustellen oder gruppenweise einzustellen oder insgesamt einheitlich einzustellen.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest ein solches Dämpfungslager zur Abstützung von Längskräften zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Bestandteilen des Fahrzeugs ausgestaltet und angeordnet sein. Bspw. kann ein derartiges Dämpfungslager als sog. Zugstrebenlager ausgestaltet sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann zumindest ein solches Dämpfungslager als Motorlager zum Lagern eines Motorblocks an einem Fahrzeugaufbau oder als Getriebelager zum Lagern eines Getriebeblocks an einem Fahrzeugaufbau ausgestaltet und angeordnet sein.
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Vorzugsweise kann zumindest ein derartiges Dämpfungslager als hydrodynamisches Dämpfungslager und insbesondere als Hydrolager ausgestaltet sein. Hydrodynamische Dämpfungslager arbeiten mit einem hydraulischen Dämpfungsmittel, das innerhalb des Dämpfungslagers aufgrund der daran angreifenden Kräfte bewegt wird, wobei die Hydraulikmittelbewegung – je nach eingestellter Dämpfung – mehr oder weniger gedrosselt wird, was die zu übertragenden Kräfte dementsprechend mehr oder weniger dämpft.
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Bspw. kann zumindest ein solches Dämpfungslager eine Arbeitskammer, eine Ausgleichskammer, einen die Arbeitskammer mit der Ausgleichskammer hydraulisch koppelnden, mit einem Steuerglied gesteuerten Kopplungspfad und einen mit der Stelleinrichtung steuerbaren, das Steuerglied umgehenden Bypasspfad aufweisen. Als Dämpfungsmittel kommt hierbei bevorzugt ein Hydraulikmittel zum Einsatz, das über den Kopplungspfad und ggf. über den Bypasspfad von der Arbeitskammer in die Ausgleichskammer verdrängt wird, und umgekehrt.
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Beim erfindungsgemäßen Straßenfahrzeug können nun die Dämpfungslager hinsichtlich ihrer Dämpfungscharakteristik abhängig vom Fahrbahnhöhenverlauf eingestellt werden. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren ist es dabei möglich, anhand des ermittelten Fahrbahnhöhenverlaufs eine Fahrbahnqualität zu beurteilen. Bspw. kann eine hohe Fahrbahnqualität dann vorliegen, wenn der Fahrbahnhöhenverlauf keine oder nur wenige Hindernisse zeigt, wenn die Hindernisse nur geringfügige Niveauänderungen repräsentieren und wenn sich das Fahrbahnniveau nur geringfügig ändert. Eine derartige hohe Fahrbahnqualität liegt bspw. bei einer Bundesstraße oder einer Autobahn vor. Eine schlechte Fahrbahnqualität kann im Unterschied dazu anhand eines unruhigen Fahrbahnhöhenverlaufs mit Hindernissen identifiziert werden, die sich durch vergleichsweise starke, abrupte, Änderungen im Höhenverlauf charakterisieren. Eine schlechtere Fahrbahnqualität liegt bspw. bei Landstraßen oder Feldwegen oder innerhalb geschlossener Ortschaften vor.
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Da der ermittelte Fahrbahnhöhenverlauf somit eine Abschätzung der Fahrbahnqualität erlaubt, lassen sich erfindungsgemäß die Dämpfungslager abhängig von der Fahrbahnqualität hinsichtlich ihrer Dämpfungscharakteristik einstellen. Bspw. kann hierzu vorgesehen sein, das jeweilige Dämpfungslager mit zunehmender Fahrbahnqualität in Richtung härterer Dämpfung zu verstellen. Insbesondere im Bereich von Radaufhängungen bewirken härter eingestellte Dämpfungslager eine verbesserte Fahrdynamik.
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Die Stelleinrichtungen der Dämpfungslager können entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform außerdem in Abhängigkeit wenigstens eines weiteren Fahrzeugparameters angesteuert werden. Hierfür geeignete Fahrzeugparameter sind bspw. die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkungseinschlag, die Fahrzeugbeschleunigung. Durch die Berücksichtigung wenigstens eines weiteren Parameters lässt sich insbesondere die Fahrdynamik verbessern, wobei gleichzeitig verschleißerhöhende Zustände vermieden werden können. Bspw. ist es bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit nicht unbedingt erforderlich, bei hoher Fahrbahnqualität die Dämpfungslager hart einzustellen.
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Zweckmäßig kann die Steuereinrichtung, welche abhängig von den Fahrbahnsignalen die Fahrbahnqualität ermittelt, zumindest zwischen zwei unterschiedlichen Fahrbahnqualitäten unterscheiden. Die Steuereinrichtung differenziert dann zwischen einer guten Fahrbahn und einer schlechten Fahrbahn. Die Adaption der Dämpfungscharakteristiken bei den Dämpfungslagern erfolgt dann zweckmäßig statisch. Eine derartige statische Adaption beinhaltet, dass bei der Überwachung der Fahrbahnqualität zunächst abgewartet wird, ob eine geänderte Fahrbahnqualität über einen längeren Zeitraum, z. B. mehr als 10 Sekunden, vorliegt, bevor die Umschaltung der Dämpfungslager durchgeführt wird. Die Anpassung an die Fahrbahnqualität erfolgt dann nicht dynamisch, also nicht unmittelbar bei der Feststellung einer geänderten Fahrbahnqualität. Eine solch dynamische Anpassung erfolgt insbesondere innerhalb einer Zeitspanne, die kürzer als 1 Sekunde ist. Diese Strategie beruht auf der Erkenntnis, dass ein Fahrzeug nicht permanent zwischen unterschiedlichen Straßen, wie z. B. Autobahn, Bundesstraße, Landstraße, Feldweg, wechselt, sondern auf der jeweiligen Straße, der eine bestimmte Fahrbahnqualität zugeordnet werden kann, für einen längeren Zeitraum verbleibt.
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Besonders vorteilhaft ist dann eine Weiterbildung, bei welcher bei einer höheren Fahrbahnqualität eine statisch eingestellte härtere Dämpfung zum Überfahren singulärer Fahrbahnstörungen vorübergehend dynamisch weicher eingestellt wird. Diese Betriebsstrategie beruht auf der Überlegung, dass die statische Einstellung einer härteren Dämpfung beim Vorliegen einer höheren Fahrbahnqualität grundsätzlich für die Fahrzeugsicherheit und für die Fahrdynamik vorteilhaft ist. Allerdings können singuläre Störungen der hohen Fahrbahnqualität, wie z. B. auf der Fahrbahn liegende Gegenstände, beim Überfahren vergleichsweise starke Stöße erzeugen, die durch eine entsprechende dynamische Adaption der relevanten Dämpfungslager gedämpft werden können, um den Fahrkomfort und den Verschleiß der betroffenen Fahrzeugkomponenten zu reduzieren.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Straßenfahrzeugs,
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2 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines Dämpfungslagers,
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3 eine schaltplanartige Schaltungsstruktur.
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Entsprechend 1 umfasst ein Straßenfahrzeug 1, bei dem es sich bevorzugt um einen Personenkraftwagen handelt, zumindest ein Dämpfungslager 2. Im Beispiel der 1 sind rein exemplarisch mehrere derartige Dämpfungslager 2 vorgesehen.
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Gemäß 2 weist jedes Dämpfungslager 2 eine Stelleinrichtung 3 auf, mit deren Hilfe die Dämpfungscharakteristik des Dämpfungslagers 2 verändert werden kann. Ein exemplarischer Aufbau eines derartigen Dämpfungslagers 2 gemäß 2 wird weiter unten näher erläutert.
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Entsprechend 1 umfasst das Fahrzeug 1 außerdem eine Fahrbahnerkennungssensorik 4, mit deren Hilfe ein Fahrbahnhöhenverlauf einer Fahrbahn 5 ermittelt werden kann, die sich in einer durch einen Pfeil angedeuteten Fahrtrichtung 6 vor dem Fahrzeug 1 befindet. Die Fahrbahnerkennungssensik 4 arbeitet bspw. mittels Laser oder Radar oder Ultraschall oder dergleichen. In 1 sind entsprechende Abtaststrahlen 7 angedeutet, welche die Fahrbahn 5 vor dem Fahrzeug 1 abtasten, um so den Fahrbahnhöhenverlauf zu ermitteln. Die Fahrbahnerkennungssensorik 4 generiert nun abhängig vom ermittelten Fahrbahnhöhenverlauf Fahrbahnsignale, die mit dem Fahrbahnhöhenverlauf korrelieren. Diese Fahrbahnsignale werden über eine entsprechende Signalleitung 8 einer Steuereinrichtung 9 übermittelt. Dementsprechend weist das Straßenfahrzeug 1 auch eine derartige Steuereinrichtung 9 auf, die einerseits über die Signalleitung 8 mit der Fahrbahnerkennungssensorik 4 gekoppelt ist, während sie andererseits über entsprechende Steuerleitungen 10 mit den Stelleinrichtungen 3 der Dämpfungslager 2 gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung 9 kann die Stelleinrichtungen 3 zum Verändern der Dämpfungscharakteristik des jeweiligen Dämpfungslagers 2 betätigen. Sie ist ferner so ausgestaltet bzw. programmiert, dass sie in Abhängigkeit der Fahrbahnsignale die jeweilige Stelleinrichtung 3 zum Adaptieren der Dämpfungscharakteristik des jeweiligen Dämpfungslagers 2 ansteuert.
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Die Dämpfungslager 2 können innerhalb des Fahrzeugs 1 relativ zueinander bewegliche Komponenten oder Bestandteile des Fahrzeugs 1 aneinander abstützen. Bspw. sind in 1 die Dämpfungslager 2a, 2b und 2c zum Lagern bzw. Abstützen einer Motor-Getriebe-Einheit 11 an einem Fahrzeugaufbau 12 vorgesehen. Dabei stützt das Dämpfungslager 2a nur einen Motorblock 13 am Fahrzeugaufbau 12 ab und dient somit als reines Motorlager. Das Dämpfungslager 2c stützt nur einen Getriebeblock 14 am Fahrzeugaufbau 12 und dient als reines Getriebelager. Das Dämpfungslager 2b stützt sowohl den Motorblock 13 als auch den Getriebeblock 14 am Aufbau 12 ab und dient somit als kombiniertes Motor- und Getriebelager. Ferner können die Dämpfungslager 2d und 2e bspw. in eine Radaufhängung 15 (vordere Radaufhängung) bzw. 16 (hintere Radaufhängung) integriert sein und/oder als Zugstrebenlager ausgestaltet sein, um Längskräfte abzustützen.
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Entsprechend 2 handelt es sich bei den Dämpfungslagern 2 bevorzugt um hydrodynamische Dämpfungslager 2 bzw. um sogenannte Hydrolager. Ein derartiges Dämpfungslager 2 kann bspw. eine Arbeitskammer 17 und eine Ausgleichskammer 18 aufweisen, die jeweils mit einem hydraulischen Dämpfungsmittel gefüllt sind. Die beiden Kammern 17, 18 sind durch eine Trennplatte oder Trennwand 19 voneinander getrennt. Ein Kopplungspfad 20, der in der Trennwand 19 ausgebildet ist, führt zu einer hydraulischen Kopplung der beiden Kammern 17, 18. Ein Steuerglied 21, das hier als Drossel angedeutet ist, steuert den Kopplungspfad 20. Ferner ist ein Bypasspfad 22 vorgesehen, der den Kopplungspfad 20 bzw. dessen Steuerglied 21 umgeht und der mit Hilfe der Stelleinrichtung 3 steuerbar ist. Der Bypasspfad 22 führt ebenfalls zu einer hydraulischen Kopplung der beiden Kammern 17, 18. Mit Hilfe der Stelleinrichtung 3 kann der Bypasspfad 22 zumindest geöffnet und gesperrt werden. Eine elastische Membran 23 trennt die Ausgleichskammer 18 von einer Ausweichkammer 24, die bspw. über eine Öffnung 25 mit einer Umgebung 26 kommuniziert. Das Dämpfungslager 2 umfasst ein erstes Gehäuseteil 27 und ein zweites Gehäuseteil 28, die über einen Elastomerkörper 29 fest aneinander befestigt sind und durch die Elastizität des Elastomerkörpers 29 relativ zueinander beweglich sind. Diese Relativbewegungen variieren dann das Volumen der Arbeitskammer 17, was zu Verdrängungen des Hydraulikmittels zwischen den Kammern 17, 18 führt. Über die beiden Gehäuseteile 27, 28 ist das Dämpfungslager 2 mit den beiden relativ zueinander beweglichen Bestandteilen oder Komponenten des Fahrzeugs 1 verbunden, die mit Hilfe des Dämpfungslagers 2 aneinander abgestützt werden sollen.
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3 zeigt nun vereinfacht eine Schaltungsstruktur 30 zur Realisierung einer bevorzugten Betriebsweise für das Fahrzeug 1. Erkennbar sind die Fahrbahnerkennungssensorik 4, die Steuereinrichtung 9 und die Stelleinrichtungen 3, wobei rein exemplarisch vier derartige Stelleinrichtungen 3 angedeutet sind. Die Fahrbahnerkennungssensorik 4 ist über die Signalleitung 8 mit der Steuereinrichtung 9 verbunden. Die Steuereinrichtung 9 ist über die Steuerleitungen 10 mit den Stelleinrichtungen 3 der Dämpfungslager 2 verbunden. Darüber hinaus ist zumindest eine weitere Sensorik 31 angedeutet, die über eine weitere Signalleitung 32 wenigstens einen weiteren Fahrzeugparameter der Steuereinrichtung 9 zuführt. Hierbei kann es sich bspw. um die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, den aktuellen Lenkeinschlag, die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung bzw. die aktuelle Fahrzeugbremsung und dergleichen handeln.
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Die Fahrbahnerkennungssensorik 4 ermittelt den Fahrbahnhöhenverlauf und generiert dazu korrelierte Fahrbahnsignale, welche sie über die Signalleitung 8 der Steuereinrichtung 9 übermittelt. Die Steuereinrichtung 9 kann nun in Abhängigkeit der eingehenden Fahrbahnsignale die Federcharakteristika der Dämpfungslager 2 einstellen. Hierzu steuert die Steuereinrichtung 9 die zugehörigen Stelleinrichtungen 3 der Dämpfungslager 2 über die Steuerleitungen 10 entsprechend an. Bspw. kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 9 zunächst abhängig von den Fahrbahnsignalen eine Fahrbahnqualität ermittelt. Hierbei kann die Steuereinrichtung 9 zumindest zwischen zwei unterschiedlichen Fahrbahnqualitäten unterscheiden. Bspw. kann die Steuereinrichtung 9 zwischen einer guten Fahrbahn und einer schlechten Fahrbahn sowie optional zwischen einer normalen Fahrbahn unterscheiden. Die Steuereinrichtung 9 kann nun in Abhängigkeit der ermittelten Fahrbahnqualität die Dämpfungslager 2 einstellen. Zweckmäßig kann dabei vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 9 die jeweiligen Dämpfungslager 2 in Richtung einer härteren Dämpfung verstellt, wenn die Fahrbahnqualität zunimmt. Zweckmäßig erfolgt dabei die Adaption der Dämpfungslager 2 an die vorliegende Fahrbahnqualität statisch, um häufige Schaltvorgänge zu vermeiden. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 9 für die Ansteuerung der Stelleinrichtungen 3 zumindest einen weiteren Fahrzeugparameter berücksichtigen, den sie von der jeweiligen zusätzlichen Sensorik 31 erhält.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass eine abhängig von der Fahrbahnqualität statisch eingestellte Dämpfung vorübergehend dynamisch adaptiert wird, falls eine singuläre Fahrbahnstörung auftritt und überfahren werden soll. Bspw. kann sich das Fahrzeug 1 auf einer Autobahn mit vergleichsweise guter Fahrbahnqualität bewegen, was zweckmäßig dazu führt, dass die Steuereinrichtung 9, bspw. bei hinreichender Fahrzeuggeschwindigkeit, die entsprechenden Dämpfungslager 2 hinsichtlich einer härteren Dämpfung statisch einstellt. Hierzu kann beispielsweise der Bypasspfad 22 geschlossen werden. Erkennt nun die Fahrbahnsensorik 4 eine singuläre Fahrbahnstörung, z. B. ein Hindernis in Form eines Schlaglochs oder einer Erhebung, kann die Steuerung 9 die davon betroffenen Dämpfungslager 2 vorübergehend dynamisch zum Einstellen einer weicheren Dämpfung betätigen. Hierzu wird z. B. der Bypasspfad 22 vorübergehend geöffnet. Die Dynamik der Dämpfungsveränderung ist dabei zweckmäßig so gewählt, dass die geänderte, weiche Dämpfung im Wesentlichen nur solange vorherrscht, wie das Fahrzeug 1 benötigt, um die erkannte Fahrbahnstörung zu überfahren. Diese dynamische Adaption der Dämpfung ist nur vorübergehend, sodass nach dem Überfahren der Fahrbahnstörung wieder die statische Grundeinstellung, also die jeweilige härtere Dämpfung wieder eingestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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