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Vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrwerk für ein zweispuriges Kraftfahrzeug mit einer aktiven Dämpfung.
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Bei aktiven Dämpfersystemen in Kraftfahrzeugen werden relevante Fahrzeugs- und Umgebungsdaten durch entsprechende Sensorik erfasst. Anschließend können entsprechende Kräfte für jedes Fahrzeugrad unabhängig errechnet und aktiv gestellt werden. Damit können unter anderem Hub- und Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus vermieden und Vibrationen reduziert werden. Üblicherweise wird hierzu eine Hydraulikpumpe eingesetzt. Mittels der Hydraulikpumpe wird der Druck im Zylinder des Dämpfers verändert und somit der Kolben gegenüber dem Zylinder bewegt. Der Stand der Technik kennt des Weiteren Querstabilisatoren, die üblicherweise in Kraftfahrzeugen zum Abstützen von Wankbewegungen eingesetzt werden. Da diese Funktion, nämlich das Abstützen von Wankbewegungen, von aktiven Dämpfern übernommen wird, wird in Fahrzeugen mit aktiver Dämpfung auf den Verbau eines Querstabilisators verzichtet. Dieser Verzicht auf den Querstabilisator senkt das Fahrzeuggewicht.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung ein Fahrwerk für ein zweispuriges Kraftfahrzeug anzugeben, das bei kostengünstiger Herstellung sehr leichtbauend ist und ein energiesparendes, komfortables und sicheres Fahren ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass aufgrund der hydraulischen Verluste in aktiven Dämpfern die maximale Kraft für eine Wankabstützung begrenzt ist und der Energiebedarf relativ hoch ist. Dieser Energiebedarf kann bei langen Belastungen aufgrund der benötigten hohen Leistung nicht aus einem typischen Bordnetz eines Kraftfahrzeuges entnommen werden. Darüber hinaus wird der Dämpfer bei dauerhafter Nutzung und maximaler Leistung stark erwärmt. Dies führt dazu, dass die Wankabstützung bei Verwendung eines aktiven Dämpfers trotz guter kurzeitiger, dynamischer Abstützung, bei längerer Querbeschleunigung degradiert werden muss. Damit nimmt der Wankwinkel während der Kurvenfahrt zu. Dies ist vor alter beim sportlichen Fahren deutlich negativ bemerkbar. So wurde erkannt, dass in einem Fahrwerk die positiven Eigenschaften eines aktiven Dämpfersystems mit den positiven Eigenschaften eines passiven Querstabilisators kombiniert werden können.
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Die Erfindung wird somit gelöst durch ein Fahrwerk für ein zweispuriges Kraftfahrzeug. Das Fahrwerk kann sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse eingesetzt werden. Das Fahrwerk umfasst eine linke Radaufhängung und eine rechte Radaufhängung. Die beiden Radaufhängungen dienen jeweils zum Verbinden des Rades mit der Karosserie. Beispielsweise umfasst die Radaufhängung mehrere Lenker, eine Feder und die Zylinder-Kolbeneinheit eines Dämpfungssystems. Das erfindungsgemäße Fahrwerk umfasst ferner einen Querstabilisator, der sowohl mit der linken Radaufhängung als auch mit der rechten Radaufhängung verbunden ist. Des Weiteren ist zusätzlich zu dem Querstabilisator ein aktives Dämpfersystem vorgesehen. Das aktive Dämpfersystem umfasst pro Radaufhängung einen Zylinder und jeweils einen im Zylinder geführten Kolben. Des Weiteren ist zumindest eine Hydraulikpumpe vorgesehen, die mit den Zylindern wirkverbunden ist, sodass mittels der Hydraulikpumpe der Hydraulikdruck in den Zylindern verändert werden kann. Somit kann mittels der Hydraulikpumpe der Kolben innerhalb des Zylinders bewegt werden. Dies führt dazu, dass unabhängig von der Anregung durch eine Straßenoberfläche der Kolben im Zylinder bewegbar ist und somit stellbar ist. Dadurch kann ein Ausgleich von Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus erfolgen. Erfindungsgemäß wird mittels des Querstabilisators eine dauerhafte stationäre Wandabstützung realisiert. Der Querstabilisator ist dabei entsprechend seiner Aufgabe sowie entsprechend der Funktionen des aktiven Dämpfersystems ausgelegt. Zusätzlich zum Querstabilisator wird das aktive Dämpfersystem parallel verwendet, um die Wankwinkelgeschwindigkeit zu begrenzen und eine zusätzliche, aber durch das Energiebordnetz und das thermische Verhalten begrenzte, dauerhafte stationäre Wankabstützung zu erzeugen. Dabei sind in den, durch das Energiebordnetz und das thermische Verhalten vorgegebenen Grenzen, Reserven für eine ausreichende Störgrößenregelung vorzuhalten.
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Wie eingangs erwähnt, würde zwar der Verzicht auf den Querstabilisator, bei Verwendung einer aktiven Dämpfung, zu einer Reduzierung des Gewichts führen. Allerdings wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass die Senkung des Verbrauchs durch diese Gewichtseinsparung bei Verzicht auf den Querstabilisator geringer ist als der zusätzliche Energieverbrauch, wenn die Wankstabilisierung nur durch einen aktiven Dämpfer realisiert wird. Die erfindungsgemäße Konstruktion mit dem Querstabilisator und dem aktiven Dämpfer ist also ein optimaler Kompromiss zwischen der gewichtsoptimierten Konstruktion, dem Energieverbrauch und dem sicheren sowie komfortablen Fahrverhalten.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass pro Zylinder eine eigene Hydraulikpumpe vorgesehen ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, für den linken und rechten Zylinder eine gemeinsame Hydraulikpumpe vorzusehen und den Hydraulikdruck über entsprechende Ventilanordnungen zu verteilen.
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Der Kolben unterteilt den Zylinder vorteilhafterweise in eine erste Kammer und in eine zweite Kammer. Die Hydraulikpumpe ist fluidleitend an den Zylinder angeschlossen, sodass über die Hydraulikpumpe in der ersten Kammer und/oder in der zweiten Kammer der Hydraulikdruck verändert werden kann. Dadurch kann der Kolben in beide Richtungen gegenüber dem Zylinder verstellt werden.
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Des Weiteren umfasst das Dämpfersystem im Kolben und/oder im Boden des Zylinders übliche Dämpferventile, insbesondere Drosseln. Bei einer Bewegung des Kolbens gegenüber dem Zylinder durch Anregungen über die Fahrbahn fließt das Hydrauliköl im Zylinder durch diese Dämpferventile, wodurch es zu einer Dämpferwirkung kommt.
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Der Querstabilisator ist vorteilhafterweise passiv. Dies bedeutet, dass das Fahrwerk keine Aktoren zum Verstellen der Härte des Querstabilisators umfasst.
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Der Querstabilisator umfasst vorteilhafterweise einen Torsionsstab. Dieser Torsionsstab erstreckt sich vorteilhafterweise in Querrichtung des Fahrzeugs. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Querstabilisator beidseitig über je eine Pendelstütze mit der Radaufhängung verbunden ist.
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Wie bereits beschrieben, umfasst die jeweilige Radaufhängung beispielsweise den Zylinder des Dämpfersystems, einen Federteller für die Feder, einen Querlenker oder einen Radträger. Dementsprechend ist der Stabilisator, insbesondere über die Pendelstütze, mit diesen Elementen verbunden.
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Das Fahrwerk umfasst bevorzugt ein Steuergerät zum Ansteuern der zumindest einen Hydraulikpumpe und/oder zum Ansteuern entsprechender Ventile, die den Druck von der Hydraulikpumpe auf den Zylinder, insbesondere die Kammern im Zylinder, verteilt. Des Steuergerät ist dabei so ausgebildet, dass ein Wankwinkel und/oder eine Wankwinkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit der Härte des Querstabilisators reduzierbar sind. Das Steuergerät berücksichtigt also, dass ein Teil der Wankstabilisierung bereits durch den passiven Querstabilisator möglich ist. Lediglich zusätzlich zum Querstabilisator wird das Dämpfersystem entsprechend angesteuert, um die Wankwinkelgeschwindigkeit und/oder den Wankwinkel weiter zu reduzieren.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Fahrwerk, wie es soeben beschrieben wurde. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Kolben mit einer Kolbenstange verbunden ist, wobei die Kolbenstange karosserieseitig angeordnet ist. Der Zylinder des Dämpfersystems wird vorzugsweise radseitig angeordnet. Dadurch befindet sich das aktive Dämpfersystem zwischen dem jeweiligen Rad und der Karosserie.
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Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Fahrzeuges mit dem passiven Querstabilisator in Verbindung mit dem aktiven Dämpfungssystem ist es möglich, eine ausreichend große Wankabstützung, bei einem gleichzeitig geringen Energieverbrauch zu realisieren. Damit bleibt das Fahrverhalten immer reproduzierbar, da keine Degration des Fahrverhaltens auch bei länger anhaltenden Querbeschleunigungen auftritt. Gerade bei einer sportlichen Fahrweise ändert sich damit nicht das Fahrgefühl für den Fahrer. Ferner ist der Einsatz des Querstabilisators in Kombination mit dem aktiven Dämpfersystem wirtschaftlich sinnvoller als eine erzeugerseitige Höherdimensionierung des Bordnetzes.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur. Es zeigen:
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1 eine schematisch vereinfachte Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrwerkes gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
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2 eine erste Ansicht zur konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrwerkes gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
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3 eine zweite Ansicht zur konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrwerkes gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt in schematisch stark vereinfachter Ansicht ein Fahrwerk 1. Dabei ist lediglich eine rechte Radaufhängung dargestellt, wobei die linke Radaufhängung entsprechend symmetrisch aufgebaut ist.
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Das Fahrwerk 1 umfasst einen Querstabilisator 2, der mit der rechten dargestellten Radaufhängung und mit der zugehörigen linken nicht dargestellten Radaufhängung verbunden ist. Der Querstabilisator 2 ist dabei an beiden Seiten über jeweils eine Pendelstütze 4 mit der entsprechenden Radaufhängung verbunden. Des Weiteren ist zumindest ein Stabilisatorlager 5 vorgesehen, in dem der Querstabilisator 2 drehbar gegenüber der Karosserie gelagert ist.
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Das Fahrwerk 1 umfasst ferner pro Radaufhängung ein aktives Dämpfersystem 3. Das aktive Dämpfersystem 3 umfasst einen Zylinder 8. In dem Zylinder 8 ist ein Kolben 7 linear beweglich geführt. Im Kolben 7 und/oder im Boden des Zylinders 8 gibt es entsprechende Dämpferventile, durch die das Hydrauliköl bei einer Anregung durch die Straße und somit bei einer Bewegung des Kolbens 7 gegenüber dem Zylinder 8 fließt. Dadurch kommt es zur dämpfenden Wirkung.
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Der Kolben 7 ist mit einer Kolbenstange 6 fest verbunden. Diese Kolbenstange 6 ragt nach oben und stellt die Verbindung zur Karosserie dar. An der Unterseite des Zylinders 8 ist eine Anbindung 10 vorgesehen. Über diese Anbindung 10 ist der Zylinder 8 mit dem Rad beziehungsweise einem Radträger oder einem entsprechenden Lenker der Radaufhängung verbunden.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Querstabilisator 2 über die Pendelstütze 4 mit dem Zylinder 8 verbunden. Alternativ dazu könnte die Pendelstütze 4 auch an anderen Teilen der Radaufhängung, beispielsweise einem Querlenken angebunden sein.
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Wie die schematische Darstellung in 1 zeigt, unterteilt der Kolben 7 den Zylinder 8 in zwei Kammern 9. In diesen beiden Kammern 9 kann der Hydraulikdruck mittels einer Hydraulikpumpe 12 verändert werden. Die Hydraulikpumpe 12 wird durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Hydraulikpumpe 12 auch als Turbine betrieben werden kann, wodurch der Elektromotor generatorisch wird. Dadurch kann Energie rekuperiert werden.
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Zwischen der Hydraulikpumpe 12 und den Kammern 9 im Zylinder 8 ist bevorzugt ein entsprechendes Ventil 11 angeordnet, mit dem der Druck der Hydraulikpumpe 12 auf die Kammern 9 gesteuert werden kann. Mittels der Hydraulikpumpe 12 ist es möglich, den Kolben 7 gegenüber dem Zylinder 8 aktiv zu bewegen. Diese Bewegung erfolgt unabhängig von der Anregung durch die Straßenoberfläche. Somit ermöglicht die Hydraulikpumpe 12 ein aktives Dämpfersystem, das beispielsweise zum Ausgleich von Wankbewegungen oder zur Reduzierung einer Wankwinkelgeschwindigkeit genutzt werden kann. Da aber beispielsweise bei sehr langen Kurvenfahrten der die Hydraulikpumpe 12 antreibende Elektromotor sehr lang betrieben werden muss, kommt es zu einem erhöhten Energieverbrauch und gleichzeitig zu einer starken Erwärmung des aktiven Dämpfersystems 3. Deshalb ist erfindungsgemäß der passive Querstabilisator 2 vorgesehen, sodass die Wankabstützung durch die beiden parallelen Systeme, nämlich den Querstabilisator 2 und das aktive Dämpfersystem 3 realisiert werden kann.
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2 uns 3 zeigen eine konstruktive Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels mit einem Radträger 13 und entsprechenden Lenkern zum Anbinden des Radträgers 13 an eine Karosserie. Dabei ist gut zu sehen, dass die Hydraulikpumpe 12 direkt am Zylinder 8 angeordnet ist. Ferner ist die Pendelstütze 4 direkt mit dem Zylinder 8 verbunden. Die radseitige Anbindung 10 erfolgt durch eine Verbindung des Zylinders 8 mit einem Querlenker.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrwerk
- 2
- Querstabilisator
- 3
- aktives Dämpfersystem
- 4
- Pendelstütze
- 5
- Stabilisatorlager
- 6
- Kolbenstange
- 7
- Kolben
- 8
- Zylinder
- 9
- Kammern
- 10
- Anbindung zum Rad
- 11
- Ventil
- 12
- Hydraulikpumpe
- 13
- Radträger
