DE102015223988A1

DE102015223988A1 - Fahrzeug-Achse oder Achsträger mit Lagern mit veränderbarer Steifigkeit

Info

Publication number: DE102015223988A1
Application number: DE102015223988.8A
Authority: DE
Inventors: Johann Dudkowiak; Hubert Scholz; Ludwig Seethaler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Achse oder einen Achsträger mit Lagern mit veränderbarer Steifigkeit, welche ein magnetorheologisches Elastomer enthalten, dessen Elastizität durch Veränderung eines einwirkenden Magnetfelds veränderbar ist. Vorzugsweise ist hierfür ein ringförmiges Elastomerelement in Segmente unterteilt, von denen zumindest eines durch ein magnetorheologisches Elastomer und zumindest eines durch ein hinsichtlich seiner Elastizität nicht veränderbares Elastomer gebildet ist. Auf das magnetorheologisches Elastomer kann ein (für verschiedene Fzg.-Typen unterschiedlicher) Permanentmagnet oder ein von einer Steuereinheit angesteuerter Elektromagnet einwirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Achsträger, auf welchem über Lager mit veränderbarer Steifigkeit ein Aufbau des Fahrzeugs abgestützt ist. Hierfür sei als Stand der Technik die DE 103 51 574 B4 oder die DE 103 29 037 A1 genannt. Ferner wird auf die DE 696 22 141 T2 sowie auf die DE 10 2014 200 295 A1 verwiesen, und in Zusammenhang mit diesem Stand der Technik betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit zumindest einem elastischen Lager im Fahrwerksbereich, welches ein magnetorheologisches Elastomer enthält, dessen Elastizität durch Veränderung eines einwirkenden Magnetfelds veränderbar ist.
Bei Personenkraftwagen werden als Lager für die weit verbreiteten Hinterachsträger meist konventionelle Gummilager mit einem zwischen einem Kern und einer Hülse oder Buchse des Lagers vorgesehenen Stützbereich, welcher ein Elastomerelement enthält, verwendet. Im Elastomerelement sind gezielt Hohlräume zur Dämpfung von Schwingungen, aber auch als Materialeinsparung, vorgesehen. Alternativ sind Hydrolager verbaut, bei denen die genannten Hohlräume mit einem Öl befüllt sind. Damit kann die Steifigkeit des Lagers besonders gut im Hinblick auf eine gewünschte Kraft-Weg-Kennlinie eingestellt werden; das elastische Verhalten bzw. die Elastizität der Lager (oder auch deren Steifigkeit) ist damit zwar vom Verlagerungsweg der über ein solches Lager aneinander gelagerten Bauelemente abhängig, aber nichtsdestotrotz fest vorgegeben. Das unter anderem auch durch die Elastizität der Lager eines Fzg.-Achsträgers vorgegebene fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs ist somit ebenfalls fest vorgegeben.
Abweichend hiervon sind Achsträger oder Fahrwerks-Hilfsrahmen mit den Fahrzeug-Aufbau (anteilig) tragenden Lagern, deren Elastizität mittels eines Aktuators gezielt veränderbar ist, aus den beiden eingangs erstgenannten Schriften bekannt. Damit kann bspw. im Falle eines Hinterachsträgers das Eigenlenkverhalten der Fzg.-Hinterräder situativ unterschiedlich gestaltet werden oder es kann gezielt und abhängig vom aktuellen Fahrzustand oder der Fahrbahnbeschaffenheit die Steifigkeit und/oder Dämpfung der Lager eingestellt werden. Die in diesem Stand der Technik gezeigten Lager sind jedoch relativ aufwändig oder erlauben nur eine sehr eingeschränkte Veränderung der Lagersteifigkeit.
Daneben sind bspw. in den beiden letztgenannten Schriften Lager gezeigt und somit bekannt, deren Steifigkeit oder Elastizität dadurch veränderbar ist, dass diese Lager ein magnetorheologisches Elastomer aufweisen, dessen Elastizität durch Veränderung eines auf dieses Elastomer einwirkenden Magnetfeldes veränderbar ist.
Im Hinblick auf eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fahrzeug-Achsträger aufzuzeigen, an dem auf möglichst einfache Weise eine Anpassung der Lagereigenschaften an bestimmte Randbedingungen durchgeführt werden kann, werden die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 als Lösung vorgeschlagen; vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der zugehörigen Unteransprüche. Auf eine im unabhängigen Anspruch 3 angegebene Lösung einer zweiten Aufgabe wird an späterer Stelle näher eingegangen
Relativ einfach und äußerst zuverlässig ist eine Steifigkeitsveränderung zwischen dem Fahrzeug-Aufbau und einem Achsträger umsetzbar, wenn zumindest eines der Achsträger-Lager ein magnetorheologisches Elastomer enthält, dessen Elastizität durch Veränderung eines einwirkenden Magnetfelds veränderbar ist. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass hiermit in ihrem geometrischen Aufbau gleiche Lager für unterschiedliche Fahrzeuge oder Fahrzeug-Typen verwendet werden können, bei denen eigentlich Achsträger-Lager mit unterschiedlichen Steifigkeit verbaut sein sollen. Beispielsweise können auch hinsichtlich ihrer geometrischen Gestaltung gleiche Fahrzeug-Achsen und Achsträger an Fahrzeugen mit völlig unterschiedlichem Aufbau verbaut sein, welche Aufbauten sich hinsichtlich Form und Gewicht und der bei der Fortbewegung des Fahrzeugs am Aufbau angreifenden Kräfte signifikant unterscheiden, wobei mit unterschiedlichen Lager-Elastizitäten eine solche sog. Baukasten-Lösung umgesetzt werden könnte. Daher können grundsätzlich im Fahrwerksbereich eines Fahrzeugs Lager zum Einsatz kommen, welche ein Elastomer enthalten, dessen Elastizität durch Veränderung eines auf das Lager bzw. das Elastomer einwirkenden Magnetfeldes veränderbar ist.
Für einen vorstehend genannten Fall wird nun die Verwendung eines dauerhaften Magnetfeldes vorgeschlagen, welches dauerhaft wirkend im Bereich des Lagers vorgesehen ist, und welches praktisch durch einen einfachen Permanentmagneten dargestellt sein kann. Dieses einmal erzeugte dauerhafte Magnetfeld benötigt somit keine weitere Energiezufuhr. Bevorzugt kann hierfür ein magnetorheologischer Elastormer-Kern eines Fahrwerks- oder Achsträger-Lagers von einem vorzugsweise hartmagnetischen Material (Metall oder Kunststoff) komplett oder zumindest teilweise ummantelt sein. Diese bereits magnetische Ummantelung kann bei der Montage des Lagers, zum Beispiel durch Aufpressen einer Manschette, an diesem angebracht werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, im Fertigungsprozess eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs ein für eine dauerhafte Magnetisierung geeignetes Material zunächst bei der Montage der entsprechenden Fahrwerks-Komponente im nicht magnetisierten Zustand zu verbauen und erst im Laufe eines weiteren Montageschrittes des Fahrzeugs zu magnetisieren.
Es kann in diesem Zusammenhang auch vorgesehen sein, ein im Fahrwerksbereich eines Fahrzeugs eingesetztes Lager (mit einem zumindest anteilig vorgesehenen magnetorheologischen Elastomermaterial) bei Bedarf quasi zu kalibrieren, indem gezielt ein bestimmtes permanentes Magnetfeld an dieses Lager angelegt wird, was durch geeignete Anordnung einer bestimmten Menge von magnetisierbarem Material und anschließender geeigneter Magnetisierung desselben darstellbar ist. Beispielsweise kann ein solches ein permanentes Magnetfeld erzeugendes Material auch in Form metallischer Partikel in das magnetorheologische Elastomer eingebracht sein. Diese magnetisierbaren Partikel werden durch Anbringen eines magnetischen Feldes bei der Montage permanent magnetisiert und bestimmen damit die elastischen Eigenschaften des Lagers.
Alternativ ist es auch möglich, ein im jeweiligen erfindungsgemäßen Lager vorgesehenes magnetorheologisches Elastomer bedarfs- oder situationsabhängig einem durch einen von einer elektronischen Steuereinheit angesteuerten Elektromagneten erzeugten Magnetfeld auszusetzen. Ebenso wie im Falle eines Permanentmagneten kann hierfür eine Elektromagnet-Spule entweder lokal direkt am magnetorheologischen Elastomer oder ringförmig um eine mit einem solchen ausgestattetes Lager herum angeordnet sein. Die Ansteuerung der Magnet-Spule und die daraus resultierende Einstellung der Lager-Elastizität oder -Steifigkeit kann dabei anhand verschiedener Kriterien erfolgen. So kann der Fahrer des Fahrzeugs bspw. mit einem sog. Fahrerlebnisschalter vorgeben, ob er lieber eine weichere komfortable Lager-Charakteristik oder ein sportlich härteres Verhalten des Lagers oder der (erfindungsgemäßen) Lager haben möchte. Bei geeigneter Gestaltung des Lagers, d.h. insbesondere bei geeigneter Anordnung eines magnetorheologischen Elastomermaterials und daneben eines üblichen einfachen Elastomermaterials ist es sogar möglich, bei intensiven (positiven oder negativen) Beschleunigungsvorgängen des Fahrzeugs unabhängig von einer solchen Vorgabe des Fahrers eine im wesentlichen gleiche Lager-Steifigkeit darzustellen, indem ein erst dann, nämlich bei solchen starken Beschleunigungen zur Wirkung kommender Elastomer-Anschlagpuffer (aus einem einfachen Elastomer bestehend) vorgesehen ist.
Ein weiteres Kriterium, anhand dessen eine elektronische Steuereinheit ein erfindungsgemäßes Fahrwerks-Lager bzw. einen dessen Steifigkeit über einen Elektromagneten geeignet ansteuern kann, ist eine (mittels gängiger Navigationssysteme bekannte) vorausliegende Fahrtstrecke des Fahrzeugs. Ist eine voraussichtlich sportliche Fahrweise, beispielsweise anhand des Streckenverlaufs und der Fahr-Geschwindigkeit erkennbar, so kann das Lager härter geschaltet, werden, während dieses bei kontinuierlichen Autobahnfahrten vergleichsweise weich eingestellt werden kann. Selbstverständlich kann in analoger Weise auch der aktuelle Fahrzustand des Fahrzeugs in die Einstellung der veränderlichen Steifigkeit oder Elastizität eines erfindungsgemäßen Fahrwerkslagers einfließen.
Was den geometrischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Elastomer-Lagers im Fahrwerk oder in einem Achsträger eines Fahrzeugs betrifft, so sind dem Fachmann solche Elastomerlager grundsätzlich bekannt. Wie bereits eingangs beschrieben sind zumeist eine kreiszylindrische Hülse und ein kreiszylindrischer Lagerkern konzentrisch zueinander angeordnet und in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen diesen beiden Elementen befindet sich ein Elastomermaterial, über welches diese beiden Elemente gegeneinander abgestützt sind. Vorliegend ist nun vorgesehen, zumindest einen Teil dieses Elastomermaterials in einem magnetorheologischen Material auszuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei in aufeinander folgenden Sektoren (bspw. in der Größenordnung von jeweils 45°) dieses Ring-Zwischenraums abwechselnd unterschiedliche Elastomere vorgesehen, nämlich neben einem üblichen Elastomer ein magnetorheologisches Elastomer usw.. Selbstverständlich können dabei – wie bekannt – auch Luftspalte und besondere Formgebungen vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10351574 B4 [0001]
DE 10329037 A1 [0001]
DE 69622141 T2 [0001]
DE 102014200295 A1 [0001]

Claims

Fahrzeug mit einem Achsträger, auf welchem über Lager mit veränderbarer Steifigkeit ein Aufbau des Fahrzeugs abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Lager ein magnetorheologisches Elastomer enthält, dessen Elastizität durch Veränderung eines einwirkenden Magnetfelds veränderbar ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei auf das ein magnetorheologisches Elastomer enthaltende Lager ein Permanentmagnet einwirkt.
Fahrzeug mit zumindest einem elastischen Lager im Fahrwerksbereich, welches ein magnetorheologisches Elastomer enthält, dessen Elastizität durch Veränderung eines einwirkenden Magnetfelds veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dieses magnetorheologische Elastomer ein Permanentmagnet einwirkt.
Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Elastomer-Material des Lagers metallische Partikel enthält, die ein permanentes Magnetfeld erzeugen.
Fahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei auf das ein magnetorheologisches Elastomer enthaltende Lager ein von einer Steuereinheit angesteuerter Elektromagnet einwirkt.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit den Elektromagneten anhand zumindest einer der Kriterien (a) Vorgabe des Fahrers des Fahrzeugs und/oder (b) aktueller Fahrzustand des Fahrzeugs und/oder (c) vorausliegende Fahrtstrecke geeignet ansteuert.
Fahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im das magnetorheologische Elastomer enthaltenden Lager ein ringförmiges Elastomerelement in Segmente unterteilt ist, von denen zumindest eines durch ein magnetorheologisches Elastomer und zumindest eines durch ein hinsichtlich seiner Elastizität nicht veränderbares Elastomer gebildet ist.