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Die Erfindung betrifft ein Drehfedersystem für eine Fahrzeugachse, insbesondere eine Hinterachse, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Ein solches Drehfedersystem kann bei einer aktiven Fahrwerksregelung eingesetzt werden, bei der jeder Radaufhängung einer Hinterachse jeweils ein Drehaktuator zugeordnet ist. Mit den beiden Drehaktuatoren der Fahrzeugachse können je nach Ansteuerung das Fahrzeugniveau und/oder Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeuges ausgeglichen werden.
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Aus der
DE 10 2007 007 214 A1 ist ein gattungsgemäßes Drehfedersystem für eine Fahrzeugachse bekannt. Der Radaufhängung für das linke Fahrzeugrad sowie der Radaufhängung für das rechte Fahrzeugrad ist jeweils ein Drehaktuator für eine solche Fahrwerksregelung zugeordnet. Jeder dieser Drehaktuatoren weist jeweils eine Motor-Getriebe-Einheit auf. Die in der Motor-Getriebe-Einheit erzeugten Drehmomente können über einen Torsionsstab sowie einen Abtriebshebel als Stellkräfte auf ein Radaufhängungselement übertragen werden. In dem Drehfedersystem wird die Federarbeit im Wechselspiel der Ein- und Ausfederbewegung des Fahrzeugrades aufgenommen beziehungsweise abgegeben. Gleichzeitig können mit Hilfe der Motor-Getriebe-Einheiten Momente überlagert werden, das heißt die Drehfederstäbe je nach Erfordernis aufgezogen oder entspannt werden. Durch das Vorhandensein der Tragfeder als eine Hauptfeder müssen mit den Drehaktuatoren nur anteilig Stellkräfte zur Radlaständerung gestellt werden. Es findet ständig eine Überlagerung der Federkräfte aus Hauptfeder und Drehfederstab statt. Somit können die in der Motor-Getriebe-Einheit erzeugten Drehmomente über den Lastpfad Motor/Getriebe/Drehfederstab/Abtriebshebel/Koppel/Radaufhängungselement/Fahrzeugrad letztlich als lineare Stellkräfte auf das Fahrzeugrad übertragen werden.
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In der
DE 10 2007 007 214 A1 sind die beiden Drehaktuatoren im Wesentlichen baugleich ausgeführt sowie spiegelsymmetrisch mit Bezug auf eine senkrechte Fahrzeugmittellängsebene eingebaut. Es muss daher in der Fahrzeugachse zwingend entsprechender Bauraum für die Drehaktuatoren an beiden Fahrzeugseiten bereitgestellt sein, wodurch sich Packageprobleme ergeben können.
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Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein Drehfedersystem für eine Fahrzeugachse bereitzustellen, bei der eine im Vergleich zum Stand der Technik flexiblere Anpassung an die baulichen Gegebenheiten in der Fahrzeugachse ermöglicht ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zwar oftmals ausreichend Bauraum auf einer Fahrzeugseite vorhanden ist, jedoch ausreichender Bauraum auf der anderen Fahrzeugseite fehlt. Vor diesem Hintergrund sind gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 die beiden Drehaktuatoren nicht mehr baugleich ausgeführt sowie spiegelsymmetrisch angeordnet. Vielmehr sind der erste und der zweite Drehaktuator unterschiedlich aufgebaut und am Fahrzeugaufbau befestigt: So ist die erste Motor-Getriebe-Einheit des ersten Drehaktuators bauteilsteif am Fahrzeugaufbau montiert und über eine erste Torsionsfeder (das heißt einen torsionsweichen Drehstab) mit vorgegebener Federkonstante mit dem Abtriebshebel verbunden. Die zweite Motor-Getriebe-Einheit ist dagegen gerade nicht bauteilsteif am Fahrzeugaufbau montiert, sondern über ein zweites Torsionsfederelement am Fahrzeugaufbau federnd nachgiebig abgestützt, und zwar in Richtung der wirkenden Torsionsmomente. Im Gegensatz zum ersten Drehaktuator ist außerdem beim zweiten Drehaktuator die Motor-Getriebe-Einheit nicht mehr torsionsweich, sondern vielmehr torsionssteif mit dem Abtriebshebel verbunden. Durch einen solchen Aufbau des Drehfedersystems ist eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich flexiblere Anordnung der Drehaktuatoren in der Fahrzeugachse ermöglicht.
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Das dem ersten Drehaktuator zugeordnete erste Torsionsfederelement und das dem zweiten Drehaktuator zugeordnete zweite Torsionsfederelement können bevorzugt eine identische Federkonstante aufweisen. Zudem können die beiden Torsionsfederelemente jeweils als torsionsweiche Drehstäbe (das heißt Torsionsstäbe) ausgeführt sein. Beispielhaft kann das erste Torsionsfederelement in einer Kraftflussrichtung nach der ersten Motor-Getriebe-Einheit sowie noch vor dem Abtriebshebel angeordnet sein. Dagegen kann das zweite Torsionsfederelement in einer Kraftflussrichtung vor der zweiten Motor-Getriebe-Einheit angeordnet sein.
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In diesem Fall kann ein Ausgangselement der ersten Motor-Getriebe-Einheit unter Zwischenschaltung des ersten Torsionsfederelementes torsionsweich mit dem Abtriebshebel verbunden sein. Das Ausgangselement der zweiten Motor-Getriebe-Einheit kann dagegen ohne Zwischenschaltung des zweiten Torsionsfederelementes torsionssteif mit dem Abtriebshebel verbunden sein.
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In einer technischen Realisierung kann das zweite Torsionsfederelement ein torsionsweicher Drehstab sein. Dieser kann mit einem Ende am Gehäuse der zweiten Motor-Getriebe-Einheit bauteilsteif angebunden sein und mit dem anderen Ende am Fahrzeugaufbau, etwa einem Hilfsrahmen, bauteilsteif abgestützt sein, etwa an einer Momentenstütze des Fahrzeugaufbaus.
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Für einen einfachen Aufbau des Drehfedersystemes ist es von Vorteil, wenn die erste und die zweite Motor-Getriebe-Einheit jeweils baugleich ausgeführt sind. Die beiden Motor-Getriebe-Einheiten können zudem gemeinsam in einer, zur senkrechten Fahrzeugmittelebene linken oder rechten Fahrzeughälfte angeordnet sein, sofern es aufgrund von geometrischen Gegebenheiten erforderlich ist. Für eine weitere Bauraumreduzierung kann es vorteilhaft sein, wenn die beiden Motor-Getriebe-Einheiten der Drehaktuatoren mit ihren Drehachsen achsparallel zueinander angeordnet sind. Zudem können die Drehachsen der Abtriebshebel und die Drehachsen der zugeordneten Motor-Getriebe-Einheiten jeweils koaxial zueinander angeordnet sein.
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Alternativ dazu kann die Drehachse des Abtriebshebels sowie die Drehachse einer zugeordneten Motor-Getriebe-Einheit nicht koaxial, sondern um einen Achsversatz voneinander beabstandet sein. In diesem Fall kann zur Überbrückung dieses Achsversatzes eine Getriebestufe vorgesehen werden, die zwischen der Motor-Getriebe-Einheit und dem Abtriebshebel angeordnet ist. Zudem können im Hinblick auf eine weitere Packageoptimierung die beiden Motor-Getriebe-Einheiten mit ihren Drehachsen um einen Winkel zur Fahrzeugquerrichtung schräggestellt sein.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer Ansicht von unten eine Fahrzeug-Hinterachse mit einem Drehfedersystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 ein Ersatzschaltbild des in der 1 gezeigten Drehfedersystems der Fahrzeug-Hinterachse;
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3 und 4 jeweils Ansichten entsprechend der 1 gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist in einer Ansicht von unten eine Hinterachse 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, die nur insoweit gezeigt ist, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die Hinterachse 1 weist einen Hilfsrahmen 5 auf, der aus Längsträgern 7 sowie aus vorderen und hinteren Querträgern 9 aufgebaut ist. Der Hilfsrahmen 5 ist Bestandteil des nur im Ersatzmodell der 2 angedeuteten Fahrzeugaufbaus 11 und in an sich bekannter Weise am Fahrzeugaufbau 11 angebunden.
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An den beiden Längsträgern 7 des Hilfsrahmens 5 sind für die Radaufhängung an den beiden Fahrzeugseiten jeweils untere Lenker 14, 16, 18 sowie obere Lenker 20, 22 in räumlich versetzter Anordnung über nicht dargestellte Lenkerlager angelenkt. Die Lenker 14 bis 22 erstrecken sich in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen bis zum Radträger 23, der jeweils ein rechtes/linkes Hinterrad 59 (nur in der 2 angedeutet) des Kraftfahrzeuges trägt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die beiden Hinterräder 59 durch eine Gelenkwelle 25 angetrieben, das in ein, am Hilfsrahmen 5 aufgehängtes, nur angedeutetes Hinterachs-Differenzial 26 geführt ist. Der oben beschriebene Aufbau der Fahrzeug-Hinterachse 1 ist mit Bezug auf eine vertikale Fahrzeugmittellängsebene 27 spiegelsymmetrisch ausgeführt.
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Wie aus der 1 weiter hervorgeht, sind an der Hinterachse 1 zwei Drehaktuatoren 29, 31 für eine aktive Fahrwerksregelung vorgesehen. Die beiden Drehaktuatoren 29, 31 sind aus Packagegründen unterschiedlich zueinander aufgebaut sowie mit Bezug zur Fahrzeugmittellängsebene 27 asymmetrisch positioniert.
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Der erste Drehaktuator 29 weist gemäß der 1 eine Motor-Getriebe-Einheit 33 auf. Die Motor-Getriebe-Einheit 33 ist mit ihrem Gehäuse 35 an der, in der 1 linken Fahrzeughälfte über Anbindungsstellen 37 bauteilsteif am vorderen Querträger 9 des Hilfsrahmens 5 angebunden. Aus der Motor-Getriebe-Einheit 33 ist ein torsionsweicher Drehstab 39 herausgeführt. Der torsionsweiche Drehstab 39 ist mit seinem einen Ende an einem Getriebeausgangselement 41 (nur in 1 angedeutet) angebunden und an seinem anderen Ende an einer Drehlagerstelle 43 drehbar gelagert, mit der eine Drehachse D1 des ersten Drehaktuators 29 definiert ist. Im Anschluss an die Lagerstelle 43 geht der Drehstab 39 in einen davon nach hinten abgewinkelten Abtriebshebel 45 über, der, etwa über eine nicht gezeigte Koppelstange, mit dem Lenker 20 der in der 1 rechts gezeigten Radaufhängung angelenkt ist.
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Der zweite Drehaktuator 31 weist ebenfalls eine Motor-Getriebe-Einheit 47 auf. Die zweite Motor-Getriebe-Einheit 47 ist im Gegensatz zur ersten Motor-Getriebe-Einheit 33 nicht bauteilsteif am Fahrzeugaufbau 26 angebunden. Am Gehäuse 49 der zweiten Motor-Getriebe-Einheit 47 ist ein als zweites Torsionsfederelement wirkender, torsionsweicher Drehstab 51 drehfest angebunden, der mit seinem gegenüberliegenden Ende an einer Momentenstütze 53 bauteilsteif am Fahrzeugaufbau 11 abgestützt ist. Der Abtriebshebel 57 ist über die Lagerstelle 43 drehbar gelagert. Die Motor-Getriebe-Einheit 47 ist daher über die Stützstellen bzw. Lagerstellen 53 43 gelagert.
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Der Torsionsstab 39 des ersten Drehaktuators 29 sowie der Torsionsstab 51 des zweiten Drehaktuators 31 weisen jeweils eine identische Federkonstante cF auf. Zudem ist das Gehäuse 49 der zweiten Motor-Getriebe-Einheit 47 an seiner gegenüberliegenden Stirnseite über eine Stirnradstufe 55 bauteilsteif mit dem Abtriebshebel 57 verbunden. Auf diese Weise kann die Drehachse A (1) des Abtriebshebels 57 um einen Achsversatz Δx von der Drehachse D2 des zweiten Drehaktuators 31 beabstandet werden.
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In der 1 sind die beiden Motor-Getriebe-Einheiten 33, 47 baugleich ausgeführt sowie mit ihren Drehachsen D1, D2 achsparallel sowie fluchtend in der Fahrzeuglängsrichtung x zueinander angeordnet.
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Im ersten Drehaktuator 29 ist also das Getriebeausgangselement 41 unter Zwischenschaltung des Torsionsstabes 39 torsionsweich mit dem linken Abtriebshebel 45 verbunden. Demgegenüber ist im zweiten Drehaktuator 31 das Getriebeausgangselement 41, ohne Zwischenschaltung eines Torsionsstabes, torsionssteif mit dem rechten Abtriebshebel 57 verbunden. Der Torsionsstab 39 ist daher in einer Kraftflussrichtung nach der ersten Motor-Getriebe-Einheit 33 sowie noch vor dem Abtriebshebel 45 angeordnet. Demgegenüber ist im zweiten Drehaktuator 31 der Torsionsstab 51 in einer Kraftflussrichtung vor der zweiten Motor-Getriebe-Einheit angeordnet, wie es in dem Ersatzmodell der 2 gezeigt ist.
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Die linksseitige und die rechtsseitige Radaufhängung weisen außerdem jeweils einen Stoßdämpfer 28 mit davon getrennter Tragfeder 30 auf, die in den Figuren lediglich angedeutet sind und jeweils am unteren Lenker 16 der Radaufhängungen angelenkt sind.
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Die Motor-Getriebe-Einheit kann beispielhaft aus einem Elektromotor mit einem hoch übersetzenden Getriebe (zum Beispiel einem Harmonic-Drive-Getriebe oder geschachtelten Planetenradsätze) zusammengesetzt sein.
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In der 2 ist in einem Ersatzschaltbild das Zusammenwirken der Federungsanordnung der Radaufhängungen der Hinterachse 1 gezeigt. Demzufolge sind zwischen dem Aufbau 11 des Kraftfahrzeuges und den beiden Hinterrädern 59 die parallel geschalteten Federsysteme (Tragfedern 30 und Torsionsstäbe 39, 51) wirksam, die die Gesamtfederrate bestimmen. Die Länge und die Auslegung der Torsionsstäbe 39, 51 bestimmen daher jeweils die Gesamttorsionssteifigkeit beziehungsweise die Federrate des Drehfedersystems.
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In den 1, 3 und 4 sind die beiden Motor-Getriebe-Einheiten 33, 47 jeweils um einen Querversatz Δy (4) von der Fahrzeugmittelebene 27 beabstandet.
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In der 3 ist eine weitere Fahrzeug-Hinterachse 1 gezeigt, deren Aufbau und Funktionsweise im Wesentlichen identisch mit der in der 1 gezeigten Hinterachse 1 ist. Im Unterschied zur 1 sind in der 3 jedoch die Motor-Getriebe-Einheiten 33, 47 mit ihren Drehachsen D1, D2 nicht fluchtend in Querrichtung y ausgerichtet, sondern vielmehr mit einem Spitzwinkel α zur Querrichtung y schräggestellt angeordnet. Durch diese Schräg-Anordnung kann auf der, in der 3 linken Fahrzeughälfte die Motor-Getriebe-Einheit 47 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne verlagert werden, wodurch der in der 1 gezeigte Achsabstand Δx zur Drehachse A des Abtriebshebels 45 überbrückt werden kann. Dadurch kann auf die Getriebestufe 55 (1) verzichtet und anstelle der Abtriebshebel 45 unmittelbar am Gehäuse 49 der zweiten Motor-Getriebe-Einheit 47 bauteilsteif angebunden werden.
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In der 4 ist ebenfalls eine in der Fahrzeugquerrichtung y fluchtend ausgebildete Parallel-Anordnung der beiden Motor-Getriebe-Einheiten 33, 47 mitsamt der Drehachsen D1, D2 gezeigt. Aufgrund der längsversetzten Anordnung der beiden Motor-Getriebe-Einheiten 33, 47 sind die jeweils zugeordneten Abtriebshebel 45, 57 mit unterschiedlicher Länge beziehungsweise Geometrie ausgeführt, um diesen Längsversatz auszugleichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007007214 A1 [0003, 0004]
