DE102014217246B3

DE102014217246B3 - Stabilisierungsanordnung für ein Neigefahrwerk eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102014217246B3
Application number: DE102014217246.2A
Authority: DE
Inventors: Marc Simon; Thomas Gerhards; Robert Spahl; Martin Saeger; Advait Valluri
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2034-08-30
Also published as: CN105383255B; CN105383255A; US20160059923A1; US9845129B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsanordnung (15) für ein Neigefahrwerk (2) eines schienenungebundenen Fahrzeugs (1), umfassend einen mit jeweils einer Aufhängungsseite (6, 7) einer mehrspurigen Fahrwerksachse (y) des Neigefahrwerks (2) koppelbaren Waagebalken (9) sowie wenigstens ein passives Stabilisierungsmittel (16), welches einerseits mit dem Waagebalken (9) verbunden ist und andererseits dazu vorgesehen ist, um gegen einen Rahmen oder Aufbau (8) des Fahrzeugs (1) abgestützt zu werden, wobei das Stabilisierungsmittel (16) dazu ausgebildet ist, eine einem aus einer Neigung des Fahrzeugs (1) resultierenden Kippmoment (R1, R2) gegenüber entgegengesetzte Reaktionskraft bereitzustellen, wobei ein zwischen freien Enden (12, 13) des Waagebalkens (9) gelegenes Drehlager (14), derart mit dem Rahmen oder Aufbau (8) des Fahrzeugs (1) verbindbar ist, dass der Waagebalken (9) um eine sich in Längsrichtung (x) des Fahrzeugs (1) erstreckende stationäre Drehachse (x1) des Drehlagers (14) herum drehbar ist, wobei das Stabilisierungsmittel (16) als Drehfederelement im Bereich des Drehlagers (14) angeordnet ist und gegenüber dem Rahmen oder Aufbau (8) des Fahrzeugs (1) abstützbar ist. Vorgeschlagen wird, dass das Stabilisierungsmittel (16) als Drehstabstabilisator ausgebildet ist, dessen Mittelabschnitt (17) sich am Aufbau (8) abstützt und dessen abgewinkelte Endabschnitte (18, 19) endseitig mit jeweils einer Seite des Waagebalkens (9) gelenkig verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stabilisierungsanordnung für ein Neigefahrwerk eines schienenungebundenen Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine gattungsgemäße Stabilisierungsanordnung ist in der US 3,572,456 A offenbart. Dabei stellt ein Stabilisierungsmittel eine einem aus einer Neigung des Fahrzeugs resultierenden Kippmoment gegenüber entgegengesetzte Reaktionskraft bereit. Das Stabilisierungsmittel ist ein Linearfederelement.
Die DE 40 35 128 A1 beschäftigt sich mit einem dreirädrigen Fahrzeug. Dabei wird das Fahrverhalten von einem Aufrichtmoment einer Federung beeinflusst. Dabei werden Ausgleichshebel und weitere Ausgleichvorrichtungen angegeben, welche die Auflagerkräfte beider Räder bei Schräglage gleich halten. Beispielhaft werden Seil- und Kettenzug, aber auch ein Differentialgetriebe oder eine Ausgleichsleitung zwischen hydraulischen oder pneumatischen Druckbehältern bzw. Zylindern als Federelemente auf gegenüberliegenden Fahrzeugseiten verwendet.
Die DE 198 00 292 A1 offenbart ein Zweirad, also ein Fahrrad mit einer Stützradkonstruktion. Dabei sind Stützstreben vorgesehen, die an einem Schwenkhebel angreifen. Der Schwenkhebel wird mit zumindest einer Rückstellfeder in einer vertikalen Ausgangsstellung des Fahrradrahmens gehalten. Wird der Fahrradrahmen bei einer Kurvenfahrt in eine schräge Position gebracht, verschwenkt der Schwenkhebel derart, dass er weiterhin etwa in einer Horizontallage angeordnet ist.
Einspurige Fahrzeuge – wie etwa ein Motorrad – weisen die Eigenart auf, dass diese in Kurven eine angemessene Querneigung in die jeweilige Lenkrichtung verlangen. Durch das sogenannte "Legen" des Fahrzeugs in Richtung Kurvenmittelpunkt wird eine entsprechende Kraft erzeugt, welche der auf das Fahrzeug einwirkenden und sich mit zunehmender Geschwindigkeit erhöhenden Fliehkraft entgegenwirkt. Ohne derartige Neigung würde das Fahrzeug während seiner Kurvenfahrt quasi umfallen.
Bei mehrspurigen, insbesondere an wenigstens einer Achse zweispurigen Fahrzeugen mit geringer Spurbreite ergibt sich ein ähnliches Stabilitätsproblem. Hier reicht das aus Fahrzeuggewicht und Spurbreite resultierende Gegenmoment ab einer individuellen Kurvengeschwindigkeit nicht mehr aus. Im Ergebnis kann das kurveninnere Rad der Achse während eines Lenkmanövers seinen Kontakt zum Untergrund verlieren. In diesem Zustand droht das Fahrzeug dann ab einer bestimmten Geschwindigkeit ebenfalls gegen die Kurvenrichtung und somit aus der Kurve heraus umzukippen.
Neben dem Herabsetzen des Fahrzeugschwerpunktes wurden derartige Fahrzeuge daher bereits mit einer Neigetechnik ausgestattet, wodurch deren Aufbau wie der eines Motorrades in die Kurven gelegt werden kann. Die auf diese Weise wie bei einspurigen Fahrzeugen mögliche Stabilisierung kann beispielsweise durch die das Fahrzeug lenkende Person und/oder über ein geeignetes Hilfsmittel erfolgen. In Bezug auf solche Neigefahrzeuge mit wenigstens einer mehrspurigen Fahrzeugachse wurde festgestellt, dass diese sich in ihrer aufrechten Position generell in einem labilen Gleichgewichtszustand befinden.
Hier ist es insbesondere der Aufbau, welcher sich ohne entsprechende Maßnahmen gegenüber dem Fahrwerk neigt und demnach seitlich abkippt. Dabei reicht bereits die kleinste Anregung aus, um den Aufbau derartiger Fahrzeuge aus seiner aufrechten Position heraus zu kippen oder gar das Umfallen des gesamten Fahrzeugs zu provozieren. Durch den sich mit zunehmender Neigung des Aufbaus verlängernden Hebelarm für dessen Schwerpunkt vergrößert sich das aufzufangende Kippmoment entsprechend.
Ein Neigefahrwerk für ein dreirädriges Fahrzeug ist beispielsweise aus der EP 2 475 570 B1 bekannt, welches mit einer geeigneten Kippsteuerung ausgestattet ist. Das Fahrzeug weist ein hinteres und zwei parallel zueinander beabstandete vordere Räder auf, welche über eine Aufhängung mit einem Rahmen des Fahrzeugs verbunden sind. Die Aufhängung der entsprechend zweispurigen vorderen Fahrwerksachse beinhaltet eine Lenk- sowie Federungseinrichtung, um die komfortable Manövrierbarkeit des Fahrzeugs zu gewährleisten. Dabei ist die Aufhängung so ausgebildet, dass der Rahmen des Fahrzeugs zwischen den beiden vorderen Rädern in Querrichtung neigbar ist. Weiterhin umfasst die Aufhängung zwei in ihrer Dämpfkraft verstellbare und miteinander interagierende Dämpferelemente. Die insofern passiven Dämpferelemente sind dazu vorgesehen, den Neigezustand des Fahrzeugs nur über eine Relativbewegung von Rahmen und Querträger durch das Betriebsgewicht des Fahrzeugs und der das Fahrzeug lenkenden Person zu ändern. Hierfür sind die Dämpferelemente doppeltwirkend ausgebildet und über einen Hydraulikkreislauf miteinander verbunden. Der Hydraulikkreislauf beinhaltet zwei Sperrventile, über welche ein Ausgleich der Hydraulikflüssigkeit in den beiden Dämpferelementen erfolgen kann. Dabei sind die beiden Dämpferelemente so über den Hydraulikkreislauf miteinander verbunden, dass diese jeweils gegenläufig agieren. Auf diese Weise kann über eine geeignete Steuerung eine passive Dämpfung in Bezug auf die Neigung des Fahrzeugs erfolgen.
Ein ähnlicher Aufbau geht beispielsweise aus der WO 2011/005 945 A1 hervor, welcher demgegenüber noch ein zusätzliches aktives Element in Form eines Aktuators beinhaltet. Die Ansteuerung des Aktuators erfolgt dabei in Abhängigkeit des aufgebrachten Lenkmoments, des Neigewinkels zwischen Fahrwerk und Aufbau sowie der jeweiligen Geschwindigkeit des Neigefahrzeugs. Hierbei dient der Aktuator im Wesentlichen der Unterstützung der das Fahrzeug lenkenden Person hinsichtlich der erforderlichen Neigung des Aufbaus.
Eine weitere passive Ausgestaltung eines Neigefahrwerks wurde mit der DE 10 2012 217 416 A1 offenbart. Deren zweispurige Fahrwerksachse beinhaltet für jede Aufhängungsseite ein Dämpfungselement in Form eines Stoßdämpfers. Weiterhin ist ein Federelement vorgesehen, welches sich als Blattfeder zwischen den beiden Aufhängungsseiten erstreckt. Die als reine Fahrzeugfederung zusammenwirkenden Bauteile sind demnach auf ein Minimum reduziert und sollen in ihrer Anordnung ein unerwünschtes Zittern oder schnelles Schwingen (Chattering) der einzelnen Räder in Federrichtung unterbinden.
Ferner geht aus der GB 1,157,016 A eine Stabilisierungsanordnung für eine Fahrzeugachse hervor, welche eine Kombination aus unter Fluiddruck agierenden und rein mechanischen Komponenten vorsieht. Dabei sind die sich gegenüberliegenden Räder der Fahrzeugachse an jeweils einer Schwinge unabhängig gelagert, welche verschwenkbar an einem Fahrzeugaufbau abgestützt ist. Zwischen den beiden Aufhängungsseiten erstrecken sich zwei an dem Fahrzeugaufbau gelagerte Querstreben, von denen eine endseitig über jeweils eine Vorsteueranlage mit einer der Schwingen mittelbar gekoppelt ist. Die beiden Vorsteueranlagen beinhalten je ein Wegeventil, welche über ein entsprechendes Drucksystem fluidleitend miteinander verbunden sind. Demgegenüber ist die andere Querstrebe über Federelemente endseitig mit jeweils einer der Schwingen mittelbar verbunden. Zwischen den beiden Querstreben ist ein diese miteinander gelenkig koppelndes Verbindungsteil angeordnet. Letztlich ist besagtes Verbindungsteil mit einem das Fluidsystem beeinflussenden Ventil verbunden. Unterschiedliche Linearbewegungen der beiden Querstreben relativ zueinander werden auf diese Weise in eine Betätigung des Ventils umgesetzt.
Eine weitere Ausgestaltung für ein Neigefahrwerk umfasst neben einer zweispurigen Fahrzeugachse einen Waagebalken, welcher sich zwischen den beiden Aufhängungsseiten erstreckt. Der Waagebalken ist endseitig über je eine Koppelstange mit einer Schwinge der jeweiligen Aufhängungsseite gelenkig gekoppelt. Weiterhin sind zwei passive Stabilisierungselemente in Form von federelastischen Elementen mit nichtlinearer Federcharakteristik vorgesehen, über welche der Waagebalken gegenüber einem Aufbau des Fahrzeugs abgestützt ist. Hiernach besitzt der Waagebalken kein bauliches Drehlager, um welches herum eine stationäre Rotation erfolgen könnte. Eine etwaige Neigung des Waagebalkens gegenüber einer Horizontalen geht vielmehr auf eine Längung oder Kürzung eines der Stabilisierungselemente zurück, während das jeweils andere Stabilisierungselement eine entsprechend entgegengesetzte Längung oder Kürzung erfährt.
Ein weiteres Neigefahrwerk umfasst wenigstens eine Radaufhängung. Besagte Radaufhängung besitzt wenigstens zwei mit einem Rahmen oder Aufbau des Fahrzeugs koppelbare Radaufnahmen. Die Radaufnahmen sind zur Lagerung von zwei der parallel zueinander beabstandeten Räder ausgebildet. Dabei ist eine Querneigung des Fahrzeugs in dessen jeweilige Lenkrichtung ermöglicht, indem wenigstens ein mit den Radaufnahmen korrespondierendes Neigungsmittel in seiner Länge verändert wird. Dabei ist das Neigungsmittel aus einem semi-aktiven Dämpfer gebildet, dessen Längenänderung durch eine das Fahrzeug steuernde Person bewirkt wird.
Die nunmehr aufgezeigten Konzepte für solche Neigefahrwerke basieren auf einer Radaufhängung wie etwa einer Längslenker- oder Doppelquerlenkeraufhängung; zumeist in Kombination mit einem Koppelglied. Das Koppelglied dient der mechanischen Verbindung der sich an einer Achse parallel gegenüberliegenden Aufhängungsseiten mit je wenigstens einem Rad. Auf diese Weise wird eine gegenläufige Radbewegung erzeugt, so dass der Aufbau gegenüber dem jeweiligen Untergrund geneigt werden kann.
Weiterhin kann in eine voll passive oder aktive sowie mitunter in eine semi-aktive Neigetechnik unterschieden werden. Hierbei stellen die voll passiven Neigefahrzeuge die einfachste Umsetzung dieser Technik dar. Bei dieser erfolgt das Neigen des Fahrzeugaufbaus zum Initiieren von Kurvenfahrten und zu dessen Stabilisieren wie bei einem Motorrad nur durch eine Lenkbewegung in Kombination mit einer entsprechenden Gewichtsverlagerung der das Fahrzeug lenkenden Person. Aus diesem Grund sind derartige Systeme nur schwer zu fahren. Durch das zumeist höhere Gewicht eines mehrspurigen Fahrzeugs funktionieren derartig einfach aufgebaute Neigefahrwerke zumeist nicht oder zumindest nicht zufriedenstellend.
Demgegenüber bieten voll aktive Neigemechanismen ein Maximum an Unterstützung, da der Neigewinkel des Fahrzeugs zu jedem Zeitpunkt überwacht und bei Bedarf automatisch korrigiert wird. Diese Ausgestaltung erfordert einen geeigneten Aktuator, welcher die korrigierenden Eingriffe aktiv umsetzt und so auf die Radaufhängung überträgt. Hierzu ist eine permanente Kraftbeaufschlagung durch den Aktuator erforderlich, welcher zu diesem Zweck entsprechend groß ausgebildet sein muss. Neben der damit einhergehenden Gewichtserhöhung sind zudem die hohen Kosten für eine derartige Neigetechnik zu nennen. Im Ergebnis lassen so ausgestattete Fahrzeuge zudem eine zumeist nur geringe Freude am Fahren aufkommen, was insbesondere aus dem unnatürlichen Fahrgefühl heraus resultiert. Hinzu kommen der mitunter recht aufwendige Aufbau und die hohen Kosten, welche insbesondere bei entsprechend stark auszulegenden und demnach schweren Aktuatoren anfallen. Nicht zuletzt verlangen derartige Aufbauten einen angemessenen Bauraum, da deren Ausmaße ansonsten nicht unterzubringen sind.
Nach alledem wird deutlich, dass Neigefahrwerke eine geeignete Stabilisierung benötigen, um derartige Fahrzeuge sicher sowie komfortabel und mit einem angenehmen Fahrgefühl bewegen zu können. Angesichts der aufgezeigten Nachteile voll passiver und aktiver Neigesysteme bietet die Ausgestaltung der hierfür erforderlichen Technik daher durchaus auch weiterhin noch Raum für Verbesserungen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stabilisierungsanordnung für ein Neigefahrwerk für ein schienenungebundenes Fahrzeug dahingehend weiterzuentwickeln, dass diese einen kostengünstigen Aufbau sowie ein erleichtertes Handling des so ausgestatteten Fahrzeugs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Stabilisierungsanordnung für ein Neigefahrwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Hiernach wird nachfolgend eine Stabilisierungsanordnung für ein Neigefahrwerk mit wenigstens einer mehrspurigen Fahrwerksachse aufgezeigt, welche sich insbesondere für ein schienenungebundenes Fahrzeug eignet. Die erfindungsgemäße Stabilisierungsanordnung umfasst hierzu einen Waagebalken, welcher mit jeweils einer Aufhängungsseite der Fahrwerksachse koppelbar ist. Weiterhin ist wenigstens ein passives Stabilisierungsmittel vorgesehen, welches einerseits mit dem Waagebalken verbunden ist, insbesondere über eines seiner beiden Enden. Dabei ist das Stabilisierungsmittel weiterhin dazu vorgesehen, im eingebauten Zustand gegen einen Rahmen oder einen Aufbau des Fahrzeugs abgestützt zu werden. Auf diese Weise erstreckt sich das Stabilisierungsmittel in seiner Anbindung dann zwischen dem Waagebalken und dem Rahmen oder Aufbau des Fahrzeugs. In dieser Anordnung ist das Stabilisierungsmittel dazu ausgebildet, um zumindest bei Bedarf eine Kraft, insbesondere eine Reaktionskraft bereitzustellen.
In Bezug auf die Neigung des Aufbaus gegenüber dem restlichen Fahrwerk erfährt dieser ein Kippmoment, welches sich im Wesentlichen aus dem lotrecht wirkenden Schwerpunkt und dem sich mit zunehmender Fahrzeugneigung vergrößernden Hebelarm zusammensetzt. Wesentlich hierbei ist, dass die durch das Stabilisierungsmittel bereitstellbare Kraft in Form einer Reaktionskraft grundsätzlich so ausgerichtet ist, dass sie dem aus der Neigung des Fahrzeugs resultierenden Kippmoment gegenüber entgegengesetzt wirkt. Die vorliegende Beschreibung versteht unter dem Vorgang des Neigens bzw. Kippens des Aufbaus und dem Neigen bzw. Kippen des Fahrzeugs dasselbe.
Ein bauliches Drehlager ist vorgesehen, welches in Bezug auf den Waagebalken zwischen dessen beiden freien Enden vorgesehen ist. Mit anderen Worten ist der Waagebalken hierbei mittig mit dem Drehlager verbunden. Über das Drehlager ist der Waagebalken somit derart mit dem Rahmen oder dem Aufbau des Fahrzeugs verbindbar, dass der Waagebalken um eine durch das Drehlager bereitgestellte stationäre Drehachse herum drehbar ist. Die Ausrichtung des Drehlagers und dessen Drehachse gegenüber dem sich zwischen den Aufhängungsseiten erstreckenden Waagebalken ist dabei dergestalt, dass die Drehachse sich in eine Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt.
Eine Ausrichtung der Drehachse in Längsrichtung des Fahrzeugs schließt im Sinne der Erfindung auch eine von einer parallelen Ausrichtung zur Längsrichtung abweichende Lage der Drehachse mit ein, sofern diese bei einer Geradeausfahrt quasi in Fahrtrichtung weist. Mit anderen Worten ist die Drehachse stets senkrecht zur Fahrwerksachse ausgerichtet, wobei sie bei Bedarf gegenüber der Längsrichtung des Fahrzeugs auch nach oben oder unten in ihrer Neigung abweichen kann.
Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt in der Anordnung des stationären Drehlagers, welches sich mit nur einem einzigen Stabilisierungsmittel kombinieren lässt. Insbesondere die bauliche Festlegung der somit stationären Drehachse des Waagebalkens ermöglicht eine präzise Ausrichtung des Waagebalkens während seiner begrenzten Rotation. Auch die mögliche Reduzierung auf nur ein einziges Stabilisierungsmittel ermöglicht einen überaus kostengünstigen und zudem leichten Aufbau der Stabilisierungsanordnung.
Dabei sieht die Erfindung vor, dass das Stabilisierungsmittel als Drehfederelement ausgebildet ist. Alternativ hierzu kann das Stabilisierungsmittel auch mindestens ein solches Drehfederelement umfassen. Das Drehfederelement ist dabei im Bereich des Drehlagers und stützt sich im eingebauten Zustand gegenüber dem Rahmen oder dem Aufbau des Fahrzeugs ab. So kann das Drehfederelement beispielsweise um die durch das Drehlager bereitgestellte bauliche Drehachse herum angeordnet sein, wodurch sich ein idealer Kraftangriff ergibt. Das Drehfederelement kann zwei Drehfedern umfassen, welche sich in jeweils unterschiedliche Rotationsrichtung spannen lassen. Hierdurch bewirkt eine Neigung des Fahrzeugs bzw. seines Aufbaus in eine Seitenrichtung das Spannen wenigstens einer Drehfeder, welche so das anschließende Aufrichten wieder unterstützt. Selbstverständlich kann das Drehfederelement auch nur eine einzelne Drehfeder umfassen, welche aufgrund der Ausgestaltung und Anbindung dann unabhängig von der Richtung der Fahrzeugneigung spannbar ist.
Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt in einer überaus kompakten Ausführung, welche beispielsweise eine direkte Integration oder Kopplung des Drehfederelements in oder mit dem Drehlager ermöglicht.
Selbstverständlich kann das Stabilisierungsmittel auch vorgespannt sein, so dass dieses auch in einer vertikalen Ausrichtung des Fahrzeugs bzw. seines Aufbaus einen Beitrag zu dessen aufrechter Stellung leistet. Bevorzugt kann sich die durch das Stabilisierungsmittel bereitgestellte Kraft als Reaktionskraft erst auf ein aus der Neigung resultierendes Kippmoment hin einstellen. Auf diese Weise unterstützt das Stabilisierungsmittel lediglich das Aufrichten des Fahrzeugs bzw. dessen Aufbaus aus einer Neigung heraus. Die somit aus einer reinen Reaktion heraus resultierende Aktivierung des Stabilisierungsmittels wird vorliegend als passive Unterstützung definiert.
Insbesondere verzichtet diese auf eine etwaige aktive Ansteuerung, welche beispielsweise auf Basis zuvor erfasster Daten zur Fahrdynamik das Stabilisierungsmittel entsprechend beeinflusst. Vorliegend ist das Stabilisierungsmittel vielmehr im Sinne eines Widerstandes zu verstehen, welcher der das Fahrzeugs bewegenden Person lediglich dessen Aufrichten aus einer Neigung heraus erleichtert. Auf diese Weise wird neben einem kostengünstigen Aufbau der Stabilisierungsanordnung insbesondere das Handling des so ausgestatteten Fahrzeugs deutlich erleichtert.
Die erfindungsgemäße Stabilisierungsanordnung eignet sich sowohl für passive als auch für aktive Neigetechniken. Neben dem für passive Neigefahrwerke bereits erläuterten vereinfachten Handling unterstützt die erfindungsgemäße Stabilisierungsanordnung bei aktiven Neigefahrwerken insbesondere das Downsizing des wenigstens einen darin erforderlichen Aktuators. Grundlage hierfür ist die dann bereits vorhandene Unterstützung des Aufrichtens durch das Stabilisierungsmittel, so dass sich die dann noch verbleibende erforderliche und durch den Aktuator aufzubringende Kraft spürbar reduziert. Aufgrund des dann benötigten kleineren Aktuators kann das so ausgestattete Neigefahrwerk dann insgesamt kostengünstiger hergestellt werden. Weiterhin reduziert sich dank des kleineren Aktuators auch dessen Gewicht, wobei die Gewichtsersparnis dann auch trotz zusätzlichem Stabilisierungsmittel überwiegt.
Erfindungsgemäß ist das Stabilisierungsmittel als Drehstabstabilisator ausgebildet.
Besagte Ausgestaltung als Drehstabstabilisator weist einen Mittenabschnitt sowie jeweils endseitig des Mittenabschnitts angeordnete Endabschnitte auf. Beide Endabschnitte sind gegenüber dem zwischen diesen gelegenen Mittenabschnitt abgewinkelt. In vorteilhafter Weise weisen die Endabschnitte dabei in dieselbe Richtung, so dass sich eine im Wesentlichen U-förmige Ausgestaltung für den Drehstabstabilisator ergibt. Der Mittenabschnitt des Drehstabstabilisators wird an dem Rahmen oder dem Aufbau des Fahrzeuges abgestützt. Die Endabschnitte sind mit jeweils einer Aufhängungsseite der Fahrwerksachse gekoppelt.
Auf diese Weise wird der Drehstabstabilisator bei einer gegenläufigen Bewegung der beiden Aufhängungsseiten insbesondere in seinem Mittenabschnitt in sich verdreht, so dass sich eine dem Kippmoment entgegen gerichtete Reaktionskraft ergibt. Diese unterbleibt naturgemäß bei einer gleichgerichteten Bewegung der beiden Aufhängungsseiten, da hierbei keinerlei Torsion des Drehstabstabilisators eintreten kann.
Die nunmehr vorgestellte Stabilisierungsanordnung für ein Neigefahrwerk eines Fahrzeugs ermöglicht den überaus kostengünstigen Aufbau sowie das erleichterte Handling eines so ausgestatteten Fahrzeugs. Bereits bei einem rein passiven Neigefahrwerk werden die Fahrstabilität und die Fahrbarkeit des so ausgestatteten Fahrzeugs insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten deutlich gesteigert. Bei einem aktiven Neigefahrwerk sind die Anforderungen an die Leistung des wenigstens einen erforderlichen Aktuators bei Verwendung der erfindungsgemäßen Stabilisierungsanordnung entsprechend reduziert, so dass dieser insgesamt kleiner ausfallen kann. Hierdurch können Gewicht, Kosten sowie Energie- und Platzbedarf entsprechend reduziert werden.
Die Stabilisierungsanordnung ermöglicht auch im Stand sowie in Parkstellung eine überaus einfache vertikale Ausrichtung des Fahrzeugs bzw. dessen Aufbaus in Bezug auf sein Fahrwerk. Die dem Kippmoment entgegengesetzte Kraft des Stabilisierungsmittels kann so gewählt sein, dass sie das jeweilige Kippmoment aufhebt oder nur zum Teil reduziert. So kann das Stabilisierungsmittel aufgrund einer Reduzierung des Kippmoments dazu beitragen, ein deutlich erleichtertes Handling des Neigefahrzeugs zu bewirken.
Im direkten Vergleich mit einem Fahrrad ist dessen Masse entsprechend gering im Vergleich zu der Masse der aufsitzenden Person. Aus diesem Grund ist die Stabilisierung eines Fahrrades bereits durch eine leichte Verlagerung des Masseschwerpunktes der fahrenden Person einfach durchzuführen. Demgegenüber ist die Masse eines Neigefahrzeugs deutlich größer, so dass dessen Stabilisierung durch Gewichtsverlagerung der Person bei weitem nicht derart leicht vornehmbar ist. Dies wirkt sich insbesondere bei langsamer Fahrt aus, in der keinerlei Selbststabilisierung des (passiven) Neigefahrzeugs stattfindet. Hier nun greift die erfindungsgemäße Lösung ein, welche dem jeweiligen Kippmoment eine zumindest aus der jeweiligen Neigung des Fahrzeugs bzw. dessen Aufbaus entstehende Kraft entgegensetzt.
Ein Neigefahrwerk für ein schienenungebundenes Fahrzeug weist mindestens drei Räder auf. Das Neigefahrwerk umfasst eine Stabilisierungseinrichtung, bei welcher es sich in vorteilhafter Weise um die zuvor aufgezeigte erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung handeln kann. Deren mögliche Ausführungen gelten daher für das Neigefahrwerk entsprechend.
Das Neigefahrwerk weist wenigstens eine mehrspurige Fahrwerksachse auf, welche zwei gegenüberliegende Aufhängungsseiten besitzt. Weiterhin ist ein Waagebalken vorgesehen, welcher endseitig mit jeweils einer der Aufhängungsseiten der Fahrwerksachse gekoppelt ist. Der Waagebalken ist mit wenigstens einem passiven Stabilisierungsmittel verbunden. Das Stabilisierungsmittel ist dazu vorgesehen, um in seinem eingebauten Zustand gegen einen Rahmen oder einen Aufbau des Fahrzeugs abgestützt zu werden. Hierbei ist das Stabilisierungsmittel zur Bereitstellung einer Reaktionskraft ausgebildet, welche einem aus einer Neigung des Fahrzeugs resultierenden Kippmoment entgegengesetzt ist.
Ein Drehlager ist zwischen den freien Enden des Waagebalkens gelegen. Dabei wird das Drehlager im eingebauten Zustand derart mit dem Rahmen oder dem Aufbau des Fahrzeugs verbunden, dass der Waagebalken um eine sich in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckende stationäre Drehachse des Drehlagers herum zumindest begrenzt drehbar; näherhin verschwenkbar ist.
Das Stabilisierungsmittel ist als Drehfederelement ausgebildet. Alternativ hierzu kann das Stabilisierungselement wenigstens ein Drehfederelement umfassen. Dabei ist das Drehfederelement im Bereich des Drehlagers angeordnet und gegenüber dem Rahmen oder Aufbau des Fahrzeugs abstützbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des Neigefahrwerks kann dieses wenigstens einen Aktuator mit umfassen. Besagter Aktuator kann bevorzugt derart mit der Fahrwerksachse verbunden sein, dass dieser aufgrund seiner aktiven Längenänderung eine Querneigung des Fahrzeugs in dessen jeweilige Lenkrichtung ermöglicht. Besonders bevorzugt kann der Aktuator auch oder alternativ dazu ausgebildet sein, um auf diese Weise das Fahrzeug aus einer Querneigung heraus bei Bedarf aktiv aufzurichten. Durch die Kombination mit wenigstens einem solchen Aktuator handelt es sich dann um ein aktives Neigefahrwerk.
In Bezug auf die Anordnung des Aktuators ist vorgesehen, dass dieser einerseits mit wenigstens einer der beiden Aufhängungsseiten der Fahrwerksachse verbunden sein kann. Insbesondere im eingebauten Zustand ist vorgesehen, dass der Aktuator dann andererseits gegen den Rahmen oder den Aufbau des Fahrzeugs abstützbar sein kann. Die jeweilige Lage des Aktuators ist bevorzugt so zu wählen, dass sich ein günstiger Winkel und/oder günstiger Hebelarm ergibt. Hierdurch kann dieser entsprechend klein gewählt werden, so dass sich ein möglichst geringes Gewicht sowie eine möglichst geringe Leistungsaufnahme erreichen lassen.
In den folgenden Figuren werden zum besseren Verständnis zunächst einige grundsätzliche Eigenarten anhand des Aufbaus eines einfachen Neigefahrzeugs aus dem Stand der Technik verdeutlicht. Es zeigen:
1 ein typischer Aufbau eines Neigefahrzeugs mit passivem Neigefahrwerk in einer Vorderansicht in aufrechter Ausrichtung,
2 das Neigefahrzeug aus 1 in geneigter Ausrichtung in selber Darstellungsweise,
3 das geneigte Neigefahrzeug aus 2 mit zusätzlichen Angaben in selber Darstellungsweise,
4 das aufrecht ausgerichtete Neigefahrzeug aus 1 mit einer Komponente eines typischen Neigefahrwerks in selber Darstellungsweise sowie
5 das Neigefahrzeug aus 4 mit der verdeutlichten Komponente seines Neigefahrwerks in geneigter Ausrichtung und ansonsten selber Darstellungsweise.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von einem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:
6 das geneigte Neigefahrzeug aus 5 in Kombination mit einem Neigefahrwerk in selber Darstellungsweise sowie mit einer erfindungsgemäßen Stabilisierungsanordnung.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt die schematische Darstellung eines schienenungebundenen Fahrzeugs 1 mit einem nicht näher ersichtlichen typischen passiven Neigefahrwerk 2. In der hier gezeigten Vorderansicht fällt die Blickrichtung in eine Längsrichtung x des Fahrzeugs 1. In dieser Ansicht ist zunächst ein waagerechter Untergrund 3 zu erkennen, auf welchem das Fahrzeug 1 mit zwei seiner an einer gemeinsamen (angedeuteten) Fahrzeugachse y angeordneten Räder 4, 5 aufsteht. Die beiden Räder 4, 5 sind bezüglich ihrer jeweiligen Aufstandsebene auf dem Untergrund 3 in einem Abstand T in Längsrichtung der Fahrzeugachse y voneinander beabstandet. Jedes der Räder 4, 5 ist Bestandteil einer Aufhängungsseite 6, 7 der mehrspurigen Fahrzeugachse y.
Zwischen dem in 1 links gelegenen linken Rad 4 und dem in 1 entsprechend rechts gelegenen rechten Rad 5 ist ein Aufbau 8 des Fahrzeugs 1 zu erkennen. In oder auf diesem befindet sich in der Regel die das Fahrzeug 1 steuernde und hier nicht weiter gezeigte Person. Mittig des Aufbaus 8 ist ein Schwerpunkt S angedeutet. Bei diesem Schwerpunkt S kann es sich allein um den des Fahrzeugs 1 handeln oder aber um den Schwerpunkt S des Fahrzeugs 1 in Kombination mit der nicht näher dargestellten Person. Der Schwerpunkt S befindet sich in einer konstanten Höhe h oberhalb des Untergrundes 3.
2 zeigt einen geneigten Zustand des Fahrzeugs 1, dessen Aufbau 8 vorliegend nach links gekippt ist. Wie zu erkennen, stellt sich durch die Neigung des Aufbaus 8 ein Winkel α gegenüber einer Lotrechten z ein, welche vorliegend senkrecht zur Erstreckung des Untergrundes 3 verläuft. Hierdurch entfernt sich der Schwerpunkt S unter Ausbildung eines Hebelarmes b aus der Ebene der Lotrechten z. Gleichzeitig senkt sich der Schwerpunkt S auf einer Kreisbahn auf eine variable Höhe h' über dem Untergrund ab, welche kleiner als die konstante Höhe h in aufrechter Ausrichtung des Fahrzeugs 1 ist. Die variable Höhe h' hängt dabei entscheidend von der Ausgestaltung des Neigefahrwerks 2 ab. Unter der Annahme, dass ein Drehpunkt P für die Neigung des Fahrzeugs 1 auf Ebene des Untergrundes 3 liegt, ergibt sich für die variable Höhe h' folgendes Verhältnis: h' = h·cos α
Durch den sich mit zunehmendem Winkel α vergrößernden Hebelarm b des Schwerpunktes S erhöht sich ein aus der Neigung resultierendes Kippmoment R1. Besagtes Kippmoment R1 berechnet sich wie folgt: R1 = m·g·h·sinα = G·h·sinα
Die Gewichtskraft "G" des Schwerpunktes S ergibt sich ersichtlich aus "m·g", wobei "m" der Masse und "g" der normalen Erdbeschleunigung (Fallbeschleunigung) in Abhängigkeit von dem jeweiligen Standort entspricht. Diese kann zumeist mit 9,80665 m/s² bzw. rund 9,81 m/s² angenommen werden.
Da es sich bei der normalen Erdbeschleunigung "g" und der Masse "m" sowie der konstanten Höhe "h" um gleichbleibende Werte handelt, könnten diese vorliegend zu einer einzelnen Konstante "k1" zusammengefasst werden. Als Formel ausgedrückt: R1 = k1·sinα
3 zeigt eine das Kippmoment R1 zusätzlich vergrößernde Seitenkraft E, welche sich wie folgt zusammensetzt: E = m·a
Hierbei meint a nicht die für das Gleichgewicht erforderliche Seitenbeschleunigung im stationären Zustand des Fahrzeugs 1, sondern vielmehr eine vorübergehende Beschleunigung in die falsche Richtung (Fahrzeug 1 ist in die falsche Richtung gelehnt).
Das resultierende Kippmoment R2 ergibt sich somit aus der Summe des Kippmoments R1 und der Seitenkraft E mit ihrem Hebelarm in Form der variablen Höhe h'. Hieraus folgt: R2 = m·g·h·sinα + m·a·h'
4 ist erneut das Fahrzeug 1 aus 1 in aufrechter Haltung zu entnehmen. Ersichtlich ist dessen Neigefahrwerk 2 um einen typischen Waagebalken 9 ergänzt, welcher über Koppelelemente 10, 11 mit den Rädern 4, 5 bzw. deren jeweiliger Aufhängungsseite 6, 7 der Fahrwerksachse y gelenkig verbunden ist. Der Waagebalken 9 besitzt zwei voneinander abgewandte freie Enden 12, 13, zwischen denen ein Drehlager 14 angeordnet ist. Das Drehlager 14 ist derart mit dem Aufbau 8 des Fahrzeugs 1 verbunden, dass der Waagebalken 9 um eine sich in Längsrichtung x des Fahrzeugs 1 erstreckende stationäre Drehachse x1 des Drehlagers 12 herum drehbar ist. Vorliegend fallen die Längsrichtung x und die Drehachse x1 aufeinander, was allerdings nur als beispielhaft anzusehen ist und im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch mit einem entsprechenden Abstand zwischen der Längsrichtung x und der Drehachse x1 umsetzbar ist.
5 zeigt nochmals den geneigten Zustand des mit dem Waagebalken 9 ausgestatteten Fahrzeugs 1 aus 4. Wie zu erkennen, wird das Fahrzeug 1 in einer Kurve durch den Waagebalken 9 zu einer Neigung gezwungen, wobei sich gleichzeitig eine entgegengesetzte Bewegung der beiden Aufhängungsseiten 6, 7 hinsichtlich deren jeweiligen Federwege einstellt. Mit zunehmender Neigung des Fahrzeugs 1 bzw. dessen Aufbaus 8 verändert sich der Winkel β zwischen einer Horizontalen H des Aufbaus 8 und der Erstreckung des Waagebalkens 9.
6 ist die Ausgestaltung des Fahrzeugs 1 mit einer erfindungsgemäßen Stabilisierungsanordnung 15 zu entnehmen. Neben dem Waagebalken 9 umfasst die erfindungsgemäße Stabilisierungsanordnung 15 ein passives Stabilisierungsmittel 16. Das Stabilisierungsmittel 16 ist einerseits mit dem Waagebalken 9 und andererseits an dem Aufbau 8 des Fahrzeugs 1 abgestützt.
Vorliegend ist das Stabilisierungsmittel 16 in 6 als Drehstabstabilisator ausgeführt, welcher einen Mittenabschnitt 17 mit endseitig angeordneten und dem Mittenabschnitt 17 gegenüber richtungsgleich abgewinkelten Endabschnitte 18, 19 besitzt. Insbesondere der Mittenabschnitt 17 erstreckt sich dabei zwischen den beiden Aufhängungsseiten 6, 7. Das als Drehstabstabilisator ausgeführte Stabilisierungsmittel 16 ist über seinen Mittenabschnitt 17 an dem Aufbau 8 des Fahrzeugs 1 abgestützt, indem der Mittenabschnitt 17 durch geeignete Lager 20, 21 gelenkig mit dem Aufbau 8 verbunden ist. Wie zu erkennen, ist der Mittenabschnitt 17 aufgrund der Neigung des Fahrzeugs 1 zumindest abschnittsweise tordiert, so dass dessen ansonsten parallel ausgerichtete Endabschnitte 18, 19 gegenläufig elastisch ausgelenkt sind.
Die beiden abgewinkelten Endabschnitte 18, 19 des Stabilisierungsmittels 16 sind endseitig mit jeweils einer Seite des Waagebalkens 9 gelenkig verbunden, so dass das Stabilisierungsmittel 16 mit jeweils einer Aufhängungsseite 6, 7 der Fahrwerksachse y gekoppelt ist. Auf diese Weise dient das Stabilisierungsmittel 16 dazu, um eine dem aus der Neigung des Fahrzeugs 1 bzw. dessen Aufbaus 8 resultierenden Kippmoment R1 oder R2 gegenüber entgegengesetzte Reaktionskraft bereitzustellen. Dabei wird das Stabilisierungsmittel 16 bei einer Neigung des Fahrzeugs 1 vorliegend gegen seinen Widerstand elastisch verdreht, was dessen Bestreben zur Einnahme der ursprünglichen Ausgestaltung zur Folge hat. Hiernach stellt insbesondere die Rückstellkraft des tordierten Mittelabschnitts 17 die gewünschte Reaktionskraft bereit, welche das Kippmoment R1 oder R2 zumindest teilweise reduziert.
Bei Ausführung des Stabilisierungsmittels 16 als Drehfederelement könnte dessen als Reaktionskraft zu erzeugendes Gegenmoment "M" wie folgt berechnet werden: M = k2·β
Der Einsatz eines Drehfederelements führt zu einer prozentual unterschiedlichen Kompensierung über den Winkel α der Neigung, was je nach Anwendungsfall erwünscht sein kann.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug (Neigefahrzeug)
2: Neigefahrwerk von 1
3: Untergrund
4: Rad von 6
5: Rad von 7
6: Aufhängungsseite links von y
7: Aufhängungsseite rechts von y
8: Aufbau von 1
9: Waagebalken von 15
10: Koppelelement zwischen 6 und 9
11: Koppelelement zwischen 7 und 9
12: freies Ende von 9
13: freies Ende von 9
14: Drehlager von 9
15: Stabilisierungsanordnung
16: Stabilisierungsmittel von 15
17: Mittenabschnitt von 16
18: Endabschnitt links von 16
19: Endabschnitt rechts von 16
20: Lager von 16
21: Lager von 16
22: Befestigungsbereich von 16
a: vorübergehende Beschleunigung
α: Winkel
β: Winkel
b: Hebelarm
c: Federkonstante
d: Hebelarm
E: Seitenkraft
G: Gewichtskraft von S
H: Horizontale von 8
h: konstante Höhe von S über 3
h': variable Höhe von S über 3
k1: Konstante
k2: Konstante
M: Gegenmoment
P: Drehpunkt
R1: Kippmoment
R2: Kippmoment
S: Schwerpunkt
T: Abstand zwischen 4 und 5
x: Längsrichtung von 1
x1: Drehachse von 14
y: Fahrzeugachse von 2
z: Lotrechte
z1: Hochachse von 8

Claims

Stabilisierungsanordnung für ein Neigefahrwerk (2) eines schienenungebundenen Fahrzeugs (1), umfassend einen mit jeweils einer Aufhängungsseite (6, 7) einer mehrspurigen Fahrwerksachse (y) des Neigefahrwerks (2) koppelbaren Waagebalken (9) sowie wenigstens ein passives Stabilisierungsmittel (16), welches einerseits mit dem Waagebalken (9) verbunden ist und andererseits dazu vorgesehen ist, um gegen einen Rahmen oder Aufbau (8) des Fahrzeugs (1) abgestützt zu werden, wobei das Stabilisierungsmittel (16) dazu ausgebildet ist, eine einem aus einer Neigung des Fahrzeugs (1) resultierenden Kippmoment (R1, R2) gegenüber entgegengesetzte Reaktionskraft bereitzustellen, wobei ein zwischen freien Enden (12, 13) des Waagebalkens (9) gelegenes Drehlager (14), derart mit dem Rahmen oder Aufbau (8) des Fahrzeugs (1) verbindbar ist, dass der Waagebalken (9) um eine sich in Längsrichtung (x) des Fahrzeugs (1) erstreckende stationäre Drehachse (x1) des Drehlagers (14) herum drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungsmittel (16) als Drehfederelement im Bereich des Drehlagers (14) angeordnet ist und gegenüber dem Rahmen oder Aufbau (8) des Fahrzeugs (1) abstützbar ist, wobei das Stabilisierungsmittel (16) als Drehstabstabilisator ausgebildet ist, dessen Mittelabschnitt (17) sich am Aufbau (8) abstützt und dessen abgewinkelte Endabschnitte (18, 19) endseitig mit jeweils einer Seite des Waagebalkens (9) gelenkig verbunden sind.
Stabilisierungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen Aktuator, wobei der Aktuator derart mit der Fahrwerksachse (y) verbunden ist, um durch seine aktive Längenänderung eine Querneigung des Fahrzeugs (1) in dessen jeweilige Lenkrichtung zu ermöglichen und/oder das Fahrzeug (1) aus einer Querneigung heraus aktiv aufzurichten.
Stabilisierungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator einerseits mit einer Aufhängungsseite (6, 7) der Fahrwerksachse (y) verbunden ist und andererseits gegen den Rahmen oder Aufbau (8) des Fahrzeugs (1) abstützbar ist.