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Die Erfindung betrifft eine Federdämpfervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Steuern der Federdämpfervorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 7 und ein vorrichtungs- und/oder verfahrensgemäßes Kraftfahrzeug.
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Es ist bekannt, Luftfedern mit hydraulisch aktiv stellbaren Federdämpferelementen zu kombinieren. Dabei sind die Luftfeder und der hydraulische Aktor parallel zwischen eine Karosserie und ein Rad des Kraftfahrzeugs geschaltet, so dass diese gemeinsam zwischen der Karosserie und dem Rad auftretende Federdämpferkräfte aufbringen. Zusätzlich kann mittels des Aktors aktiv eine Stellkraft zwischen der Karosserie und dem Rad ausgeübt werden. Dazu ist dem hydraulischen Aktor eine hydraulische Energiequelle zugeordnet, mittels der eine für die hydraulische Stellkraft erforderliche Hilfsenergie bereitgestellt wird. Die
DE 10 2010 007 237 A1 betrifft ein Federungssystem für ein Fahrzeug, mit einem hydraulischen Aktor und einem Hydraulikfluid aufnehmenden Speicher, wobei zwischen Speicher und Aktor eine Motorpumpeeinheit angeordnet ist, die dazu befähigt ist, das Hydraulikfluid vom Aktor in den Speicher oder aus dem Speicher in den Aktor zu fordern. Es ist vorgesehen, dass die Motorpumpeeinheit durch eine Rechen-/Steuereinheit gesteuert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydraulisches aktives Stellen in Verbindung mit einer Luftfeder und einer kürzeren Zeitkonstante zu ermöglichen.
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Die Aufgabe ist bei einer Federdämpfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Luftfeder zum Übertragen einer Federkraft zwischen einer Karosserie und einem Rad des Kraftfahrzeugs, einem der Luftfeder mechanisch parallel geschalteten hydraulischen Aktor zum Übertragen einer hydraulischen Stellkraft zwischen der Karosserie und dem Rad des Kraftfahrzeugs und einer dem hydraulischen Aktor hydraulisch vorgeschalteten hydraulischen Energiequelle zum Bereitstellen einer für die hydraulische Stellkraft erforderlichen hydraulischen Hilfsenergie dadurch gelöst, dass die Luftfeder ein aktiv steuerbar variables, wirksames Luftvolumen aufweist. Unter einem wirksamen Luftvolumen der Luftfeder kann ein Luftvolumen verstanden werden, dessen Druck über eine entsprechende Druckfläche der Luftfeder die zwischen der Karosserie und dem Rad übertragbare Federkraft bewirkt. Dieses wirksame Luftvolumen ist grundsätzlich passiv variabel und ist von einer relativen Position des Rades zu der Karosserie abhängig. Im Unterschied dazu kann unter aktiv steuerbar variabel verstanden werden, dass das Luftvolumen unabhängig von dieser Relativbewegung veränderbar, also zusätzlich zu der passiven Veränderung aktiv gesteuert vergrößerbar oder verkleinerbar ist. Vorteilhaft kann dadurch eine Federkonstante der Luftfeder verändert werden. Insbesondere kann durch eine Verkleinerung des wirksamen Luftvolumens eine Verhärtung der Luftfeder erfolgen. Vorteilhaft kann dadurch ein zeitliches Übertragungsverhalten einer Stellbewegung des hydraulischen Aktors verkürzt werden, da dieser ein vergleichsweise kleineres Luftvolumen der Luftfeder überwinden muss. Vorteilhaft kann also bei einem identischen Volumenstrom eines entsprechenden Hydraulikfluids zum Aktivieren des hydraulischen Aktors entsprechend des insbesondere verkleinerten wirksamen Luftvolumens schneller die hydraulische Stellkraft aufgebaut werden. Vorteilhaft wird dazu auch weniger Hilfsenergie verbraucht, da zum Aufbauen der erforderlichen hydraulischen Stellkraft insgesamt ein kleineres Luftvolumen komprimiert werden muss. Außerdem folgt im instationären Fall, also beim Aufbauen der hydraulischen Stellkraft durch das Verkleinern des wirksamen Luftvolumens zusätzlich auch eine Versteifung der Luftfeder, so dass gegebenenfalls ein beginnendes Einfedern, also eine beginnende Bewegung der Karosserie hin zu dem Rad durch eine höhere Federkonstante der Luftfeder steif aufgefangen wird. Insgesamt ergibt sich so ein weniger bemerkbares Einschwingen in Verbindung mit einem aufgrund der hydraulischen Stellkraft einhergehenden Stellvorgang. Vorteilhaft kann so einerseits eine schnellere Horizontierung der Karosserie des Kraftfahrzeugs erfolgen und andererseits eine Versteifung des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs erfolgen, so dass grundsätzlich trotz des Einschwingvorgangs, der zum vollständigen Aufbauen der hydraulischen Stellkraft erforderlich ist, eine deutlich verringerte Wankbewegung und/oder Nickbewegung der Karosserie des Kraftfahrzeugs erfolgt. Vorteilhaft kann die hydraulische Energiequelle bei gleichbleibender Fahrstabilität schwächer ausgelegt oder ein Gewinn an Fahrstabilität erzielt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Federdämpfervorrichtung ist gemäß Anspruch 2 aufgebaut. Vorteilhaft kann es sich bei der Luftfeder um eine sogenannte Mehrkammerluftfeder mit zumindest zwei Luftkammern, der Tragluftkammer, die zum Bereitstellen beziehungsweise Bewirken der Federkraft dient und der Zusatzluftkammer, die bedarfsweise mit der Tragluftkammer verbindbar oder von dieser abtrennbar ist. Vorteilhaft kann so abhängig von der Erweiterung der Tragluftkammer um die Zusatzluftkammer ein insgesamt vergrößertes wirksames Luftvolumen geschaffen werden, was mit einer kleineren Federkonstante, also einer weicheren Federwirkung der Luftfeder einhergeht. Im anderen Fall kann bei abgetrennter Tragluftkammer eine Verhärtung der Luftfeder erreicht werden. Das Ventilorgan ist insbesondere als Absperrvenitil, insbesondere als 2/2-Wegeventil, insbesondere als 2/2-Wege-Proportionalventil ausgebildet. Insbesondere kann ein zwischen der Tragluftkammer und der Zusatzluftkammer überströmender Luftvolumenstrom geschaltet werden, insbesondere mittels des 2/2-Wege-Proportianalventils gesteuert werden, insbesondere zwischen 0 und 100%, wobei 0% einem geschlossenen Ventil und 100% einem gänzlich geöffneten Ventil, also einem maximalen Luftvolumenstrom beziehungsweise Überströmen entspricht. Das 2/2-Wegeventil, falls dieses als Proportionalventil ausgebildet ist, kann also beliebige Zwischenstellungen zwischen geschlossen und geöffnet einnehmen. Die Tragluftkammer weist grundsätzlich das wirksame Luftvolumen auf. Bei geöffnetem, zumindest teilweise geöffnetem, Ventilorgan, ist zusätzlich auch das mittels der Zusatzluftkammer abgegrenzte Volumen Teil des wirksamen, insbesondere ein Übertragungsverhalten, insbesondere eine Federrate, der Luftfeder bestimmenden wirksamen Luftvolumens.
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Vorteilhaft kann bei geschlossenem Ventilorgan die Verhärtung der Luftfeder und damit die Verkürzung der Zeitkonstante des von der hydraulischen Energiequelle bewirkten Stellvorgangs erreicht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Federdämpfervorrichtung ist gemäß Anspruch 3 aufgebaut. Vorteilhaft kann mittels jeder Flut ein Hydraulikvolumenstrom zum Bewirken der hydraulischen Stellkraft gefördert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Federdämpfervorrichtung ist gemäß Anspruch 4 aufgebaut. Vorteilhaft kann mittels des 2/3-Wegeventils ein Schluckvolumen der hydraulischen Energiequelle verändert werden. insbesondere kann eine hydraulische Übersetzung zwischen einem elektromotorischen Antrieb und einem Fördervolumenstrom der hydraulischen Energiequelle zum Bewirken der hydraulischen Stellkraft variiert beziehungsweise eingestellt werden. Insbesondere handelt es sich bei dem 2/3-Wegeventil um ein Proportional-2/3-Wegeventil, das Zwischenstellungen einnehmen kann, so dass insbesondere das hydraulische Übersetzungsverhältnis und/oder das Schluckvolumen der hydraulischen Energiequelle variabel zwischen einem ausschließlichen Betrieb der zweiten Flut und einem gemeinsamen Betrieb der ersten Flut und der zweiten Flut variierbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der hydraulischen Energiequelle um eine Hydraulikpumpe mit einem variablen Schluckvolumen beziehungsweise einer variabel einstellbaren hydraulischen Übersetzung, Insbesondere mit einstellbaren Schaufelgeometrien und/oder Ähnliches handeln. Vorteilhaft kann das Schluckvolumen beziehungsweise die hydraulische Übersetzung an eine Anforderung an die hydraulische Stellkraft angepasst werden. insbesondere kann zum Verbessern des zeitlichen Übertragungsverhaltens ein möglichst hohes Fördervolumen durch das Parallel schalten der ersten Flut und der zweiten Flut erreicht werden. Zum Erzielen einer möglichst hohen Druckdifferenz ist es möglich, die zweite Flut allein zu betreiben. Alternativ oder zusätzlich können die erste Flut und die zweite Flut derartig aufeinander abgestimmt sein, dass sich jeweils in einer Zugrichtung und in einer Druckrichtung des hydraulischen Aktors ein optimaler Wirkungsgrad des elektromotorischen Antriebs der Energiequelle ergibt. Insbesondere können die erste Hut und die zweite Flut derartig aufeinander abgestimmt sein, dass sich bezogen auf eine Drehzahl der elektromotorischen Antriebsquelle pro Umdrehung in der Zugrichtung und in der Druckrichtung jeweils ein identischer Stellweg des hydraulischen Aktors ergibt. Der hydraulische Aktor weist insbesondere einen innerhalb eines Arbeitszylinders verschieblich gelagerten Kolben auf, der den Arbeitszylinder in einen ersten Arbeitsraum, insbesondere Ringraum, und einen zweiten Arbeitsraum, insbesondere Druckraum, unterteilt. Der Ringraum wird von einer dem Arbeitskolben fest zugeordneten Kolbenstange durchdrungen und weist daher eine verringerte Wirkfläche im Vergleich zu dem Druckraum auf. Vorteilhaft kann das Verhältnis der Druckflächen des Ringraums und des Druckraums durch eine entsprechende Auslegung der ersten Flut und der zweiten Flut kompensiert werden, so dass sich abhängig von der Schaltstellung des 2/3-Wegeventils bei vorgegebener Drehzahl jeweils ein gleicher Stellweg des hydraulischen Aktors einstellt. Insbesondere sind die erste Flut und die zweite Flut in einer Druckrichtung parallel geschaltet. In einer Zugrichtung, also bei einem Befüllen des Ringraumes wird nur die zweite Flut verwendet, so dass ein dafür erforderlicher höherer Druck ohne eine Drehmomenterhöhung seitens der elektromotorischen Antriebsquelle erzielt werden kann.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Federdämpfervorrichtung ist gemäß Anspruch 5 aufgebaut. Unter abgesperrt kann verstanden werden, dass ein hydraulischer Einlass und/oder Auslass der ersten Flut für ein durch diese strömendes Hydraulikmedium fluiddicht abgesperrt ist. Dadurch kann vorteilhaft die erste Flut 45 bis auf eine gegebenenfalls auftretende geringe Leckage hydrodynamisch blockiert werden. Je nach Drehrichtung ergibt sich an der ersten Flut ein Unterdruck oder ein Überdruck. Vorteilhaft kann eine Richtung des Absperrens der ersten Flut derartig erfolgen, dass bei einer Einfederbewegung der Federdämpfervorrichtung ein Unterdruck an der ersten Flut auftritt und bei einer Ausfederbewegung der Federdämpfervorrichtung ein Überdruck. Vorteilhaft kann mittels des Überdrucks ein vergleichsweise großes Sperrmoment an der ersten Flut aufgebaut werden, das sich auch auf die zweite Flut aufgrund der drehfest mechanischen Kopplung überträgt. Vorteilhaft kann so in einer Notsituation, insbesondere einer stromlosen Situation, eine Blockierung der Federdämpfervorrichtung, insbesondere der hydraulischen Energiequelle, erfolgen. Insbesondere kann vorteilhaft aufgrund der Wahl der Richtung bewirkt werden, dass Einfederbewegungen, die sehr stark sind und einen Unterdruck von 0 unterschreiten würden, also Kavitäten in der ersten Flut verursachen, allenfalls zu einem tieferen Einfedern und dortigen blockieren der Federdämpfervorrichtung führen. Vorteilhaft kann dies in einem Notbetrieb hingenommen werden, wobei eine gegebenenfalls geringe Leckage an der ersten Flut ein zwar langsames, aber dennoch mögliches Ausfedern der Federdämpfervorrichtung bewirken kann. Vorteilhaft kann so eine Fahrdynamik trotz des stromlosen Notzustandes in einem sicheren Bereich gehalten werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Federdämpfervorrichtung ist gemäß Anspruch 6 aufgebaut. Vorteilhaft kann über das äußere Ventilorgan ein Ausgleich zwischen den wirksamen Luftvolumina der Luftfeder (7) und der weiteren Luftfeder (9) erfolgen. Dazu kann Luft zwischen diesen überströmen, so dass eine in diesen herrschende Druckdifferenz durch ein passives Überströmen ausgeglichen werden kann. Dies kann insbesondere am Ende einer Kurvenfahrt für ein schnelles Ausgleichen von Druckdifferenzen verwendet werden. Dazu kann kurzzeitig das äußere Ventilorgan geöffnet werden, so lange bis in den wirksamen Luftvolumina identische Drücke herrschen.
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Die Aufgabe ist außerdem bei einem Verfahren zum Steuern einer vorab beschriebenen Federdämpfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit Ermitteln einer einen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs beschreibenden Fahrzustandsgröße und Steuern der hydraulischen Energiequelle der Federdämpfervorrichtung in Abhängigkeit der Fahrzustandsgröße durch aktives Steuern des wirksamen Luftvolumens der Luftfeder in Abhängigkeit der Fahrzustandsgröße gelöst.
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Unter einem aktiven Steuern des wirksamen Luftvolumens kann verstanden werden, dass dieses unabhängig von einer Relativbewegung des Rades des Kraftfahrzeugs zu der Karosserie vergrößert und/oder verkleinert wird. Vorteilhaft kann dadurch eine Federsteifigkeit der Luftfeder in Abhängigkeit der Fahrzustandsgröße, insbesondere zum Horizontieren des Kraftfahrzeugs, eingestellt werden. Die Federdämpfervorrichtung ist wie vorab beschrieben ausgeführt, insofern ergeben sich durch das aktive Steuern die vorab beschriebenen Vorteile.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens wird gemäß Anspruch 8 durchgeführt. Vorteilhaft kann mittels des veränderten Schluckvolumens eine Übersetzung der hydraulischen Energiequelle eingestellt werden, so dass insbesondere auf eine Dynamik der Fahrzustandsgröße besser reagiert werden kann, insbesondere ein höherer Volumenstrom und/oder ein höherer Druck mittels der hydraulischen Energiequelle zum Bewirken der hydraulischen Stellkraft mittels des Aktors bereitgestellt werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens wird gemäß Anspruch 9 durchgeführt. Vorteilhaft kann zusätzlich ein Druck des wirksamen Luftvolumens der Luftfeder in Abhängigkeit der Fahrzustandsgröße verändert werden. Vorteilhaft kann dies insbesondere zum Horizontieren des Kraftfahrzeugs während länger anhaltenden Fahrmanövern, insbesondere längeren Bremsungen und/oder längeren Kurvenfahrten zum Entlasten der hydraulischen Energiequelle, insbesondere eines elektromotorischen Antriebs der hydraulischen Energiequelle, ausgenutzt werden. Vorteilhaft kann dadurch die hydraulische Energiequelle kleiner dimensioniert werden, wobei es dennoch nicht zu einer Überlastung und/oder Überhitzung kommen kann. Vorteilhaft kann alternativ oder zusätzlich zu dieser Maßnahme auch ein Verkleinern des wirksamen Luftvolumens erfolgen, so dass auch ein zeitliches Übertragungsverhalten zum Verändern des Drucks des wirksamen Luftvolumens vorteilhaft verkleinert werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens wird gemäß Anspruch 10 durchgeführt. Vorteilhaft kann mittels des Verbindens ein pneumatisches passives Überströmen von Luft zwischen den Luftvolumina erfolgen, wobei dadurch ein Verringern einer Druckdifferenz erfolgt. Insbesondere kann dies am Ende eines insbesondere längeren Kurvenmanövers erfolgen, um einen erhöhten Druck an einer kurvenäußeren Seite auf die kurveninnere Seite umzuleiten, die nach dem Ende des Manövers gegebenenfalls selbst zur äußeren Kurvenseite wird und dann einen erhöhten Druck benötigt. Vorteilhaft kann dadurch eine Verkürzung von Zeitkonstanten, insbesondere zum Horizontieren nach dem Wechsel eines Fahrmanävers, insbesondere einer Querbeschleunigung von der einen Seite zu einer anderen Seite des Kraftfahrzeugs, erfolgen. Die Luftfeder und die weitere Luftfeder können insbesondere auf einer linken Seite und auf einer rechten Seite des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das pneumatische Verbinden jedoch auch über Kreuz und/oder von vorne nach hinten beziehungsweise von hinten nach vorne erfolgen, insbesondere für ein Horizontieren während Beschleunigungs- und/oder Bremsmanövern des Kraftfahrzeugs.
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Die Aufgabe ist außerdem bei einem Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Federdämpfervorrichtung und/oder eingerichtet, ausgelegt, konstruiert zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens und/oder ausgerüstet mit einer Software zum Durchführen eines solchen Verfahrens gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Erfindung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Dabei zeigen:
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1 Eine schematische Ansicht einer Federdämpfervorrichtung mit einem hydraulischen Aktor und einer als Mehrkammerfeder ausgebildeten Luftfeder;
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2 Eine Federdämpfervorrichtung analog der in 1 gezeigten, wobei im Unterschied eine hydraulische Energiequelle zwei Fluten aufweist;
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3 Eine Federdämpfervorrichtung analog der in 2 gezeigten, wobei im Unterschied eine erste Flut der hydraulischen Energiequelle mittels eines 3/3-Wegeventils hydraulisch absperrbar ist;
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4 Eine schematische Ansicht mit zwei Federdämpfervorrichtungen analog der in 1 gezeigten Federdämpfervorrichtung, wobei wirksame Luftvolumina mittels eines 2/2-Wegeventils miteinander verbindbar sind;
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5 Ein Blockschaltbild zur Steuerung einer Federdampfervorrichtung, insbesondere einer Federdämpfervorrichtung analog der vorhergehenden Figuren; und
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6 Ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Federdämpfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt ein teilweise dargestelltes Kraftfahrzeug 1 mit einer Federdämpfervorrichtung 3. Die Federdämpfervorrichtung 3 ist zwischen eine Karosserie 13 und ein Rad 15 des Kraftfahrzeugs 1 geschaltet und dient zum Übertragen von Federdämpferkräften zwischen dem Rad 15 und der Karosserie 13, Die Federdämpfervorrichtung 3 weist eine Luftfeder 7 und einen dieser parallel wirkend angeordneten Aktor 19 auf. Die Luftfeder 7 und der hydraulische Aktor 19 sind also ebenfalls zwischen das Rad 15 und die Karosserie 13 des Kraftfahrzeugs 1 geschaltet. Die Luftfeder 7 überträgt zwischen dem Rad 15 und der Karosserie 13 eine Federkraft 11. Der hydraulische Aktor 19 überträgt zwischen dem Rad 15 und der Karosserie 13 eine hydraulische Stellkraft 21, insbesondere eine Federdämpferkraft. Der hydraulische Aktor 19 weist einen Hydraulikzylinder und einen innerhalb dieses Hydraulikzylinders verschieblich gelagerten Hydraulikkolben auf. Der Hydraulikkolben teilt den Arbeitszylinder in einen ersten Arbeitsraum, insbesondere Ringraum und einen zweiten Arbeitsraum, insbesondere Druckraum. Der erste Arbeitsraum, insbesondere Ringraum, wird von einer dem Arbeitskolben mechanisch fest zugeordneten Kolbenstange durchdrungen, wobei die Kolbenstange der Karosserie 13 des Kraftfahrzeugs 1 mechanisch zugeordnet ist und zum Übertragen der hydraulischen Stellkraft 21 dient. Der Arbeitszylinder ist mechanisch dem Rad 15 zugeordnet.
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Der hydraulische Aktor 19 beziehungsweise der erste Arbeitsraum und der zweite Arbeitsraum des hydraulischen Aktors 19 ist hydraulisch mit einer Hydraulikanordnung 105 verschaltet. Mittels der Hydraulikanordnung 105 kann der hydraulische Aktor 19 aktiv gestellt und/oder passiv gedämpft werden. Dazu weist die Hydraulikanordnung 105 eine dem ersten Arbeitsraum und dem zweiten Arbeitsraum parallel geschaltete hydraulische Energiequelle 23 auf. Die hydraulische Energiequelle 23 weist eine Hydraulikpumpe und einen Elektromotor zum Antreiben der Hydraulikpumpe auf. Zum Einspeisen einer hydraulischen Hilfsenergie 25 in den Aktor 19 zum Bewirken der Stellkraft 21 kann eine in 1 nicht näher dargestellte elektrische Energiequelle den Elektromotor 25 speisen, der über die Hydraulikpumpe die hydraulische Hilfsenergie 25 zur Verfügung stellt. Die hydraulische Energiequelle 23 ist bidirektional und insbesondere in einem Generatorbetrieb und einem Pumpbetrieb in zwei Richtungen betreibbar.
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Außerdem weist die Hydraulikanordnung 105 eine Zugventilanordnung 107 und ein Druckventilanordnung 109 auf. Die Zugventilanordnung 107 ist dem ersten Arbeitsraum und die Druckventilanordnung 109 dem zweiten Arbeitsraum vorgeschaltet. Jede der Ventilanordnungen 107 und 109 weist ein Drosselventil, insbesondere einstellbares Drosselventil, und diesem parallel geschaltetes Rückschlagventil, das in Richtung des jeweiligen Arbeitsraums öffnet, auf. Jeder der Ventilanordnungen 107 und 109 ist jeweils eine hydraulische Nachgiebigkeitsstelle 111, insbesondere ein hydropneumatischer Energiespeicher, vorgeschaltet. In einer passiven Betriebsweise wirkt dadurch die Hydraulikanordnung 105 zusammen mit dem Aktor 19 wie eine hydraulische Ein-Rohr-Federdämpfereinheit, wobei Dämpferenergie mittels der Drosselvorrichtungen beziehungsweise den Drosselventilen der Zugventilanordnung 107 und der Druckventilanordnung 109 wandelbar ist. Vorteilhaft kann dadurch eine in Wankbeziehungsweise Aufbaubewegungen der Karosserie 13 des Kraftfahrzeugs 1 enthaltene Energie zum Dämpfen der Aufbaubewegung in Wärmeenergie umgewandelt werden.
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Die Luftfeder 7 weist ein wirksames Luftvolumen 27 auf, des von einer Tragluftkammer 31 abgegrenzt wird. Das wirksame Luftvolumen 27 der Tragluftkammer 31 bewirkt die Federkraft 11.
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Vorteilhaft ist die Luftfeder 7 als Mehrkammerluftfeder ausgestaltet und weist neben der Tragluftkammer 31 noch eine Zusatzluftkammer 33 auf, die ein zuschaltbares Luftvolumen 37 abgrenzt. Zwischen die Zusatzluftkammer 33 und die Tragluftkammer 31 ist ein Ventilorgan 41 geschaltet. Das Ventilorgan 41 ist insbesondere als federrückgestelltes elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wege-Proportionalventil ausgeführt. Vorteilhaft können mittels des Ventilorgans 41 die Tragluftkammer 31 und die Zusatzluftkammer 33 wahlweise miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Vorteilhaft kann dadurch das wirksame Luftvolumen 27 um das zuschaltbare Luftvolumen 37 der Zusatzluftkammer 33 erweitert werden. Vorteilhaft kann dadurch eine Federkonstante der Luftfeder 7 eingestellt werden, insbesondere bei geschlossenem Ventilorgan 41 verhärtet und bei geöffnetem Ventilorgan 41 welcher gestellt werden.
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2 zeigt eine weitere Federdämpfervorrichtung 3 analog der in 1 gezeigten, wobei im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird.
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Im Unterschied zur Darstellung gemäß der 1 ist die hydraulische Energiequelle 23 als zweiflutig elektromotorisch angetriebene hydraulische Pumpe ausgeführt und weist entsprechend eine erste Flut 45 und eine zweite Flut 47 auf, die zusammen mit einem Elektromotor auf einer gemeinsamen Welle drehen.
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Die erste Flut 45 ist der zweiten Flut 47 mittels eines 2/3-Wegeventils in einer in 2 gezeigten ersten Schaltstellung hydraulisch parallel geschaltet. Das in 2 gezeigte 2/3-Wegeventil 49 ist als federrückgestelltes elektromagnetisch betätigbares Proportionalventil ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Ausführungsformen vorgesehen sein, insbesondere als Schaltventil. In einer zweiten Schaltstellung des 2/3-Wegeventils 49 ist die zweite Flut 47 kurzgeschlossen. Vorteilhaft können die erste Flut 45 und die zweite Flut 47 so ausgelegt sein, dass diese eine unterschiedliche Wirkfläche des ersten Arbeitsraums und des zweiten Arbeitsraums, die durch die eindringende Kolbenstange verursacht ist, kompensieren. Alternativ oder zusätzlich kann ein beliebiges anderes Verhältnis der ersten Flut 45 zu der zweiten Flut 47 vorgesehen sein, wobei mittels des 2/3-Wegeventils 49 ein hydraulisches Übersetzungsverhältnis der hydraulischen Energiequelle 23 einstellbar ist.
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3 zeigt eine weitere Federdämpfervorrichtung 3 analog der in den 1 und 2 gezeigten, wobei im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird.
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Im Unterschied zur Darstellung gemäß der 2 ist das 2/3-Wegeventil 49, das in 2 dargestellt ist, gemäß der Darstellung in 3 durch ein elektromagnetisch beidseitig betätigbares und beidseitig federrückgestelltes 3/3-Wege-Proportionalventil ersetzt. In einem stromlosen Zustand nimmt das 3/3-Wegeventil 63 eine dritte Schaltstellung ein, die in 3 gezeichnet ist. Die erste Schaltstellung und die zweite Schaltstellung des 3/3-Wegeventils 63 sind identisch mit der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung des in 2 gezeigten 2/3-Wegeventils 49. Insofern wird auf die Beschreibung der 2 verwiesen.
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Die in 3 gezeigte dritte Schaltstellung des 3/3-Wegeventils 63 dient vorteilhaft zum hydraulischen Absperren der zweiten Flut 47 der hydraulischen Energiequelle 23. Vorteilhaft ist dadurch die zweite Flut 47 hydraulisch blockiert und sperrt dadurch auch die erste Flut 45. Die in 3 gezeigte dritte Schaltstellung des 3/3-Wegeventils 63 dient vorteilhaft als Notabschaltung beziehungsweise Notstellung und verhindert ein hydraulisches Überströmen eines Hydraulikmediums zwischen der ersten Arbeitskammer und der zweiten Arbeitskammer des in 3 gezeigten Aktors 19 der Federdämpfervorrichtung 3. Vorteilhaft wirkt dieser dadurch wie eine passive Federdämpfervorrichtung. Außerdem ist vorteilhaft die erste Flut 45 in der dritten Schaltstellung des 3/3-Wegeventils 63 derartig einseitig abgesperrt, dass ein Ausfedern, also ein Vergrößern eines Abstandes des Rades 15 zu der Karosserie 13 ein Fördern des Hydraulikmediums in Richtung des abgesperrten 3/3-Wegeventils 63 bewirkt, also einen vergleichsweise hohen Druckaufbau. Das 3/3 Wegeventil 63 ist dazu zwischen die erste Flut 45 und den zweiten Arbeitsraum geschaltet. Vorteilhaft kann trotz vergleichsweise hoher Drücke das vorteilhafte Sperren der zweiten Flut 47 erfolgen. In umgekehrter Richtung, also bei einer Annäherung des Rades 15 an die Karosserie 13 können gegebenenfalls Kavitationen innerhalb der ersten Flut 45 auftreten, so dass diese trotz des abgesperrten Zustandes durchdreht. Vorteilhaft führt dies jedoch lediglich zu einem weiteren Einfedern der Federdämpfervorrichtung 3, was in einer Notsituation tolerierbar ist und eine Fahrstabilität tendenziell verbessert.
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4 zeigt die in 1 gezeigte Federdämpfervorrichtung 3, jedoch in einer Ausführung an einer linken Seite des Kraftfahrzeuges 1 und einer rechten Seite des Kraftfahrzeuges 1. Es ist also die Federdämpfervorrichtung 3 an der rechten Seite des Kraftfahrzeugs 1 und eine weitere Federdämpfervorrichtung 5 an der linken Seite des Kraftfahrzeugs 1 gezeigt. Die weitere Federdämpfervorrichtung 5 weist analog der Federdämpfervorrichtung 3 eine weitere Luftfeder 9 auf, die zwischen die Karosserie 13 und ein weiteres Rad 17 des Kraftfahrzeugs 1 geschaltet ist. Außerdem weist die weitere Federdämpfervorrichtung 5 einen weiteren Aktor 20 auf, der mittels einer eine weitere Hilfsenergie 26 umsetzenden weiteren hydraulischen Energiequelle 24 zum bewirken einer weiteren Stellkraft 22 stellbar ist. Entsprechend weist die weitere Luftfeder 9 ein weiteres wirksames Luftvolumen 29 auf, das von einer weiteren Tragluftkammer 32 eingeschlossen ist. Außerdem ist entsprechend über ein weiteres Ventilorgan 43 ein weiteres zuschaltbares Luftvolumen 39 vorgesehen, das von einer weiteren Zusatzluftkammer 35 eingeschlossen ist.
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Vorteilhaft sind das wirksame Luftvolumen 27 der Luftfeder 7 und das weitere wirksame Luftvolumen 29 der weiteren Luftfeder 9 über ein äußeres Ventilorgan 51 miteinander verschaltet. Das äußere Ventilorgan 51 ist als elektromagnetisch betätigbares, federrückgestelltes 2/2-Wege-Proportionalventil ausgeführt und dient dazu, wahlweise die Tragluftkammer 31 mit der weiteren Tragluftkammer 32 pneumatisch zu verbinden oder voneinander abzutrennen. Vorteilhaft können Druckverhältnisse in den wirksamen Luftvolumina 27 und 29 mittels einer nicht näher dargestellten pneumatischen Energiequelle, insbesondere eines Kompressors, mittels einer ebenfalls nicht näher dargestellten Steuervorrichtung separat beeinflusst werden. Es ist also möglich, zwischen den wirksamen Luftvolumina 27 und 29 der Federdämpfervorrichtungen 3 und 5 unterschiedliche Drücke beziehungsweise eine Druckdifferenz einzustellen. Dies ist beispielsweise während einer länger andauernden Kurvenfahrt zum Horizontieren der Karosserie 13 sinnvoll. Vorteilhaft ist an einem Ende eines solchen Fahrmanövers, bei dem an einer kurvenäußeren Seite ein höherer Druck in der entsprechenden der Tragluftkammern 31, 32 auftritt als in der kurveninneren Seite, mittels eines Öffnens des äußeren Ventilorgans 51 ein schneller Druckausgleich möglich, so dass einer starken Wankbewegung aufgrund eines Nulldurchgangs eines mit einem Wechsel der Kurvenrichtung einhergehenden Nulldurchgangs einer Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 1 schnell begegnet werden kann. Vorteilhaft muss ein entsprechender Druckaufbau auf der nun kurvenäußeren Seite nicht nur mittels der pneumatischen Energiequelle erfolgen. Vorteilhaft kann dies zumindest teilweise mittels der überströmenden Luft über des äußere Ventilorgan 51 erfolgen.
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5 zeigt ein Blockschaltbild zum Steuern einer Federdämpfervorrichtung 3, insbesondere einer Federdämpfervorrichtung 3 analog der in den 1 bis 3 gezeigten, insbesondere in einer Zusammenschaltung entsprechend der 4.
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Auf das Kraftfahrzeug 1 wirkt eine Störgröße 73, insbesondere hervorgerufen durch eine Kurvenfahrt, insbesondere durch eine Kurvenfahrt mit wechselnden Querbeschleunigungen, also beispielsweise eine Linkskurve, gefolgt durch eine Rechtskurve oder umgekehrt. Insbesondere kann es sich bei der Störgröße auch um eine Längsbeschleunigung, insbesondere ein Beschleunigen, gefolgt von einem Bremsen oder umgekehrt, handeln. Die Störgröße 73 führt zu einer Aufbaubewegung der Karosserie 13 des Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist dementsprechend einen Fahrzustand 53 auf. Der Fahrzustand 53 wird über eine Messstrecke 67 gemessen und führt als Ausgangsgröße der Messstrecke 67 zu einer Fahrzustandsgröße 55. Die Fahrzustandsgröße 55 dient als Eingangsgroße einer Steuerung 65. Als weitere Eingangsgröße erhält die Steuerung 65 eine Sollgröße 69. Insbesondere wird ein Vergleich der Fahrzustandsgröße 55 mit der Sollgröße 69 vorgenommen. Bei der Sollgröße 69 kann es sich um eine Mehrgrößengröße handeln, insbesondere um eine Lage der Karosserie 13 relativ zu einer Fahrbahn, insbesondere für eine Horizontierung der Karosserie 13, Als Reaktion auf die Fahrzustandsgröße 55, insbesondere den Vergleich der Fahrzustandsgröße 55 mit der Sollgröße 69 erzeugt die Steuerung 65 einen Steuervektor 71, der auf die Federdämpfervorrichtung 3, insbesondere die Federdämpfervorrichtung 3 und die weitere Federdämpfervorrichtung 5 wirkt, wobei die Federdämpfervorrichtungen 3 und/oder 5 als Stellglieder auf das Kraftfahrzeug 1 wirken. Gemäß der Darstellung der 5 wirkt der Steuervektor 71 insgesamt auf fünf einzelne Steuerglieder, nämlich auf die erste Flut 45 und die zweite Flut 47, insbesondere auf das 2/3-Wegeventil 49, wie in 2 dargestellt und/oder das 3/3- Wegeventil 63, wie in 3 dargestellt, auf die wirksamen Luftvolumina 27 und/oder 29, insbesondere auf einen Luftdruck der Luftvolumina 27 und/oder 29, auf des äußere Ventilorgan 51 zum Verbinden der wirksamen Luftvolumina 27 und 29, auf die Aktoren 19 und/oder 20, insbesondere die diesen vorgeschalteten hydraulischen Energiequellen 23 und/oder 24 und die Ventilorgane 41 und/oder 43. Insbesondere wirkt der Steuervektor 71 auf die wirksamen Luftvolumina 27 und/oder 29 über die in den 1 bis 4 nicht näher dargestellten beziehungsweise dargestellten pneumatischen Energiequellen zum Einstellen einer Druckdifferenz in den wirksamen Luftvolumina 27 und/oder 29. Als Ausgangsvektor weisen die Stellglieder die pneumatischen Federkräfte 11 und/oder 12 sowie die hydraulischen Stellkräfte 21 und/oder 22 auf, die auf das Kraftfahrzeug 1, insbesondere auf eine Aufbaubewegung des Kraftfahrzeugs 1 wirken.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Federdämpfervorrichtungen 3 und/oder 5, wie in den 1 bis 4 gezeigt. In einem ersten Schritt 75 wird der Fahrzustand 53 beziehungsweise daraus abgeleitet die Fahrzustandsgröße 55 ermittelt. In einem zweiten Schritt 77 wird die Fahrzustandsgröße 55 analysiert und für diese eine Bedingung 91 formuliert. Bei der Bedingung 91 handelt es sich insbesondere um eine Mehrfachbedingung, die zumindest eine der im Folgenden beschriebenen Einzelbedingungen aufweist. Eine erste Teilbedingung 93 weist einen Schwellwert für eine Beschleunigungsstärke auf. Eine zweite Teilbedingung 95 weist einen Kurvenbeginn und/oder Kurvenrichtung beziehungsweise einen vorhandenen Anstieg und ein Vorzeichen einer Querbeschleunigung auf. Falls die erste Teilbedingung 93 und die zweite Teilbedingung 95 erfüllt sind, wird in einem dritten Schritt 79 das Ventilorgan 41 geschlossen, um die Federdämpfervorrichtung 3 und/oder 5, je nachdem, welche kurvenaußen liegt, zu schließen.
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Eine dritte Teilbedingung 97 weist eine Richtung einer Aufbaubewegung, also einer Relativbewegung der Karosserie 13 zu dem Rad 15 auf. Abhängig von der ermittelten Richtung wird in einem vierten Schritt 81 mittels einer entsprechenden Betätigung des 2/3-Wegeventils 49 oder des 3/3-Wegeventils 63 in die erste oder zweite Schaltstellung ein Schluckvolumen 57 der hydraulischen Energiequelle 23 derartig angepasst, dass ein Fördern in den ersten Arbeitsraum beziehungsweise Ringraum nur mit der zweiten Hut 47 und ein Fördern in Richtung des Druckraums gemeinsam mit der ersten Flut 45 und der zweiten Flut 47 erfolgt. Vorteilhaft kann dadurch ein Wirkungsgrad der hydraulischen Energiequelle 23 auf die unterschiedlichen Wirkflächen des Aktors 19 abgestimmt und damit optimiert werden.
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Eine vierte Teilbedingung 99 der Bedingung 91 weist eine Dauer eines Kurvenfahrmanövers, insbesondere der Querbeschleunigung und gefolgt von dieser die fünfte Teilbedingung die Stärke der Querbeschleunigung auf. Falls gemäß den Teilbedingungen 99 und 101 eine gewisse Dauer überschritten und eine gewisse Stärke der Querbeschleunigung erreicht ist, erfolgt in einem fünften Schritt 83 eine Betätigung der pneumatischen Energiequelle 23 zum Einstellen von unterschiedlichen Drücken in den Tragluftkammern 31 und/oder 32 beziehungsweise zum Einstellen einer Druckdifferenz zwischen den Tragluftkammern 31 und 32 der Luftfedern 7 und 9, wobei ein Vorzeichen der Druckdifferenz von einem Vorzeichen der Querbeschleunigung abhängt. Die Druckdifferenz wirkt horizontierend auf die Karosserie 13. Vorteilhaft kann dadurch eine Horizontierung der Karosserie 13 und eine Entlastung der hydraulischen Energiequelle 23 zum Erzeugen der hydraulischen Stellkraft 21 erreicht werden. Vorteilhaft kann die hydraulische Stellkraft 21 durch eine entsprechend erhöhte und/oder verringerte Federkraft 11 und/oder 12 ersetzt werden.
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In einer sechsten Teilbedingung 103 wird das Ende einer Querbeschleunigung, insbesondere ein Wechsel einer Richtung der Querbeschleunigung, also eine Kurvenfahrt nach links, die abrupt in eine Kurvenfahrt nach rechts oder umgekehrt, übergeht, ermittelt. Falls dies der Fall ist und entsprechend des fünften Schrittes 83 die Druckanpassung eines Drucks 59 in der Tragluftkammer 31 und eines weiteren Drucks 61 in der weiteren Tragluftkammer 32 erfolgt ist, wird, sobald der Wechsel der Querbeschleunigungen gemäß der sechsten Bedingung 103 erkannt ist in einem sechsten Schritt 85 das äußere Ventilorgan 41 geöffnet, insbesondere für eine vorgegebene Zeitspanne geöffnet, so dass die Druckdifferenz der Tragluftkammern 31 und 32 ausgeglichen werden kann. Dieser Druckausgleich erfolgt in einem siebten Schritt 87. Sobald der Druckausgleich gemäß des siebten Schritts 87 erfolgt ist, also eine ausreichende Menge Luft zwischen den Tragluftkammern 31 und 32 über das äußere Ventilorgan 51 übergeströmt ist, wird in einem achten Schritt 89 das äußere Ventilorgan 51 wieder geschlossen, wobei entsprechend der vierten Teilbedingung 99 und der fünften Teilbedingung 101 erneut der fünfte Schritt 83, also das Druckanpassen der Drücke 59 und 61 erfolgen kann.
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Zusammenfassend kann vorteilhaft die Luftfeder 7 und/oder 9 bei verbundenen Tragluftkammern 31 und/oder 32 mit den Zusatzluftkammern 33 und/oder 35 vergleichsweise komfortabel ausgelegt werden und bei abgetrennter Zusatzluftkammer 33 und/oder 35 die Aktivierungsdynamik des Aktors 19 und/oder 20 verbessert werden, wobei vorteilhaft zum Erzeugen eines vergleichsweise hohen Aktivierungsdrucks ein besonders guter Wirkungsgrad der hydraulischen Energiequelle 23 möglich ist. Vorteilhaft kann trotz der unterschiedlichen Wirkflächen des Aktors 19 und/oder 20, der nach einem Einrohrdämpferprinzip aufgebaut ist, eine Anpassung erforderlicher Fördervolumina und/oder Drücke erfolgen.
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Zu Beginn einer scharfen Kurvenfahrt kann vorteilhaft die Luftfeder 7 und/oder 9 auf hart gestellt werden, wobei vorteilhaft geringere Dynamikanforderungen an die hydraulische Energiequelle 23 gestellt werden können. Bei einer länger anhaltenden scharfen Kurvenfahrt wird über die pneumatische Energiequelle 23, insbesondere einen Luftfederkompressor, kurvenaußen der Druck 59 und/oder 61 zunehmend erhöht, wobei kurveninnen der Druck 59 und/oder 61 zunehmend abgesenkt wird, wodurch vorteilhaft eine Entlastung der hydraulischen Energiequelle 23 möglich ist, insbesondere eine Abschaltung wegen einer Überhitzung eines Elektromotors der hydraulischen Energiequelle 23 vermieden werden kann. Vorteilhaft kann bei einem Stromausfall die Federdämpfervorrichtung 3 und/oder 5 auf hart gestellt werden. Es ergibt sich eine bauraumneutrale, energiesparende, leistungssteigernde Aktivierung der Federdämpfervorrichtung 3 und/oder 5, wobei die hydraulische Energiequelle 23 leistungsschwächer und damit günstiger auslegbar ist und im Falle eines Stromausfalls und/oder ausgefallener hydraulischer Energiequelle 23 die Federdämpfervorrichtung 3 und/oder 5 in Verbindung mit hart gestellter Zugventilanordnung 107 und/oder Druckventilanordnung 109 das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 stabilisiert werden können. Insgesamt ergibt sich ein verringerter Bauraumaufwand.
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Gemäß der Darstellung der 2 ist eine Grundstellung des 2/3-Wegeventils 49 so gewählt, dass in einem stromlosen Zustand des 2/3-Wegeventils 49 eine maximale Pumpendynamik gegeben ist. Gemäß der Darstellung der 3 kann in einem stromlosen Zustand vorteilhaft die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs 1 dadurch stabilisiert werden, dass die Luftfeder 7 und/oder 9 auf hart gestellt wird, insbesondere in Verbindung mit hart gestellter Zugventilanordnung 107 und/oder Druckventilanordnung 109 sowie geschlossenem 3/3-Wegeventil 63 zum Blockieren der ersten Flut 45 und damit der mitdrehenden zweiten Hut 47. Gemäß der Darstellung der 4 kann vorteilhaft nach einer längeren scharfen Kurvenfahrt mit kurvenaußen erhöhtem und kurveninnen abgesenktem Druck 59 und 61 statt einer langsamen radeinzelnen Drucksteigerung und/oder Druckablassen eine Druckdifferenz durch Öffnen, insbesondere durch achsweises Öffnen des äußeren Ventilorgans 51 schnell und energiesparend ausgeglichen werden, wobei sich vorteilhaft eine Steigerung der Aktivierungsdynamik nach der lang anhaltenden Kurvenfahrt sowie eine kostengünstige, kompakte, energiesparende Lösung ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 3
- Federdämpfervorrichtung
- 5
- weitere Federdämpfervorrichtung
- 7
- Luftfeder
- 9
- Luftfeder
- 11
- Federkraft
- 12
- Federkraft
- 13
- Karosserie
- 15
- Rad
- 17
- weiteres Rad
- 19
- hydraulischer Aktor
- 20
- weiterer Aktor
- 21
- hydraulische Stellkraft
- 22
- weitere Stellkraft
- 23
- hydraulische Energiequelle
- 25
- hydraulische Hilfsenergie
- 27
- wirksames Luftvolumen
- 29
- weiteres wirksames Luftvolumen
- 31
- Tragluftkammer
- 32
- weitere Tragluftkammer
- 33
- Zusatzluftkammer
- 35
- weitere Zusatzluftkammer
- 37
- zuschaltbares Luftvolumen
- 39
- weiteres zuschaltbares Luftvolumen
- 41
- pneumatisches Ventilorgan
- 43
- weiteres Ventilorgan
- 45
- erste Flut
- 47
- zweite Flut
- 49
- 2/3-Wegeventil
- 51
- äußeres Ventilorgan
- 53
- Fahrzustand
- 55
- Fahrzustandsgröße
- 57
- Schluckvolumen
- 59
- Druck
- 61
- weiterer Druck
- 63
- 3/3-Wegeventil
- 65
- Steuerung
- 67
- Messstrecke
- 69
- Sollgröße
- 71
- Steuervektor
- 73
- Störgröße
- 75
- erster Schritt
- 77
- zweiter Schritt
- 79
- dritter Schritt
- 81
- vierter Schritt
- 83
- fünfter Schritt
- 85
- sechster Schritt
- 87
- siebter Schritt
- 89
- achter Schritt
- 91
- Bedingung
- 93
- erste Teilbedingung
- 95
- zweite Teilbedingung
- 97
- dritte Teilbedingung
- 99
- vierte Teilbedingung
- 101
- fünfte Teilbedingung
- 103
- sechste Teilbedingung
- 105
- Hydraulikanordnung
- 107
- Zugventilanordnung
- 109
- Druckventilanordnung
- 111
- hydraulische Nachgiebigkeitsstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010007237 A1 [0002]
