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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stoßdämpfer für ein Fahrzeug, auf eine Vorrichtung zum Regeln eines Stoßdämpfers für ein Fahrzeug, auf ein Verfahren zum Regeln eines Stoßdämpfers für ein Fahrzeug sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Im Fahrzeugbereich gibt es seit längerer Zeit Bremsregelsysteme wie ABS (Anti-Blockier-System) und ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm), die dafür sorgen, dass das Fahrzeug bei bestmöglicher Bremsverzögerung dennoch lenkbar ist und stabil in der Spur bleibt.
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Vor Kurzem in Serie gegangen sind Systeme, die mittels Umfeldsensierung einen unvermeidbaren Aufprall schon im Vorfeld erkennen und einen automatischen Bremseingriff einleiten.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Stoßdämpfer für ein Fahrzeug, eine Vorrichtung zum Regeln eines Stoßdämpfers für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Regeln eines Stoßdämpfers für ein Fahrzeug sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der Einsatz eines steuerbaren Ventils für die Druckregulation in einem Dämpfersystem ermöglicht eine zeitliche Steuerung der Reifenaufstandskraft eines zugeordneten Fahrzeugrades. Ein gemäß dem hier vorgestellten Konzept realisierter Gasgenerator kann einen Hochdruckspeicher und ein steuerbares Ventil umfassen.
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Ein mit einem erfindungsgemäßen Gasgenerator ausgestatteter Stoßdämpfer kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass ein Regler für den Gasmassenstrom im Dämpfer optimal mit Algorithmen von Bremsregelsystemen des Fahrzeugs wie ABS und ESP abgestimmt werden kann.
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Durch die steuerbare Einleitung des Gas-Massestroms in den Dämpfer können eine Zeitdauer und ein Druckniveau eines erhöhten Drucks und damit einer erhöhten Rad- bzw. Reifenaufstandskraft optimal geregelt werden. Eine so ermöglichte exakte Regelung der Druckkurve erlaubt eine maximale Erhöhung der Radaufstandskraft, ohne dass nach der Erhöhung die Radaufstandskraft auf ein Niveau kleiner als das der Gewichtskraft reduziert wird. Durch eine vorteilhafte Synchronisation der Druckerhöhung im Dämpfer beispielsweise mit ABS-Intervallen, in denen ein Rad im Blockierdruck und nicht im Schlupf ist, kann ein Bremsverhalten des betreffenden Rades optimiert oder zumindest eine begrenzt vorhandene Überdruckenergie aus dem Hochdruckspeicher effizienter eingesetzt werden. Unter Einsatz des hierin vorgestellten Konzepts werden der Druck und die Radaufstandskraft also nicht erhöht, wenn ein Rad durch ABS ohnehin in den Schlupf geht. Damit sind mit gleicher Gasmenge längere Bremsverstärkungen möglich. Darüber hinaus kann eine gezielte, dosierte Druckerhöhung in einem oder bestimmten Dämpfern in Verbindung mit einem angepassten ESP-System die Effektivität einer stabilisierenden Gierbewegung und/oder Wankbewegung erhöhen.
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Das hier vorgestellte Konzept kann auch in Verbindung mit einem Druckspeicher, der pyrotechnische Elemente aufweist, eingesetzt werden. Auch hier kann der Druck im Dämpfersystem geregelt erhöht werden, sodass wenn erforderlich auch eine geringere als die maximale Radaufstandskraft erzielt werden kann.
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Bei einem gemäß dem hier vorgestellten Konzept umgesetzten Stoßdämpfer oder einem solchen Stoßdämpfersystem kann die zeitliche Wirkung auf 100 ms oder mehr verlängert werden, ohne oder nur mit geringen Einbußen der Dynamik. Im Gegensatz zu einem starken, ungeregelten Eingriff, bei dem es nach einer ersten Erhöhung der Radaufstandskräfte auf über 1 g zu einer Reduzierung dieser auf unter 1 g kommen kann, kann unter Einsatz des hierin vorgeschlagenen Dämpferkonzepts verhindert werden, dass eine Karosserie des Fahrzeugs in der Beschleunigung nach oben infolge z. B. eines Bremsvorgangs das betroffene Rad nach dem Umkehrpunkt des Federwegs mit nach oben zieht. Entsprechend kann die Wirkung der Reifenaufstandskräfte vorteilhaft verlängert werden, womit ein Timing der Stoßdämpferregelung in Bezug auf einen Aufprallzeitpunkt größere Toleranzen aufweisen darf.
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Ferner ist mit dem hier vorgeschlagenen Ansatz eine Rad-individuelle Regelung der Bremswirkungen möglich, wie sie erforderlich sein kann, um einer Gierbewegung entgegen zu wirken. Somit kann auch eine fahrzeugstabilisierende Funktion wie ESP optimal unterstützt werden.
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Ein Stoßdämpfer für ein Fahrzeug weist die folgenden Merkmale auf:
eine Fluidführungskammer mit einem in der Fluidführungskammer geführten Dämpfungskolben;
einen Gasraum, der benachbart zu der Fluidführungskammer in dem Stoßdämpfer angeordnet ist, wobei eine Wand des Gasraums bewegbar gegenüber der Fluidführungskammer angeordnet ist;
einen Hochdruckspeicher für ein Gas, wobei der Hochdruckspeicher über eine Verbindungsleitung mit dem Gasraum verbunden ist; und
ein steuerbares Ventil, das ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Steuersignal einen Gasfluss durch die Verbindungsleitung zu steuern, um durch eine Bewegung der Wand ein Volumen des Gasraums zu erhöhen oder zu senken.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Straßenfahrzeug wie einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln. Der Stoßdämpfer kann als ein hydraulischer Stoßdämpfer ausgebildet sein. Entsprechend kann die Fluidführungskammer mit Öl oder einem Öl-Gas-Gemisch als dem Fluid befüllt bzw. befüllbar und ausgebildet sein, um den an einer Kolbenstange befestigten Dämpfungskolben zu führen. Der Dämpfungskolben kann ausgebildet sein, um über eine Bewegung entlang einer Längsachse der Fluidführungskammer eine Schwingung eines mit dem Stoßdämpfer gekoppelten Rades des Fahrzeugs abzumildern, sodass dieses im geeigneten Kontakt mit einem Fahrbahngrund bleibt. Der Gasraum kann sich mit der Fluidführungskammer ein Gehäuse teilen und lediglich durch die Wand von dieser getrennt sein, wobei durch geeignete Dichtelemente gewährleistet werden kann, dass weder ein Gasaustausch noch ein Fluidaustausch zwischen der Fluidführungskammer und dem Gasraum stattfindet. Der Gasraum kann in einem unteren, also einer Achse eines dem Stoßdämpfer zugeordneten Rades zugewandten, Ende des Stoßdämpfers angeordnet sein. Die Wand des Gasraums kann ausgebildet sein, um ansprechend auf eine Volumenänderung des Gasraumes entlang der Längsachse der Fluidführungskammer in entgegengesetzte Richtungen bewegt zu werden. Der Hochdruckspeicher kann ausgebildet sein, um im geschlossenen Zustand das Gas unter hohem Druck zu bevorraten. Der Hochdruckspeicher kann insbesondere außerhalb des Gehäuses des Stoßdämpfers angeordnet sein. Eine Positionierungsmöglichkeit für den Hochdruckspeicher besteht direkt neben dem Stoßdämpfer oder an zentraler Stelle einer Karosserie des Fahrzeugs in gleichem Abstand zu sämtlichen Stoßdämpfern des Fahrzeugs. Der Hochdruckspeicher kann eine Austrittsöffnung aufweisen, über die Gas in die Verbindungsleitung zur Versorgung des Gasraumes eingeleitet werden kann. Das steuerbare Ventil kann bezogen auf eine Strömungsrichtung des Gases vor der Austrittsöffnung, an der Austrittsöffnung oder nach der Austrittsöffnung angeordnet sein, beispielsweise innerhalb der Verbindungsleitung oder an einer Eintrittsöffnung für das Gas in einer Außenwand des Gasraumes. Der Gasfluss kann dabei so gesteuert werden, dass er je nach Ausführung des steuerbaren Ventils in seinem Volumenstrom vergrößert oder verringert werden kann oder vollständig gesperrt werden kann. Entsprechend kann das steuerbare Ventil als ein einfaches steuerbares Absperrventil oder beispielsweise als ein steuerbares Drosselventil ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ zu dem steuerbaren Ventil kann eine steuerbare Drossel eingesetzt werden.
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Der Stoßdämpfer kann mit einer Vorrichtung zum Regeln eines Stoßdämpfers gemäß einer der nachfolgend aufgeführten Ausführungsformen ausgestattet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Hochdruckspeicher ausgebildet sein, um das Gas ansprechend auf ein Zündsignal pyrotechnisch zu erzeugen. Dazu kann der Hochdruckspeicher eine oder mehrere Zündpillen aufweisen, die ansprechend auf ein Zündsignal zu einem geeigneten Zeitpunkt aktiviert werden können, um das Gas bzw. einen vorbestimmten Gasdruck durch Explosion zu erzeugen. Der Hochdruckspeicher kann dabei hybridisch ausgebildet sein, wobei er unter Druck stehendes Gas stets vorhält und das pyrotechnische Element einsetzt, um den Gasdruck zu erhöhen. Alternativ kann das Gas auch vollständig mittels der installierten Pyrotechnik erzeugt werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Volumensteuerung des Gasraumes noch zeitgenauer erfolgen kann.
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Der Gasraum kann ein Ablassventil aufweisen. Das Ablassventil kann ausgebildet sein, um ansprechend auf ein Ablasssignal das Gas zumindest teilweise aus dem Gasraum abzulassen. Das Ablassventil kann an einer in der Außenwand des Gasraumes befindlichen Ablassöffnung angeordnet und ausgebildet sein, um das Gas bzw. einen Teil des Gases geregelt oder ungeregelt aus dem Gasraum abzulassen. Mit dieser Ausführungsform kann ein weiterer Steuerungsparameter bereitgestellt werden, indem insbesondere ein Einfedern des Dämpfungskolbens zeitgenau gesteuert werden kann.
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Ferner kann der Stoßdämpfer eine Gaspumpe aufweisen. Die Gaspumpe kann ausgebildet sein, um in den Hochdruckspeicher zurückzupumpen. Die Gaspumpe kann ausgebildet sein, um das Gas aus der Umgebungsluft in den Hochdruckspeicher zu pumpen. Alternativ kann die Gaspumpe in einer Rückführungsleitung, die die Ablassöffnung des Gasraums mit dem Hochdruckspeicher verbindet, angeordnet oder mit dieser verbunden sein. So kann ein vorteilhafter Gasstromkreislauf geschaffen werden, über den im Gasraum nicht mehr benötigtes Gas umgehend wieder dem Hochdruckspeicher zur Verfügung gestellt werden kann. So kann eine Verunreinigung des Gases oder eine ungleichmäßige Gaszusammensetzung wirkungsvoll vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Hochdruckspeicher zumindest einen Anschlussstutzen für zumindest eine weitere Verbindungsleitung aufweisen, um einen weiteren Gasraum eines weiteren Stoßdämpfers mit dem Gas zu versorgen. Beispielsweise kann der Hochdruckspeicher über genügend Anschlussstutzen verfügen, um sämtliche Stoßdämpfer des Fahrzeugs mit dem Gas zu versorgen. Dazu kann der Hochdruckspeicher z. B. an zentraler Position am Fahrzeug angeordnet sein. Diese Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als Kosten und Bauraum eingespart werden können.
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Eine Vorrichtung zum Regeln eines Stoßdämpfers gemäß einer der im Vorangehenden erläuterten Ausführungsformen weist die folgenden Merkmale auf:
eine Empfangseinrichtung zum Empfangen zumindest eines Bremssignals von einer Sicherheitseinrichtung des Fahrzeugs; und
eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen des Steuersignals zum Steuern des Gasflusses durch die Verbindungsleitung, basierend auf dem Bremssignal.
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Die Vorrichtung kann beispielsweise über ein Bussystem des Fahrzeugs mit dem Stoßdämpfer und der Sicherheitseinrichtung verbunden bzw. gekoppelt sein.
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Unter der Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das zumindest eine Bremssignal eine Information über eine Zeitdauer bis zu einer bevorstehenden Kollision des Fahrzeugs und eine Information über ein Bremsereignis umfassen. Die Bereitstellungseinrichtung kann ausgebildet sein, um das Steuersignal zum Steuern des Gasflusses so zu bestimmen, dass während der Zeitdauer bis zu der bevorstehenden Kollision eine Radaufstandskraft eines dem Stoßdämpfer zugeordneten Rades bis zu einem das Bremsereignis unterstützenden Maximalwert erhöht wird. Der unterstützende Maximalwert kann so gewählt sein, dass er zwar möglichst groß ist, das Bremsereignis jedoch nicht negativ beeinflusst. Beispielsweise kann ein Erreichen des Maximalwerts durch Auswerten eines Fahrwerkssignals, das einen Zustand des Fahrwerks des Fahrzeugs anzeigt bestimmt werden. Das steuerbare Ventil kann somit in Abhängigkeit von der Zeit bis zum Aufprall, die beispielsweise unter Verwendung von, von einer Umfeldsensorik bereitgestellten Daten bestimmt werden kann, und von Brems- und Fahrwerkssignalen so angesteuert werden, dass über einen möglichst großen Zeitraum eine möglichst hohe Radaufstandskraft bis zum Aufprall erfolgt, ohne dass dabei die Wirkung des Bremsereignisses, beispielsweise eine ABS/ESP Wirkung negativ beeinträchtig wird, also kein Blockieren oder Schleudern auftritt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung kann die Empfangseinrichtung eine Schnittstelle zu einem Airbagsteuergerät des Fahrzeugs aufweisen, um das Bremssignal von dem Airbagsteuergerät zu empfangen. So kann bereits im Fahrzeug vorhandene Elektronik um die Funktion der Stoßdämpferregelung ressourcensparend erweitert werden. Zudem kann ein Zeitpunkt für die Aktivierung des Airbags optimal mit einem durch die Stoßdämpferregelung gewährleisteten Radaufstand koordiniert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Empfangseinrichtung eine weitere Schnittstelle zu einem Bremsregelsystem des Fahrzeugs aufweisen, um das Bremssignal von dem Bremsregelsystem zu empfangen. So kann insbesondere auf einfache Weise vermieden werden, dass sich spezifische Funktionen der Stoßdämpferregelung und der Bremsregelung in ihrer Wirkung aufheben.
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Ein Verfahren zum Regeln eines Stoßdämpfers für ein Fahrzeug, wobei der Stoßdämpfer eine Fluidführungskammer mit einem in der Fluidführungskammer geführten Dämpfungskolben, einen Gasraum, der benachbart zu der Fluidführungskammer in dem Stoßdämpfer angeordnet ist, wobei eine Wand des Gasraums bewegbar gegenüber der Fluidführungskammer angeordnet ist, einen Hochdruckspeicher für ein Gas, wobei der Hochdruckspeicher über eine Verbindungsleitung mit dem Gasraum verbunden ist, und ein steuerbares Ventil, das ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Steuersignal einen Gasfluss durch die Verbindungsleitung zu steuern, um durch eine Bewegung der Wand ein Volumen des Gasraums zu erhöhen oder zu senken, aufweist, weist die folgenden Schritte auf:
Empfangen eines Bremssignals von einer Sicherheitseinrichtung des Fahrzeugs; und
Bereitstellen des Steuersignals, basierend auf dem Bremssignal, um den Gasfluss durch die Verbindungsleitung zu steuern.
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Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Verfahrens kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Die Schritte des Empfangens und des Bereitstellens können beispielsweise in den entsprechenden Einrichtungen der vorgenannten Vorrichtung zum Regeln eines Stoßdämpfers umgesetzt bzw. ausgeführt werden.
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Wenn das Fahrzeug beispielsweise in kurzer Zeit um bis zu acht Zentimeter nach oben gehoben wird, kann das Bremstauchen der konventionellen Bremsung weitgehend kompensiert werden. Dadurch kann sich die geometrische Kompatibilität gegenüber einem Unfallgegner erhöhen. Die Vertikalbewegung verbessert zudem die Wirkung der Rückhaltesysteme: Die Sitze kommen den Insassen um rund drei Zentimeter entgegen, wodurch die Gurtstraffer mehr Lose herausziehen können. Die hohe Verzögerung vor dem Aufprall spannt die Insassen zudem sozusagen vor. Die Abstützung des Fahrzeuges nach unten beim Crash verringert die typische Nickbewegung bei Kollisionen.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Stoßdämpfers für ein Fahrzeug in Verbindung mit Sicherheitsvorrichtungen des Fahrzeugs, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Regeln des Stoßdämpfers aus 1, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Regeln eines Stoßdämpfers für ein Fahrzeug, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt anhand einer Prinzipdarstellung einen Stoßdämpfer 100 für ein Fahrzeug, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Stoßdämpfer 100 ist in eine Karosserie eines Fahrzeugs 102 integriert und über eine Radachse 104 mit einem Rad 106 des Fahrzeugs 102 gekoppelt. Der Stoßdämpfer 100 umfasst einen Dämpfungskolben 108, der über eine mit ihm verbundene Kolbenstange 110 in einer mit einem Fluid befüllten Fluidführungskammer 112 bewegbar angeordnet ist. Die Kolbenstange 110 ist mit der Karosserie des Fahrzeugs 102 verbunden und überträgt Schwingungen einer gefederten Masse des Fahrzeugs 102 auf den Dämpfungskolben 108, der sich entsprechend in der Fluidführungskammer 112 auf und ab bewegt. Die Bewegung des Kolbens 108 wird durch das in der Fluidführungskammer 112 befindliche Fluid so gedämpft, dass das Rad 106 im Vorgang der Masseschwingungen die Traktion nicht verliert. Die Fluidführungskammer 112 wird durch ein Gehäuse 114 des Stoßdämpfers 100 gebildet. Der Stoßdämpfer 100 weist einen Gasraum 116 auf, dessen Außenwand ebenfalls durch das Gehäuse 114 des Stoßdämpfers 100 gebildet wird. Der Gasraum 116 befindet sich am unteren Ende, also an einem dem Rad 106 zugewandten Ende, des Gehäuses 116 benachbart zu der Fluidführungskammer 112 und umfasst eine gegenüber der Fluidführungskammer 112 bewegbare Wand 118. Wird die Wand 118 durch eine Druckerhöhung in dem Gasraum 116 in Richtung des Dämpfungskolbens 108 verschoben, so wird der Dämpfungskolben von dem Rad 106 weg bewegt. Dadurch wird die Karosserie des Fahrzeugs 102 im Bereich des Stoßdämpfers angehoben.
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Der Stoßdämpfer 100 umfasst ferner einen Hochdruckspeicher 120, der über eine Verbindungsleitung 122 mit dem Gasraum 116 verbunden ist. Der Hochdruckspeicher 120 ist mit unter hohen Druck gesetztem Gas befüllt. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Hochdruckspeicher 120 um einen reinen Gasdruckspeicher. Entsprechend handelt es sich bei dem im Druckspeicher 120 verwendeten Gas um Kaltgas. Ein hier in dem Hochdruckspeicher 120 angeordnetes steuerbares Ventil 124 steuert ansprechend auf ein Steuersignal 126 einen Gasfluss zwischen dem Hochdruckspeicher 120 und dem Gasraum 116. Im Sperrzustand schließt das Ventil 124 den Hochdruckspeicher gasdicht ab. Befindet sich das Ventil 124 im Öffnungszustand, strömt Gas durch die Verbindungsleitung 122 in den Gasraum 116. Durch das einströmende Gas erfährt der Gasraum 116 eine Volumenvergrößerung, wodurch der Dämpfungskolben 108 in der Fluidführungskammer 112 nach oben gedrückt wird und somit die mit dem Dämpfungskolben 108 verbundene Karosserie des Fahrzeugs 102 nach oben bewegt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Stoßdämpfers 100 ist das steuerbare Ventil 124 als ein einfaches Schließventil ausgeführt, das in Abhängigkeit von dem Steuersignal 126 zwischen den Positionen „offen“ und „zu“ geschaltet werden kann. Die Menge des in den Gasraum 116 zu leitenden Gases wird hier über ein zeitgesteuertes Öffnen und Schließen des steuerbaren Ventils 124 eingestellt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist handelt es sich bei dem steuerbaren Ventil 124 um ein Drosselventil, dass in Abhängigkeit von dem Steuersignal 126 eine Durchflussmenge des Gases durch die Verbindungsleitung 122 über einen vorbestimmten Zeitraum vergrößern oder verkleinern sowie auf Null reduzieren kann. Bei einer alternativen Ausführungsform des Stoßdämpfers 100 befindet sich das steuerbare Ventil 124 an einer anderen Position, beispielsweise in der Verbindungsleitung 122 oder an einer Einlassöffnung für das Gas in der Außenwand des Gasraums 116.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Stoßdämpfers 100 weist der Gasraum 116 ein steuerbares Ablassventil 128 auf. Wird das Ablassventil 128 geöffnet. Durch das durch das Ablassventil 128 aus dem Gasraum 116 ausströmendes Gas erfährt der Gasraum 116 eine Volumenverringerung, wodurch sich der Dämpfungskolben 108 in der Fluidführungskammer 112 nach unten bewegt und somit die mit dem Dämpfungskolben 108 verbundene Karosserie des Fahrzeugs 102 nach unten bewegt wird.
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Über eine mit einer Rückführungsleitung 130 gekoppelte Gaspumpe 132 wird Gas durch die Rückführungsleitung 130 zurück in den Hochdruckspeicher 120 gepumpt. Dies macht den Einsatz des Hochdruckspeichers 120 als reversibler Druckspeicher möglich. Das Ablassventil 128 öffnet und schließt sich ansprechend auf ein Ablasssignal.
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Unabhängig von der Ausführungsform des steuerbaren Ventils 124 wird über die Volumenänderung des Gasraums 116 die Bewegung des Dämpfungskolbens 108 in der Fluidführungskammer 112 so beeinflusst, dass ein Radaufstand des Rades 106 insbesondere im Verlauf eines Bremsvorgangs des Fahrzeugs 102 optimal aufrechterhalten werden kann. In der Darstellung in 1 kennzeichnet ein nach unten gerichteter Pfeil eine Rad- bzw. Reifenaufstandskraft (Fz) 134 des Rades 106. Ein nach rechts gerichteter Pfeil kennzeichnet eine Bremskraft (Fb) 136 des Rades 106 bei einer durch einen nach links gerichteten Pfeil symbolisierten Fahrtrichtung 138 des Fahrzeugs 102. Ziel jedes kontrollierten Bremsvorgangs ist eine maximale Verzögerung des Fahrzeugs 102 durch maximale Bremskraft 136. Je besser der Radaufstand bzw. je höher die Radaufstandskraft 134 ist, desto höher ist auch die Bremskraft 136.
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Die Darstellung in 1 zeigt eine Koppelung des Stoßdämpfers 100 mit einer ersten Sicherheitseinrichtung 140 und einer zweiten Sicherheitseinrichtung 142 des Fahrzeugs. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der ersten Sicherheitseinrichtung 140 um ein Airbagsteuergerät und bei der zweiten Sicherheitseinrichtung 142 um ein Bremsregelsystem des Fahrzeugs 102. Das Bremsregelsystem 142 über eine Leitung mit einem Bremsregelelement 144 am Rad 106 des Fahrzeugs 102 verbunden, das ausgebildet ist, um ein Bremsverhalten des Rades 106 ansprechend auf ein Signal des Bremsregelsystems 142 zu beeinflussen. Über eine Schnittstelle tauschen das Airbagsteuergerät 140 und das Bremsregelsystem 142 Information aus, sodass das Steuersignal 126 in Abstimmung mit beiden Sicherheitseinrichtungen 140 und 142 an das steuerbare Ventil 124 ausgegeben wird. Alternativ ist die erste Sicherheitseinrichtung 140 als ein integriertes Safety-Steuergerät mit Crasherkennung ausgeführt. Über das Steuersignal 126 kann der Stoßdämpfer dynamisch an eine aktuelle Fahrsituation des Fahrzeugs 102, beispielsweise an eine Kollisionssituation bei einer erkannten Kollisionsgefahr, oder an eine Bremssituation, in der eine oder mehrere Bremsen des Fahrzeugs 102 angesteuert werden, angepasst werden. Durch das Steuersignal 126 kann der Stoßdämpfer 100 insbesondere so angesteuert werden, dass die Radaufstandskraft 134 dynamisch an die Fahrsituation angepasst wird. Beispielsweise kann die Radaufstandskraft 134 erhöht werden, wenn eine Bremse des Fahrzeugs 102 aktiviert wird, und reduziert werden, wenn die Bremse deaktiviert wird. Bei einer automatischen Regelung der Bremse, um die Bremskraft 136 zu maximieren, kann die Radaufstandkraft 134 angepasst an die automatische Regelung der Bremse eingestellt werden, also beispielsweise in hoher Frequenz erhöht und erniedrigt werden.
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In einer alternativen Ausführung des Stoßdämpfers 100 ist der Druckspeicher 120 als ein Hybrid-Gasgenerator ausgeführt und zusätzlich mit Pyrotechnik ausgestattet, um einen Teil des Gases thermisch zu erzeugen. Gemäß einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel dient der Hochdruckspeicher 120 als ein zentraler Speicher für zwei oder alle Räder des Fahrzeugs 102. Der Hochdruckspeicher 120 weist dann zusätzliche Anschlussstutzen für Verbindungsleitungen auf, um über weitere Verbindungsleitungen die Gasräume der den einzelnen Rädern zugeordneten Stoßdämpfer mit Gas zu versorgen. Bei dieser Ausführungsform ist das steuerbare Ventil 124 wahlweise direkt am oder im Hochdruckspeicher 120 oder an einem mit dem Hochdruckspeicher 120 gekoppelten Verteiler angeordnet. In einer weiteren exemplarischen Ausführung wird der Druckbehälter 120 über ein weiteres Ventil oder eine zusätzliche Membran dicht gehalten.
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Der in 1 dargestellte regelbare Gasgenerator 120 ist insbesondere für die Druckregelung des Dämpfers 100 vor einem erkannten Aufprall des Fahrzeugs 102 von Bedeutung, ist aber auch in anderen Fahrsituationen, in denen die Aufrechterhaltung der Traktion des Fahrzeugs 102 wichtig ist, von Vorteil.
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2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 200 zum Regeln des Stoßdämpfers aus 1. Die Vorrichtung 200 umfasst eine Empfangseinrichtung 202 und eine über eine Schnittstelle mit der Empfangseinrichtung 202 verbundene Bereitstellungseinrichtung 204. Die Empfangseinrichtung 202 ist ausgebildet, um über eine erste Schnittstelle ein erstes Bremssignal 206 von dem Airbagsteuergerät 140 des Fahrzeugs zu empfangen. Über eine zweite Schnittstelle ist die Empfangseinrichtung 202 ausgebildet, um ein zweites Bremssignal 208 von dem Bremsregelsystem 142 des Fahrzeugs zu empfangen. Basierend auf dem ersten Bremssignal 206 und dem zweiten Bremssignal 208 ist die Bereitstellungseinrichtung 204 ausgebildet, um das Steuersignal 126 zu bestimmen und an das steuerbare Ventil des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers auszugeben. Entsprechend anhand der 1 erläuterter exemplarischer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers kann die Bereitstellungseinrichtung 204 ferner ausgebildet sein, um ein Ablasssignal 210 zu bestimmen und an das steuerbare Ablassventil des Gasraums auszugeben. Zusätzlich oder alternativ kann die Bereitstellungseinrichtung 204 ausgebildet sein, um ein Zündsignal 212 zu bestimmen und an ein pyrotechnisches Element des als Hybrid-Gasgenerator ausgeführten Hochdruckspeichers des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers auszugeben.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der hierin vorgestellte Gasgenerator lediglich über das erste Signal 206 des Airbag-Steuergeräts 140 oder lediglich über das zweite Signal 208 des Steuergeräts des Bremsregelsystems 142 angesteuert werden. In einer weiteren exemplarischen Ausführung erfolgt die Ansteuerung des Gasgenerators über ein integriertes Sicherheitssteuergerät.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bereitstellungseinrichtung 204 ausgebildet, um ansprechend auf das erste Bremssignal 206, das eine bevorstehende oder erfolgte Kollision des Fahrzeugs anzeigt, das Steuersignal 126 bereitzustellen, um das steuerbare Ventil so anzusteuern, dass das Gas in den Gasraum strömt und die Karosserie des Fahrzeugs angehoben wird. Ferner kann die Bereitstellungseinrichtung 204 ausgebildet sein, um ansprechend auf ein solches erstes Bremssignal 206, das Ablasssignal 210 so zu bestimmen, dass das steuerbare Ablassventil des Gasraums geschlossen ist, sodass das die Karosserie des Fahrzeugs angehoben bleibt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bereitstellungseinrichtung 204 ausgebildet, um ansprechend auf das zweite Bremssignal 206, das einen kurzzeitigen Bremsimpuls anzeigt, wie er beispielsweise bei einer ABS-gesteuerten oder ESP-gesteuerten Bremsung des Fahrzeugs auftritt, das Steuersignal 126 bereitzustellen, um das steuerbare Ventil kurzzeitig während oder zu Beginn des Bremsimpulses so anzusteuern, dass das Gas in den Gasraum strömt. Dadurch kann die Karosserie des Fahrzeugs angehoben oder in Position gehalten werden. Mit anderen Worten kann dadurch einer durch den Bremsimpuls bewirkten Bewegung entgegengesteuert werden. Ferner ist die Bereitstellungseinrichtung 204 ausgebildet, um ansprechend auf ein solches zweites Bremssignal 208, das Ablasssignal 210 so zu bestimmen, dass das steuerbare Ablassventil des Gasraums geöffnet wird, sodass die Karosserie des Fahrzeugs abgesenkt wirkt, sobald der Bremsimpuls beendet ist oder abklingt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bereitstellungseinrichtung 204 ausgebildet, um ansprechend auf ein Bremssignal, dass eine von einer über eine Schnittstelle zu einer Umfeldsensorik empfangene Information über eine bevorstehende Kollision des Fahrzeugs mit einem Objekt umfasst, um das steuerbare Ventil so anzusteuern, das die Radaufstandskraft im Rahmen eines sicheren Fahrverhaltens des Fahrzeugs maximiert wird. Beispielsweise kann die Radaufstandskraft nur soweit maximiert werden, dass gerade kein oder nur ein kurzzeitiges Blockieren eines Rades oder Schleudern des Fahrzeugs erfolgt. Dazu kann die Empfangseinrichtung 202 ausgebildet sein, um von einer Fahrwerkssensorik ein Fahrwerkssignal zu empfangen, das beispielsweise ein Blockieren eines Rades oder ein Schleudern des Fahrzeugs oder auch einen Wert für die Radaufstandskraft anzeigen kann. Die Bereitstellungseinrichtung 204 kann ferner ausgebildet sein, um zumindest das Steuersignal unter Verwendung des Fahrwerkssignals so bereitzustellen, dass ein aktuelles Bremsereignis, beispielsweise eine ABS- oder ESP-gesteuerte Abbremsung eines mit dem Stoßdämpfer gekoppelten Rades bei einer bezogen auf die Abbremsung möglichst hohen Radaufstandskraft durchgeführt werden kann. Somit kann das steuerbare Ventil in Abhängigkeit von der Zeit bis zum über eine Umfeldsensorik erkannten Aufprall sowie in Abhängigkeit von den Bremssignalen 206, 208 und einem oder mehreren Fahrwerkssignalen so angesteuert werden, dass über einen möglichst großen Zeitraum eine möglichst hohe Radaufstandskraft bis zum Aufprall erfolgt, ohne dass dabei die ABS/ESP Wirkung negativ beeinträchtigt wird, also kein Blockieren oder Schleudern auftritt. Beispielsweise kann die Bereitstellungseinrichtung 204 ausgebildet sein, um bei einem unter Verwendung eines Fahrwerksignals erkannten Blockiervorgangs oder Schleudervorgangs die Signale 126, 210, 212 zu bereitzustellen, dass der Druck in dem Gasraum des Stoßdämpfers kurzzeitig reduziert und somit die Radaufstandskraft ebenfalls kurzzeitig reduziert wird, um das Fahrzeug in einem sicheren Fahrzustand zu halten.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Regeln eines Stoßdämpfers für ein Fahrzeug. Das Verfahren 300 kann von der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Regelung des anhand der 1 erläuterten erfindungsgemäßen Stoßdämpfers verwendet werden. In einem Schritt 302 wird von einer oder mehreren Sicherheitseinrichtungen eines die erfindungsgemäße Vorrichtung und den erfindungsgemäßen Stoßdämpfer einsetzenden Fahrzeugs ein Bremssignal empfangen. Basierend auf dem Bremssignal wird in einem Schritt 304 ein Steuersignal bereitgestellt, um eine Dämpfung des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit der oder den Sicherheitseinrichtungen des Fahrzeugs – beispielsweise in Verbindung mit einem automatischen Bremseingriff vor einem erkannten Aufprall des Fahrzeugs – einzustellen.
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Das hierin vorgestellte Konzept kann die Entwicklung steuerbarer Kaltgasgeneratoren um wertvolle Aspekte zur Verbesserung der aktiven und passiven Sicherheit im Fahrzeugbau bereichern.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
