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Die vorliegende Erfindung betrifft eine semi-aktive Stabilisatoranordnung für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Um bei zweispurigen Fahrzeugen eine ausreichende Entkopplung des Aufbaus von dem zu befahrenden Untergrund zu erreichen, sind deren Räder an relativ zum Aufbau beweglichen Fahrzeugachsen befestigt. Hinterachsen können beispielsweise als Starr- oder Halbstarrachsen wie etwa Pendel- oder Verbundlenkerachsen ausgebildet sein. Demgegenüber weisen Vorderachsen in der Regel weitestgehend voneinander unabhängige Einzelradaufhängungen an jeder Fahrzeugseite auf, welche vermehrt auch bei der Ausgestaltung von Hinterachsen eingesetzt werden. Gegenüber Verbundlenkerachsen weisen Einzelradaufhängungen den Vorteil von verbesserten Fahreigenschaften auf, was insbesondere aus deren sich gegenseitig nicht beeinflussenden Radstellungen beim Ein- und Ausfedern her resultiert. Dies wird erreicht, indem das jeweilige Rad an einem Radträger drehbar gelagert ist, welcher wiederum über zumeist mehrere Lenker beweglich angelenkt ist.
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In Abhängigkeit ihrer jeweiligen Ausrichtung werden die Lenker dabei in Längs-, Schräg- und Querlenker unterschieden. Deren fahrzeugseitige Lagerung kann über wenigstens eine Buchse erfolgen, welche beispielsweise als Verbundlager in Form eines Gummi-Metall-Lagers ausgeführt ist. Die Lagerung kann dabei entweder direkt oder aber unter Eingliederung eines Hilfsrahmens (Fahrschemel, Achsträger) an dem Aufbau des Fahrzeugs erfolgen. Demgegenüber kann die radseitige Kopplung zwischen Lenker und Radträger beispielsweise durch eine Verbindungsanordnung im Sinne eines Kugelgelenks realisiert sein.
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Obwohl die sich bei Einzelradaufhängungen gegenüberliegenden Räder nicht – wie im klassischen Sinne – auf einer gemeinsamen baulichen Querverbindung angeordnet sind, wird deren zumindest paarweise Anordnung als Gesamtheit üblicherweise dennoch als Vorder- oder Hinterachse bezeichnet.
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Unabhängig von der jeweiligen Ausgestaltung beinhalten die Achsen eines Fahrzeugs relativ zu dessen Aufbau bewegliche Achskomponenten, welche in Kombination mit federnden und dämpfenden Elementen bzw. Mitteln die Bestandteile eines Fahrwerks bilden. Neben dem Einsatz von Dämpfungsmitteln herkömmlicher Bauart etablieren sich hierbei zunehmend sogenannte aktive Dämpfungsmittel. Diese bieten den Vorteil, dass deren Charakteristik auch noch im eingebauten Zustand und insbesondere während des laufenden Betriebes veränderbar ist. Hierdurch ist es möglich, das gewünschte Dämpfverhalten einzustellen und an den jeweils vorherrschenden Untergrund anzupassen sowie gezielten Einfluss auf die Fahrstabilität des Fahrzeugs zu nehmen. Dagegen als "passiv" zu bezeichnende herkömmliche Dämpfungsmittel erfordern bereits bei ihrer Auswahl einen Kompromiss bezüglich des insofern festgelegten Fahrverhaltens und der damit einhergehenden Fahrstabilität sowie -sicherheit und des Fahrkomforts.
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Hinsichtlich der Fahrdynamik des in Bewegung befindlichen Fahrzeugs gehen die Bestrebungen dahin, dessen zumeist als unangenehm empfundenen rotatorischen Bewegungen in Form von Gieren, Nicken und Wanken zu kontrollieren. Neben dem so erhöhten Fahrkomfort lässt sich hierdurch auch die Fahrsicherheit insgesamt erhöhen. Besagte Bewegungen erfolgen dabei um jeweils eine der drei Hauptachsen des Fahrzeugs herum, wobei Gieren dessen Kreiseln um die Hochachse, Nicken das Heben und Senken seiner Front sowie seines Hecks um die Querachse und Wanken dessen seitliches Neigen um die Längsachse herum meinen. Ursächlich für diese Bewegungen ist im Wesentlichen die Beschaffenheit des jeweiligen Untergrundes, wenngleich das Wanken schon allein aus Richtungswechseln und das Nicken zumeist aus Beschleunigungs- und Bremsmanövern hervorgehen können. Während das Gieren im Wesentlichen durch auf die Bremseinrichtung des Fahrzeugs wirkende Assistenzsysteme kontrolliert wird, richten sich die Maßnahmen zur Kontrolle des Nickens und Wankens an dessen Fahrwerk selbst.
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So wurde mit der
FR 2 879 509 A1 ein hydropneumatisches Fahrwerk für ein Fahrzeug bekannt, welches pro Einzelradaufhängung einen Hydraulikzylinder vorsieht. Die Hydraulikzylinder sind unter Zwischenschaltung von Speichergefäßen fluidleitend miteinander verbunden. Durch gezieltes Zu- und Ableiten des Fluids in und aus den einzelnen Hydraulikzylindern werden die Einzelradaufhängungen derart angesprochen, dass dem Wanken und Neigen sowie dem Auf- und Abschwingen (Pumpen) des Fahrzeugaufbaus aktiv entgegengewirkt werden kann. Gegenüber einem Fahrwerk mit mechanischen Feder- und Dämpfungsmitteln können sowohl Aufbau als auch Betrieb eines solchen hydropneumatischen Fahrwerks als durchaus aufwendiger und insgesamt teurer in der Herstellung angesehen werden.
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Im Zusammenhang mit dem insbesondere in Kurvenfahrten auftretenden seitlichen Wanken eines Fahrzeugs ist auch der Einsatz von wenigstens einem Stabilisator (Drehstabfeder) bekannt. Dessen sich im Wesentlichen in Querrichtung des Fahrzeugs erstreckende Anordnung sieht die Kopplung der sich jeweils gegenüberliegenden Einzelradaufhängungen einer Achse vor. Hierzu weist der Stabilisator zu seinen beiden Enden hin abgewinkelte Endabschnitte auf, welche entweder direkt oder über geeignete Koppelelemente mit den ungefederten Massen der Einzelradaufhängungen verbunden sind; beispielsweise mit den Radträgern. Aufgrund der als Hebelarme wirkenden Endabschnitte des Stabilisators werden bei entgegengesetzten Ein- und Ausfederbewegungen entsprechende Drehmomente innerhalb des Stabilisators erzeugt, so dass sich die Einzelradaufhängungen einer Achse quasi aneinander elastisch abstützen. Auf diese Weise wird dem Wanken bzw. dem seitlichen Neigen des Aufbaus insofern rein passiv entgegengewirkt. In aktiver Ausgestaltung werden derartige Stabilisatoren beispielsweise zusätzlich mit einem Aktuator ausgestattet, um ein bedarfsweises Drehmoment innerhalb des Stabilisators zu erzeugen.
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Hierzu gehen aus der
US 2009/0230639 A1 und der
DE 10 2005 009 002 A1 sowie der
EP 1 030 790 B1 ,
EP 1 491 371 A1 ,
EP 1 661 740 A1 ,
US 2004/0217569 A1 und der
US 6,425,585 B1 geeignete Verfahren sowie Vorrichtungen hervor, welche zur Beeinflussung des Wankverhaltens eines Fahrzeugs dienen. Hierin wird die Anordnung wenigstens eines Stabilisators aufgezeigt, dessen sich zwischen seinen abgewinkelten Endabschnitten erstreckender Mittelteil in zwei Stabilisatorabschnitte getrennt ist. Im Sinne eines aktiven Stabilisators ist ferner ein Aktuator vorgesehen, welcher zwischen den beiden Stabilisatorabschnitten angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine Art Schwenkantrieb etabliert, bei dem durch Aufbringen eines entsprechenden Drehmoments eine gezielte Verdrehung der beiden Stabilisatorabschnitte gegeneinander erreicht werden kann. Ziel dabei ist die so geschaffene Möglichkeit zur unmittelbaren Einflussnahme auf die Wank- und/oder Nickbewegungen des Aufbaus. In der Umsetzung ist der Aktuator als Elektromotor aufgebaut, wobei einer der Stabilisatorabschnitte mit dem Gehäuse des Aktuators verbunden ist, in welchem ein Stator angeordnet ist. Der jeweils andere Stabilisatorabschnitt ist dagegen fest mit einer relativ zum Stator bzw. dem Gehäuse drehbaren Welle des Aktuators verbunden.
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Über die zuvor aufgezeigten Ausgestaltungen eines aktiven Stabilisators hinaus, ist den bereits angesprochenen
EP 1 030 790 B1 und
EP 1 661 740 A1 sowie der
US 6,425,585 B1 die zusätzliche Anordnung eines Blockiermittels in Form einer Bremse zu entnehmen. Hierdurch können die beiden Stabilisatorabschnitte bei Bedarf – ohne den Aufbau eines Drehmoments durch den Aktuator – verdrehfest miteinander gekoppelt werden.
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Demgegenüber zeigen die
EP 1 554 139 B1 und die
US 2005/0212224 A1 einen aktiven Stabilisator, welcher eine bei einem möglichen Ausfall des Aktuators aktivierbare Sicherungsvorrichtung (Fail-Safe) umfasst. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit zur Verriegelung der beiden Stabilisatorabschnitte über ein ansteuerbares Verriegelungselement in Form eines Bolzens. Durch dessen entsprechende Verlagerung zwischen zwei Positionen ist im Bedarfsfall eine Drehmoment übertragende mechanische Kopplung der beiden Stabilisatorabschnitte ermöglicht. Darüber hinaus wird die Anordnung eines Energiespeichers für den Aktuator vorgeschlagen, um im Bedarfsfall eine ausreichend hohe Kraftentfaltung zu erhalten bzw. um den Aktuator zu entlasten. Bei dem Energiespeicher handelt es sich bevorzugt um ein zwischen den getrennten Stabilisatorabschnitten angeordnetes Federelement in Form einer Schraubenfeder. Durch dessen Vorspannen kann die so gespeicherte Kraft zusätzlich zu der Kraft des Aktuators entfaltet werden, wodurch im Bedarfsfall eine über der eigentlichen Leistung des Aktuators liegende Stellkraft zur Verfügung steht. Zum Vorspannen wird das in seiner Längsrichtung parallel zu den Stabilisatorabschnitten zwischen diesen angeordnete Federelement zunächst gestaucht. Ein Ende des Federelements ist mit einem Zapfen verbunden, welcher in einer von der Querrichtung abweichenden Kurvenbahn geführt ist. Beim Entspannen des Federelements kann so dessen in Längsrichtung des Stabilisators wirkende Kraft in eine die beiden Stabilisatorabschnitte gegeneinander verdrehende Bewegung umgesetzt werden.
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Aus der
US 2004/0217569 A1 geht eine weitere Ausgestaltung eines Stabilisators hervor, welcher keinen Stellantrieb im Sinne eines Elektromotors besitzt, sondern Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes. Das Magnetfeld dient zur Manipulation eines magnetorheologischen Fluids, welches in einer die beiden voneinander getrennten Stabilisatorabschnitte koppelnden Verbindungsanordnung angeordnet ist. Die Verbindungsanordnung besitzt ein mit einem der Stabilisatorabschnitte verdrehfest verbundenes Gehäuse und eine innerhalb des Gehäuses drehbeweglich gelagerte Welle, welche mit dem anderen Stabilisatorabschnitt verdrehfest verbunden ist. Der Innenumfang des Gehäuses wie auch der Außenumfang der Welle weisen miteinander korrespondierende Geometrien auf. So umfasst die Welle sich radial erstreckende Flügel, welche in entsprechende Ausnehmungen am Innenumfang des Gehäuses greifen. Flügel und Ausnehmungen sind dabei derart zueinander beabstandet, dass die beiden Stabilisatorabschnitte begrenzt gegeneinander verdrehbar sind. Hierdurch steht genügend Raum zwischen den sich unmittelbar gegenüberliegenden Flanken der Flügel und den Seiten der Ausnehmungen zur Verfügung, um das magnetorheologische Fluid darin aufzunehmen. Auf diese Weise kann durch Erzeugen eines Magnetfeldes die Viskosität des magnetorheologischen Fluids in der Art beeinflusst werden, dass besagte Verdrehbarkeit der beiden Stabilisatorabschnitte gegeneinander entweder ermöglicht ist oder zumindest teilweise erfolgen kann oder gar vollständig unterbunden ist.
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Um in der zuvor aufgezeigten Ausgestaltung eines Stabilisators ein Mindestmaß an Übertragbarkeit eines Drehmoments zwischen den beiden Stabilisatorabschnitten des Stabilisators zu gewährleisten, ist insofern die Aufrechterhaltung eines permanenten Magnetfeldes erforderlich, welches dem magnetorheologischen Fluid die hierfür erforderliche Viskosität verleiht. Überdies sind hohe Anforderungen an die Dichtigkeit hinsichtlich des die beiden Stabilisatorabschnitte verbindenden Gehäuses zu stellen.
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Die im Stand der Technik bekannten Vorschläge zur Ausbildung eines aktiv manipulierbaren Stabilisators sehen zumeist aufwendige sowie mitunter nur mit hohem Energieaufwand betreibbare Ausgestaltungen vor. Insbesondere die physikalische Auftrennung des Stabilisators in zwei Stabilisatorabschnitte stellt dabei hohe Anforderungen an die zwischen diesen anzuordnende Verbindungsanordnung.
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Angesichts des Gesagten bieten die derzeit bekannten aktiv regelbaren Stabilisatoren daher auch weiterhin noch Raum für Verbesserungen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stabilisator der zuvor aufgezeigten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass neben einem einfachen und wartungsarmen Aufbau eine effizientere Regelbarkeit zur Kompensation des Wank- und/oder Nickwinkels eines damit ausgestatteten Fahrzeugs ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine semi-aktive Stabilisatoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Nachfolgend wird eine semi-aktive Stabilisatoranordnung aufgezeigt, welche sich in vorteilhafter Weise zum Einsatz in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs eignet. Die semi-aktive Stabilisatoranordnung ist dazu ausgebildet, das Nicken und/oder Wanken eines entsprechend ausgestatteten, in Bewegung befindlichen Fahrzeugs zumindest teilweise zu kompensieren.
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Die semi-aktive Stabilisatoranordnung gemäß der Erfindung umfasst einen Stabilisator, welcher in zwei Teile getrennt ist. Hiernach sind zwei voneinander getrennte Stabilisatorteile vorgesehen, welche sich zumindest abschnittsweise entlang einer gemeinsamen Drehachse erstrecken. Mit anderen Worten sind die Längsachsen eines Abschnitts der jeweiligen Stabilisatorteile dabei so zueinander orientiert, dass diese mit der Drehachse zusammenfallen. Gemäß dieser Anordnung sind die beiden Stabilisatorteile unabhängig voneinander um ihre jeweilige Längsachse bzw. um deren gemeinsame Drehachse herum verdrehbar.
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In bevorzugter Weise kann jeder der beiden Stabilisatorteile einen Hebelarm aufweisen. Die Hebelarme sind dazu vorgesehen, mit einer ungefederten Masse einer Radaufhängung verbunden zu werden, beispielsweise mit einem Lenker oder einem Radträger. Die Verbindung kann dabei direkt oder bevorzugt über ein geeignetes Kopplungsglied erfolgen, wie etwa eine Koppelstange. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass sich die semi-aktive Stabilisatoranordnung in ihrem an einem Fahrzeug verbauten Zustand im Wesentlichen zwischen zwei gegenüberliegenden Radaufhängungen einer Fahrzeugachse des Fahrwerks erstrecken kann. Durch die Anordnung der Hebelarme kann eine Ein- und/oder Ausfederbewegung der jeweiligen Radaufhängung in eine Verdrehung des zugehörigen Stabilisatorteils um dessen Längsachse bzw. um die Drehachse herum umgesetzt werden, indem der mit der Radaufhängung gekoppelte Hebelarm entsprechend verschwenkt wird.
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Besagter Hebelarm kann in vorteilhafter Weise aus einer materialeinheitlich einstückigen Abwinkelung des jeweiligen Stabilisatorteils gegenüber seiner Längsachse bzw. der Drehachse gebildet sein. Selbstverständlich ist alternativ auch eine verdrehfeste Anordnung des Hebelarms an dem zugehörigen Stabilisatorteil denkbar, beispielsweise über eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung.
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Weiterhin ist ein Aktuator vorgesehen, welcher zwischen den beiden Stabilisatorteilen angeordnet ist. Dabei sind die beiden Stabilisatorteile so angeordnet, dass deren in Längsrichtung gelegenen freien Endbereiche zueinander ausgerichtet sind. Dabei sind die beiden Endbereiche der Stabilisatorteile durch den Aktuator miteinander verbunden.
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Erfindungsgemäß weist der Aktuator ein Gehäuse auf, welches dazu vorgesehen und ausgebildet ist, im eingebauten Zustand mit einem Hilfsrahmen und/oder Aufbau des Fahrzeugs verdrehfest verbunden zu sein. Weiterhin ist das Gehäuse derart ausgebildet, dass die beiden Endbereiche der Stabilisatorteile drehbar innerhalb des Gehäuses des Aktuators gelagert sind. Auf diese Weise können die beiden Stabilisatorteile unabhängig voneinander relativ zum Gehäuse des Aktuators verdreht werden. Insofern erstrecken sich die Längsachsen der beiden Stabilisatorteile bzw. deren gemeinsame Drehachse durch das Gehäuse des Aktuators hindurch.
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Weiterhin umfasst der Aktuator elektromagnetische Spulenelemente, um Einfluss auf die Verdrehung und/oder die Verdrehbarkeit der beiden Stabilisatorteile nehmen zu können. Hierzu können die Spulenelemente entsprechend elektrisch ansteuerbar ausgebildet sein. Zielführend sind die Spulenelemente so angeordnet, dass durch diese eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Gehäuse und dem jeweiligen Endbereich der beiden Stabilisatorteile ermöglicht ist.
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Der sich bereits hieraus ergebende Vorteil liegt zunächst in der voneinander unabhängigen Verdrehbarkeit der beiden Stabilisatorteile relativ zum Gehäuse des Aktuators. Gegenüber bekannten Ausgestaltungen, bei denen lediglich ein Stabilisatorteil innerhalb des Gehäuses gelagert ist, während der andere Stabilisatorteil verdrehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, ergibt sich eine deutlich reduzierte zu bewegende Masse. Aufgrund der verdrehfesten Anordenbarkeit des Aktuators über sein Gehäuse an einem Hilfsrahmen und/oder Aufbau des jeweiligen Fahrzeugs ergibt sich eine vereinfachte Lagerung des Aktuators selbst, da dieser nun nicht mehr frei drehbar unterhalb des Fahrzeugs befestigt werden muss. Zudem können die beiden Stabilisatorteile nun gezielt kontrolliert und/oder beeinflusst werden, da diese sowohl voneinander als auch von dem Gehäuse des Aktuators selbst unabhängig verdrehbar sind. Hierdurch ergibt sich eine präzisere Möglichkeit zu deren jeweiligen Ansteuerung über den Aktuator. Insgesamt ermöglicht die vorliegende erfindungsgemäße Ausgestaltung einer semi-aktiven Stabilisatoranordnung somit sowohl einen einfachen und wartungsarmen Aufbau als auch eine effiziente Regelbarkeit zur Kompensation des Wank- und/oder Nickwinkels eines damit ausgestatteten Fahrzeugs.
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Als Aktuator im Sinne der Erfindung wird eine Einrichtung angesehen, welche ein Drehmoment und/oder eine bremsende oder blockierende Wirkung auf die beiden Stabilisatorteile ausüben kann. Mit anderen Worten ist der Aktuator in der Lage, ein Drehmoment mit einem gewünschten Wert auf wenigstens einen Stabilisatorteil zu übertragen. Gleichzeitig oder alternativ ist der Aktuator in der Lage, eine aus den Federbewegungen der Radaufhängung resultierende Verdrehung des Stabilisatorteils um dessen Längsachse bzw. um die Drehachse herum zu bremsen oder ganz zu blockieren.
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Die elektromagnetischen Spulenelemente sind in äußere Spulenelemente und innere Spulenelemente unterteilt. Hierbei können die äußeren Spulenelemente in vorteilhafter Weise in oder alternativ an dem Gehäuse des Aktuators angeordnet sein. In ihrer Anordnung können diese dabei fest mit dem Gehäuse verbunden sein. Demgegenüber können die inneren Spulenelemente in vorteilhafter Weise mit den Stabilisatorteilen fest verbunden sein. Besonders bevorzugt kann jeweils wenigstens ein inneres Spulenelement in oder alternativ an jeweils einem Endbereich eines Stabilisatorteils angeordnet sein. Auf diese Weise sind die inneren und äußeren Spulenelemente quasi relativ zueinander verlagerbar, wobei im festgelegten Zustand des Aktuators über sein Gehäuse die inneren Spulenelemente gegenüber den äußeren Spulenelementen des Gehäuses verlagerbar sind.
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Dabei sind die inneren und äußeren Spulenelemente derart zueinander ausgerichtet und/oder angeordnet, dass eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen einem inneren Spulenelement und wenigstens einem zugehörigen äußeren Spulenelement ermöglicht ist. Hierdurch lässt sich die Verdrehung bzw. die Verdrehbarkeit des jeweiligen Stabilisatorteils gegenüber dem Gehäuse kontrollieren und/oder beeinflussen. So kann ein aufgrund einer Bestromung eines oder einzelner Spulenelemente erzeugbares Magnetfeld dazu genutzt werden, eine Verdrehung eines Stabilisatorteils um dessen Längsachse bzw. um die Drehachse herum beispielsweise zu initiieren und/oder zumindest teilweise zu bremsen oder gar zu blockieren. Aufgrund der veränderbaren Polarität der miteinander kommunizierenden Spulenelemente können folglich anziehende oder abstoßende Kräfte zwischen diesen erzeugt werden, um den Stabilisatorstab in gewünschter Weise hinsichtlich des Wankens und/oder Nickens des so ausgestatteten Fahrzeugs zu kontrollieren und/oder zu beeinflussen.
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Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass innerhalb des Gehäuses des Aktuators ein Federelement vorhanden ist, bei dem es sich um ein mechanisches Drehfederelement handelt.
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Hinsichtlich des Federelements ist vorgesehen, dass dieses zwischen den Endbereichen der beiden Stabilisatorteile angeordnet ist. In dieser Anordnung ist das Federelement in der Lage, etwaige rückstellende Kräfte auf wenigstens einen Stabilisatorteil auszuüben. Um die Rückstellkraft des Federelements auf die Stabilisatorteile übertragen zu können, ist dieses mit deren beiden Endbereichen entsprechend verbunden. Hierdurch kann sich das Federelement bei einer Verdrehung eines der Stabilisatorteile gegen den jeweils anderen Stabilisatorteil abstützen.
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Der Vorteil einer Abstützung des Federelements zwischen den beiden Endbereichen liegt in einer Entlastung wenigstens der inneren Spulenelemente, da diese bei einer gewünschten Kopplung der beiden Stabilisatorteile nicht aktiviert werden müssen. Hierdurch kann der Energieverbrauch der Spulenelemente deutlich reduziert werden. Ursächlich hierfür ist die Übertragbarkeit einer Verdrehung bzw. eines Drehmoments zwischen den beiden Stabilisatorteilen über das zwischen deren Endbereichen angeordnete Federelement.
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Alternativ hierzu ist selbstverständlich auch eine Ausgestaltung sowie Anordnung des Federelements denkbar, welche dessen Abstützung an dem Gehäuse des Aktuators ermöglicht.
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Weiterhin ist das Federelement dazu vorgesehen, die beiden Stabilisatorteile zu zentrieren. Unter Zentrieren wird im Sinne der Erfindung eine gezielte Rückstellung der beiden Stabilisatorteile in eine zuvor definierte Ausgangsstellung verstanden. Mit anderen Worten erfolgt das Zentrieren, indem der aufgrund einer Drehbewegung um seine Längsachse bzw. um die Drehachse herum verdrehte Stabilisatorteil wieder in seine ursprüngliche Stellung zurück verdreht wird. Im verbauten Zustand der Stabilisatoranordnung erfolgt die Verdrehung der Stabilisatorteile aus der ursprünglichen Stellung heraus regelmäßig aufgrund einer Federbewegung der Radaufhängungen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung ist eine Ausbildung und/oder Anordnung der in oder an den Endbereichen der beiden Stabilisatorteile angeordneten inneren Spulenelemente vorgesehen, so dass eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den inneren Spulenelementen ermöglicht sein kann. Hierdurch ist es möglich, eine Verdrehung des einen Stabilisatorteils zumindest teilweise auf den jeweils anderen Stabilisatorteil zu übertragen. Mit anderen Worten kann auf diese Weise bei Bedarf eine elektromagnetische Kopplung zwischen den beiden Endbereichen erfolgen, durch welche die beiden – an sich physikalisch voneinander getrennten – Stabilisatorteile zumindest eine gegenseitige Beeinflussung erfahren oder quasi als Einheit arbeiten.
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Gegenüber gemeinhin verwendeten Einrichtungen zur Kopplung der beiden Stabilisatorteile, beispielsweise über eine Bremseinrichtung, bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung den Vorteil der berührungslosen Funktionsweise. Hierdurch wird der Verschleiß einer solchen Stabilisatoranordnung hinsichtlich der Kontrolle und/oder Beeinflussung ihrer beiden Stabilisatorteile auf ein Minimum reduziert.
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Dank der nunmehr vorgestellten erfindungsgemäßen semi-aktiven Stabilisatoranordnung kann eine überaus präzise Ansteuerung der voneinander unabhängig verdrehbaren Stabilisatorteile erreicht werden, wobei der Aufbau der erfindungsgemäßen semi-aktiven Stabilisatoranordnung insgesamt als in der Herstellung sowie dem Einbau einfach und im Betrieb weitestgehend wartungsarm anzusehen ist.
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Die Erfindung kann als Teil eines Fahrwerks für ein Fahrzeug Verwendung finden, welches wenigstens eine, bevorzugt zwei semi-aktive Stabilisatoranordnungen aufweist. Bei wenigstens einer der semi-aktive Stabilisatoranordnungen kann es sich in vorteilhafter Weise um die zuvor aufgezeigte erfindungsgemäße semi-aktive Stabilisatoranordnung handeln.
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Wenigstens eine der beiden Stabilisatoranordnungen weist dann zwei voneinander getrennte Stabilisatorteile auf, welche sich zumindest abschnittsweise entlang ihrer Längsrichtung erstrecken. Die Längsrichtungen der beiden Stabilisatorteile bilden dabei eine gemeinsame Drehachse. Dabei sind die beiden Stabilisatorteile voneinander unabhängig um besagte Drehachse herum verdrehbar. Weiterhin ist zwischen den beiden Stabilisatorteilen ein Aktuator vorgesehen, welcher deren zueinander ausgerichteten freien Endbereiche miteinander verbindet.
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Erfindungsgemäß weist der Aktuator ein Gehäuse auf, welches dazu vorgesehen ist, im eingebauten Zustand mit einem Hilfsrahmen und/oder Aufbau des Fahrzeugs verdrehfest verbunden zu werden. Aufgrund der so festgelegten Ausrichtung des Aktuators sind die beiden Endbereiche der Stabilisatorteile drehbar innerhalb des Gehäuses gelagert. Weiterhin umfasst der Aktuator Spulenelemente, welche bei Bedarf eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Gehäuse und den beiden Endbereichen ermöglichen. Aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung können Nick- und/oder Wankbewegungen bzw. die daraus resultierenden Nick- und/oder Wankwinkel des so ausgestatteten und in Bewegung befindlichen Fahrzeugs zumindest teilweise kompensiert werden.
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Die sich hieraus ergebenden Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit der zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Stabilisatoranordnung näher erläutert, so dass an dieser Stelle zunächst auf die vorherigen Ausführungen hierzu verwiesen wird.
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Insbesondere bei einer bevorzugten Ausgestaltung beider Stabilisatoranordnungen auf die zuvor erläuterte Art ist das erfindungsgemäße Fahrwerk in der Lage, sowohl den Neigungswinkel des Fahrzeugaufbaus während Kurvenfahrten als auch dessen Nickwinkel während Brems- und/oder Beschleunigungsmanövern zu kompensieren.
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So kann der Neigungswinkel des Fahrzeugaufbaus während einer Kurvenfahrt mit Hilfe der elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen den Spulenelementen der semi-aktiven Stabilisatoranordnung der Vorderachse und zwischen den Spulenelementen der semi-aktiven Stabilisatoranordnung der Hinterachse kompensiert werden.
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Während Brems- und/oder Beschleunigungsmanövern kann der Nickwinkel des Fahrzeugaufbaus mit Hilfe der elektromagnetischen Wechselwirkungen sowohl zwischen den miteinander kommunizierenden inneren und äußeren Spulenelementen der semi-aktiven Stabilisatoranordnung der Vorderachse als auch zwischen den miteinander kommunizierenden inneren und äußeren Spulenelementen der semi-aktiven Stabilisatoranordnung der Hinterachse kompensiert werden.
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Darüber hinaus ist das so ausgestattete, erfindungsgemäße Fahrwerk auch in der Lage, etwaige überlagerte Neigungs- und Nickwinkel des Fahrzeugaufbaus zu kompensieren, so wie sie beispielsweise beim Bremsen oder Beschleunigen des Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt entstehen können. Die hierfür erforderliche Regelstrategie zur entsprechenden Ansteuerung der Spulenelemente kann so ausgestaltet sein, dass diese für eine nur teilweise oder eine vollständige Kompensation ausgelegt ist. Selbstverständlich kann der Grad der Kompensation auch variabel ausgestaltet sein, so dass die Höhe der so ermöglichten Kompensation beispielsweise von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig ist.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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1 ist eine schematische Aufsicht auf ein angedeutetes Fahrzeug 1 zu entnehmen, welches mit einem erfindungsgemäßen Fahrwerk 2 ausgestattet ist. Das Fahrwerk 2 weist eine hintere Achse 3 und eine vordere Achse 4 auf, welche in Bezug auf eine Längsrichtung x des Fahrzeugs 1 hintereinander angeordnet sind.
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Aufgrund des im Wesentlichen gleichen Aufbaus des Fahrwerks 2 hinsichtlich seiner beiden Achsen 3, 4 wird – zur Vereinfachung und zur Vermeidung von Wiederholungen – im weiteren Verlauf nur eine Hälfte des Fahrwerks 2 näher beschrieben. Vorliegend erfolgt die weitere Beschreibung am Beispiel der mit Bezug auf die Darstellung von 1 links gelegenen Hälfte des Fahrwerks 2, welche die hintere Achse 3 mit umfasst. Die in der Zeichnungsebene rechte Achse 4 stellt also spiegelbildlich beispielhaft die vordere Ache 4 dar.
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So weist die Achse 3, 4 eine linke Radaufhängung 5a und eine rechte Radaufhängung 5b auf, welche sich jeweils paarweise in einer Querrichtung y des Fahrzeugs 1 gegenüberliegen. Die Radaufhängungen 5a, 5b wenigstens einer der beiden Achsen 3, 4 können bei Bedarf in nicht näher gezeigter Weise lenkbar ausgebildet sein. Aufgrund der hier gezeigten Aufsicht erfolgt der Blick entgegen einer Hochrichtung z eines Aufbaus 7 des Fahrzeugs 1.
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Die einzelnen Radaufhängungen 5a, 5b weisen jeweils einen Radträger 6a, 6b auf, an denen jeweils ein zugehöriges Rad 8a, 8b angeordnet ist. In dieser Anordnung sind die einzelnen Räder 8a, 8b um eine zugehörige Raddrehachse 9a, 9b herum drehbar an dem jeweiligen Radträger 6a, 6b angeordnet. Jede Radaufhängung 5a, 5b umfasst ein Federbein, welches jeweils ein Federelement 10a, 10b und ein Dämpferelement 11a, 11b aufweist. Um die Federbewegungen in und entgegen der Hochrichtung z zu ermöglichen, sind die einzelnen Radträger 6a, 6b über Lenker 12a, 12b an einem Hilfsrahmen 13 angelenkt.
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Die Lenker 12a, 12b der Achse 3, 4 sind über Buchsenelemente 14a, 15a; 14b, 15b mit dem Hilfsrahmen 13 und über Kugelgelenke 16a, 16b mit den zugehörigen Radträgern 6a, 6b gelenkig verbunden. Weiterhin ist der Hilfsrahmen 13 über vier Buchsenelemente 17a, 18a; 17b, 18b mit dem Aufbau 7 des Fahrzeugs 1 verbunden.
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Ersichtlich sind insgesamt zwei erfindungsgemäß semi-aktive Stabilisatoranordnungen 19 vorgesehen, welche jeweils einer der beiden Achsen 3, 4 zugeordnet sind. Die jeweilige Stabilisatoranordnung 19 umfasst zwei voneinander getrennte Stabilisatorteile 20a, 20b, welche sich entlang einer gemeinsamen Drehachse y1 erstrecken. Die beiden Stabilisatorteile 20a, 20b weisen zu den Radaufhängungen 5a, 5b hin verlaufende, gegenüber der Drehachse y1 abgewinkelte Endabschnitte in Form von Hebelarmen auf, über welche die Stabilisatorteile 20a, 20b mit der ungefederten Masse der jeweiligen Radaufhängung 5a, 5b verbunden sind. Vorliegend ist besagte Verbindung nicht direkt, sondern über jeweils eine Koppelstange 21a, 21b ausgeführt, welche den abgewinkelten Endabschnitt des jeweiligen Stabilisatorteils 20a, 20b mit jeweils einem der zugehörigen Radträger 6a, 6b verbindet.
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Zwischen den beiden Stabilisatorteilen 20a, 20b ist ersichtlich ein Aktuator 22 angeordnet. Der Aktuator 22 weist ein Gehäuse 23 auf, über welches der Aktuator 22 in nicht näher gezeigter Art und Weise verdrehfest mit dem Hilfsrahmen 13 und/oder Aufbau 7 des Fahrzeugs 1 verbunden ist. Die zueinander ausgerichteten Abschnitte der beiden Stabilisatorteile 20a, 20b weisen an ihren Enden jeweils einen freien Endbereich 24a, 24b auf, welche über den Aktuator 22 bzw. dessen Gehäuse 23 miteinander verbunden sind. Hierbei sind die Stabilisatorteile 20a, 20b über ihre Endbereiche 24a, 24b innerhalb des Gehäuses 23 um die Drehachse y1 herum drehbar gelagert.
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Erkennbar weist der Aktuator 22 einzelne Spulenelemente 25a, 26a; 25b, 26b auf, von denen innere Spulenelemente 25a, 25b jeweils einem der beiden Endbereiche 24a, 24b der Stabilisatorteile 20a, 20b zugeordnet sind. Vorliegend sind die inneren Spulenelemente 25a, 25b innerhalb des jeweiligen Endbereichs 24a, 24b angeordnet. Demgegenüber sind äußere Spulenelemente 26a, 26b dem Gehäuse 23 des Aktuators 22 zugeordnet, welche vorliegend innerhalb einer Wandung angeordnet sind. Hierbei ist das jeweils äußere Spulenelement 26a, 26b um ein zugehöriges inneres Spulenelement 25a, 25b angeordnet, so dass vorliegend jeweils ein inneres Spulenelement 25a, 25b mit einem äußeren Spulenelement 26a, 26b kommuniziert. Aufgrund ihrer Ausgestaltung als Spulenelemente 25a, 26a; 25b, 26b sind diese derart mit Strom beaufschlagbar, dass eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Spulenelementen 25a, 26a; 25b, 26b ermöglicht ist.
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Weiterhin ist zwischen den Endbereichen 24a, 24b der beiden Stabilisatorteile 20a, 20b ein Drehfederelement 27 vorgesehen, welches mit den beiden Endbereichen 24a, 24b Drehmoment übertragend verbunden ist. Hierdurch können die beiden Stabilisatorteile 20a, 20b gegeneinander zentriert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrwerk von 1
- 3
- hintere Achse von 1
- 4
- vordere Achse von 1
- 5a
- Radaufhängung links von 2
- 5b
- Radaufhängung rechts von 2
- 6a
- Radträger von 5a
- 6b
- Radträger von 5b
- 7
- Aufbau von 1
- 8a
- Rad von 5a
- 8b
- Rad von 5b
- 9a
- Raddrehachse von 8a
- 9b
- Raddrehachse von 8b
- 10a
- Federelement von 5a
- 10b
- Federelement von 5b
- 11a
- Dämpferelement von 5a
- 11b
- Dämpferelement von 5b
- 12a
- Lenker von 5a
- 12b
- Lenker von 5b
- 13
- Hilfsrahmen
- 14a
- Buchsenelement von 5a
- 14b
- Buchsenelement von 5b
- 15a
- Buchsenelement von 5a
- 15b
- Buchsenelement von 5b
- 16a
- Kugelgelenk von 5a
- 16b
- Kugelgelenk von 5b
- 17a
- Buchsenelement zwischen 13 und 7
- 17b
- Buchsenelement zwischen 13 und 7
- 18a
- Buchsenelement zwischen 13 und 7
- 18b
- Buchsenelement zwischen 13 und 7
- 19
- Stabilisatoranordnung von 3
- 20a
- Stabilisatorteil für 5a
- 20b
- Stabilisatorteil für 5b
- 21a
- Koppelstange zwischen 20a und 6a
- 21b
- Koppelstange zwischen 20b und 6b
- 22
- Aktuator von 19
- 23
- Gehäuse von 22
- 24a
- freier Endbereich von 20a in 23
- 24b
- freier Endbereich von 20b in 23
- 25a
- inneres Spulenelement in 24a
- 25b
- inneres Spulenelement in 24b
- 26a
- äußeres Spulenelement in 23 um 25a
- 26b
- äußeres Spulenelement in 23 um 25b
- 27
- Drehfederelement zwischen 24a und 24b
- x
- Längsrichtung von 1
- y
- Querrichtung von 1
- y1
- Drehachse von 20a, 20b
- z
- Hochrichtung von 7
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 2879509 A1 [0007]
- US 2009/0230639 A1 [0009]
- DE 102005009002 A1 [0009]
- EP 1030790 B1 [0009, 0010]
- EP 1491371 A1 [0009]
- EP 1661740 A1 [0009, 0010]
- US 2004/0217569 A1 [0009, 0012]
- US 6425585 B1 [0009, 0010]
- EP 1554139 B1 [0011]
- US 2005/0212224 A1 [0011]
