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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Fahrwerks eines Fahrzeugs und ein Fahrwerkelement für ein Fahrzeug.
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Fahrwerke von Fahrzeugen dienen vorwiegend der Federung und der Dämpfung. Eine Federung eines Aufbaus dient zur Einhaltung eines Höhenniveaus eines jeweiligen Fahrzeugs. Dazu wird in einem Federelement potentielle Energie kurzzeitig gespeichert und anschießend wieder abgegeben. Als Federelemente werden in der Regel Stahlfedern eingesetzt. Weiterhin sind Luftfedersysteme bekannt, die eine Verstellung des Höhenniveaus sowie, in Kombination mit zuschaltbaren Luftvolumina, eine Änderung einer Federrrate ermöglichen.
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Ferner sind ABC-Systeme in hydraulischer und elektrischer Ausführung bekannt, die einen gegenüber einem Luftfedersystem erweiterten Frequenzbereich aktiv bedienen können, dazu jedoch für Hochfrequenzbereiche geeignete Dämpfer benötigen.
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Zur Dämpfung von Rad- und Aufbaubewegungen aufgrund von Straßenanregungen werden in der Regel hydraulische Dämpfer eingesetzt. Hydraulische Dämpfer entziehen einem Fahrwerkssystem Energie, die in Form von Wärme an eine Umgebung abgegeben wird. In geregelten Fahrwerken werden hydraulische Dämpfer mit regelbaren Ventilen eingesetzt.
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Ferner sind aktive Dämpfungssysteme, wie bspw. elektrische Dämpfer bekannt, die dazu konfiguriert sind, Dämpfungsenergie zu rekuperieren und/oder aktiv zu stellen.
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Mittels elektrischer Dämpfungssysteme ist es ferner möglich, Dämpfungsenergie, d. h. Bewegungsenergie, die beim Bewegen einer Radaufhängung bereitgestellt wird, zu rekuperieren und kurzzeitig eine aktive Verstellung der Radaufhängung zu betreiben.
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In der deutschen Druckschrift
DE 10 2011 077 400 A1 wird ein Schutzsystem für einen Energiespeicher eines Fahrzeugs offenbart.
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Die US-amerikanische Druckschrift
US 2016 00 99 663 A1 offenbart einen elektrostatischen Motor, der mit einem dielektrischen Fluid zu befüllen ist.
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Ein Drehkondensator zum Erzeugen einer Spannung ist in der internationalen Druckschrift
WO 2015/120033 A2 offenbart.
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Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zum Regeln eines Fahrwerks eines Fahrzeugs vorgestellt, bei dem mindestens ein Teil mindestens einer Radaufhängung des Fahrzeugs mit mindestens einer elektrostatischen Maschine in Wirkkontakt steht, und bei dem eine bei einer vertikalen Bewegung der mindestens einen Radaufhängung auf die mindestens eine Radaufhängung einwirkende Kraft zumindest teilweise in eine Bewegung der mindestens einen elektrostatischen Maschine überführt wird und/oder die mindestens eine Radaufhängung mittels der mindestens einen elektrostatischen Maschine bewegt wird.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
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Unter einer elektrostatischen Maschine ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Maschine zu verstehen, die nach dem Prinzip eines elektrostatischen Motors bzw. eines elektrostatischen Generators aufgebaut ist und entsprechend als elektrostatischer Motor bzw. als elektrostatischer Generator betrieben werden kann.
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Unter einer Radaufhängung ist im Kontext der vorliegenden Erfindung jedes Verbindungselement bzw. eine Vielzahl von Verbindungselementen zwischen einem Chassis eines Fahrzeugs und einem Rad des Fahrzeugs, wie bspw. ein Querlenker oder ein Stabilisator, zu verstehen.
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Elektrostatische Motoren zeichnen sich dadurch aus, dass diese ein Drehmoment erzeugen, das abhängig von einer anliegenden Spannung ist. Dabei können elektrostatische Motoren ein Drehmoment weitgehend ohne Energieverluste halten, so dass ein Drehmoment auch dann anliegt, wenn kein elektrischer Strom fließt. In Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist daher vorgesehen, dass ein elektrostatischer Motor als Feder eingesetzt werden kann, die durch Spannungsversorgung aber ohne Stromfluss eine Federkraft zur Verfügung stellt.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Regeln eines Fahrwerks eines Fahrzeugs. Dazu ist vorgesehen, dass an dem Fahrzeug ein Fahrwerkelement verwendet wird, das eine Radaufhängung und eine elektrostatische Maschine umfasst. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass die elektrostatische Maschine mit der Radaufhängung bzw. mit mindestens einem Teil der Radaufhängung, wie bspw. einem Querträger oder einer Achse, in Wirkkontakt steht, so dass eine Bewegung der Radaufhängung bei bspw. einer Fahrt auf einer unebenen Strecke, zu einer Bewegung, insbesondere zu einer Rotation eines Rotors der elektrostatischen Maschine führt. Durch die Bewegung der elektrostatischen Maschine wird eine Spannung bzw. eine Menge an elektrischer Energie erzeugt, die in einen Energiespeicher, wie bspw. einen Kondensator übertragen oder mittels eines Widerstands in Wärme überführt werden kann. Entsprechend wirkt die erfindungsgemäß vorgesehene elektrostatische Maschine als eine Art Feder und/oder als Dämpfer. Eine Dämpfungswirkung der elektrostatischen Maschine wird sowohl durch einen jeweiligen elektrischen Widerstand als auch durch einen Wirkungsgrad der elektrostatischen Maschine bzw. eines jeweiligen Gesamtsystems, d. h. durch eine Umwandlungsfähigkeit von Bewegungsenergie in elektrische Energie bestimmt. Bei einem sehr geringen bzw. schlechten Wirkungsgrad der elektrostatischen Maschine wird mittels einer jeweiligen Bewegungsenergie bzw. einer bei einer Bewegung der Radaufhängung auf die elektrostatische Maschine übertragenen Kraft eine entsprechend geringe Menge elektrischer Energie erzeugt und ein großer Teil der Bewegungsenergie bzw. der Kraft in bspw. Wärmeenergie umgewandelt.
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Weiterhin ist es mittels des vorgestellten Verfahrens möglich, ein Höhenniveau eines jeweiligen Fahrzeugs einzustellen, indem bspw. eine an der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine anliegende Spannung und ein entsprechender elektrischer Strom erhöht oder verringert wird, so dass die elektrostatische Maschine ein Moment bereitstellt, das auf eine mit der elektrostatischen Maschine in Wirkkontakt stehende Radaufhängung einwirkt und die Radaufhängung sowie, dadurch bedingt, eine Karosserie des Fahrzeugs gegenüber einem Untergrund bzw. einem Rad des Fahrzeugs, anhebt oder absenkt.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrostatische Maschine derart mit mindestens einem Energiespeicher verbunden wird, dass bei einer durch die vertikale Bewegung der mindestens einen Radaufhängung vermittelten Bewegung der mindestens einen elektrostatischen Maschine eine an dem Energiespeicher anliegende Spannung und dadurch entsprechend eine durch die Spannung hervorgerufene Gegenkraft zu der auf die mindestens eine Radaufhängung einwirkenden Kraft an der mindestens einen Radaufhängung verändert wird.
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Durch Verwendung eines Energiespeichers kann bei einer durch eine Bewegung eines mit der elektrostatischen Maschine verbundenen Fahrwerkelements vermittelten Bewegung der elektrostatischen Maschine erzeugte elektrische Energie gespeichert werden. Durch die in den Energiespeicher übertragene elektrische Energie erhöht sich eine an dem Energiespeicher anliegende Spannung, wodurch wiederum eine Gegenkraft bzw. ein entsprechendes durch die elektrostatische Maschine erzeugtes Moment zur Bewegung des Fahrwerkelements bereitgestellt wird. Dies bedeutet, dass die elektrostatische Maschine in Verbindung mit einem Energiespeicher, wie bspw. einem Kondensator, der direkt mit der elektrostatischen Maschine verbunden sein kann oder als virtuelle Kapazität mittels einer Leistungselektronik bereitgestellt werden kann, als eine Art Federelement wirkt. Entsprechend kann durch Verwendung des vorgestellten Verfahrens auf eine traditionelle mechanische Feder bei einem Fahrwerk eines Fahrzeugs verzichtet werden und das Fahrwerk federlos ausgeführt sein.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass durch eine Änderung der an der mindestens einen elektrostatischen Maschine anliegenden Spannung ein Moment, mit der die mindestens eine elektrostatische Maschine auf die mindestens eine Radaufhängung einwirkt, um die mindestens eine Radaufhängung in vertikaler Richtung zu bewegen, eingestellt wird.
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Durch eine Änderung einer an der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine anliegenden Spannung kann ein durch die elektrostatische Maschine bereitgestelltes Moment, mit dem bspw. ein Fahrwerkselement bewegt und entsprechend auf ein jeweiliges an dem Fahrwerkselement angeordnetes Rad eingewirkt wird, eingestellt werden, so dass sich das Fahrwerkelement hebt oder senkt und entsprechend ein Höhenniveau eines jeweiligen Fahrzeugs zwischen Rad und Karosserie eingestellt wird. Dabei kann aufgrund eines Wirkungsgrades einer jeweiligen elektrostatischen Maschine ein jeweiliges Fahrzeug auch sehr lange angehoben werden. Selbstverständlich sind aufgrund der elektrischen Regelung der elektrostatischen Maschine auch sehr kurze bzw. schnelle Änderungen des Höhenniveaus des Fahrzeugs möglich.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass durch eine Änderung einer Kapazität des Energiespeichers eine Steifigkeit der mindestens einen Radaufhängung eingestellt wird.
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Durch Änderung einer Kapazität eines mit der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine verbundenen Energiespeichers kann eine Steifigkeit der elektrostatischen Maschine bzw. eines mit der elektrostatischen Maschine verbundenen Fahrwerkelements, eingestellt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrostatische Maschine mit mindestens einem elektrischen Widerstand verbunden wird, der durch die mindestens eine elektrostatische Maschine aufgrund einer Bewegung der mindestens einen Radaufhängung erzeugte elektrische Energie in Wärme umwandelt und die Bewegung der mindestens einen Radaufhängung entsprechend dämpft.
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Mittels eines mit der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine verbundenen elektrischen Widerstands bzw. eines mittels einer Leistungselektronik virtuell bereitgestellten Widerstands kann eine durch die elektrostatische Maschine erzeugte elektrische Energie in Wärme umgewandelt und, dadurch bedingt, einem entsprechenden Gesamtsystem entzogen werden, so dass die elektrostatische Maschine als Dämpfer wirkt.
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Durch eine Verwendung der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine in Kombination mit einem elektrischen Widerstand kann ein Dämpfungselement mit einer vorgegebenen Dämpfungsenergie bereitgestellt werden, so dass in Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens auf einen traditionellen Dämpfer eines Fahrwerks eines Fahrzeugs verzichtet werden kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrostatische Maschine in Verbindung mit einem Federelement und/oder einem Dämpfungselement der mindestens einen Radaufhängung zum Einstellen einer Bewegung der mindestens einen Radaufhängung auf die mindestens eine Radaufhängung einwirkt.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene elektrostatische Maschine kann als Feder- und/oder Dämpferersatz eingesetzt werden. Entsprechend kann die erfindungsgemäß vorgesehene elektrostatische Maschine bspw. zusammen mit einer Feder in einem dämpferlosen Betrieb oder bspw. zusammen mit einem Dämpfer bzw. Dämpfungselement in einem federlosen Betrieb eingesetzt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass mittels der mindestens einen elektrostatischen Maschine ein zu einem an der mindestens einen elektrostatischen Maschine anliegenden Drehmoment proportionales Signal erzeugt und zum Regeln des Fahrwerks verwendet wird.
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Durch eine Bewegung, insbesondere eine Rotation, einer jeweiligen elektrostatischen Maschine bei einer Bewegung eines Fahrwerkselements entsteht eine Spannung, die sich proportional zu einem durch die elektrostatische Maschine bereitgestellten Drehmoment verhält. Diese Spannung kann bspw. mittels eines Sensors erfasst und zur Berechnung jeweiliger an der Radaufhängung wirkender Kräfte, wie bspw. einer an einem Rad einwirkenden Kraft genutzt werden. Sobald die an der Radaufhängung wirkenden Kräfte bekannt sind, kann eine zum Dämpfen der Kräfte benötigte Spannung bzw. ein entsprechender elektrischer Strom oder ein entsprechender elektrischer Widerstand berechnet und an die elektrostatische Maschine übertragen bzw. an der elektrostatischen Maschine eingestellt werden. Dabei kann der elektrische Strom bzw. die Spannung mittels bspw. eines variablen Widerstands eingeregelt werden.
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Neben der Verwendung eines zu einem an einer jeweiligen elektrostatischen Maschine anliegenden Drehmoment, d. h. zu einer an einem entsprechenden Rad wirkenden Kraft, proportionalen Signals ist auch die Verwendung eines separaten Federwegsensors denkbar, um ein Fahrwerk gemäß dem vorgestellten Verfahren zu regeln.
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Selbstverständlich ist mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine auch eine aktive Verstellung der Radaufhängung, bspw. zum Höher- oder Tieferlegen eines Fahrzeugs bzw. zum Verstärken oder Dämpfen einer Bewegung der Radaufhängung, möglich.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrostatische Maschine über ein elektrisches Feld mit der mindestens einen Radaufhängung in Wirkkontakt steht, und mittels des elektrischen Feldes bei einer vertikalen Bewegung der mindestens einen Radaufhängung eine Kraft auf die mindestens eine elektrostatische Maschine ausgeübt wird, wodurch die mindestens eine elektrostatische Maschine bewegt wird.
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Ein elektrostatischer Motor, der mittels eines elektrischen Feldes elektrische Arbeit in mechanische Arbeit umwandelt, kann ein zur Dämpfung einer Bewegung einer mit dem elektrostatischen Motor in Wirkkontakt stehenden Radaufhängung geeignetes Drehmoment erzeugen und, dadurch bedingt, die Bewegung der Radaufhängung dämpfen oder sogar vollständig unterbinden.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass sich ein Rotationselement der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine bei einer vertikalen Bewegung einer mit der elektrostatischen Maschine in Wirkkontakt stehenden Radaufhängung dreht. Bspw. kann vorgesehen sein, dass sich die elektrostatische Maschine bei einem vollständigen Auslenken der Radaufhängung mehrfach um die eigene Achse dreht. Durch die Drehung der elektrostatischen Maschine schwankt ein Motormoment, d. h. ein durch die elektrostatische Maschine bereitgestelltes Drehmoment, weshalb auch eine Spannung in einem mit dem elektrostatischen Motor verbundenen Schaltkreis schwankt, was jedoch von einem in dem Schaltkreis angeordneten Energiespeicher kompensiert bzw. von einem Widerstand aufgefangen werden kann.
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Durch einen Widerstand kann ein Fluss von Elektronen bzw. eines elektrischen Stroms in jeweiligen Teilkreisen gedämpft werden, was zu einer Dämpfung der Bewegung der Radaufhängung führt. Dabei erfolgt eine Dämpfung der Bewegung der Radaufhängung bereits aufgrund eines Wirkungsgrad der elektrostatischen Maschine selbst. Eine zu der Dämpfung aufgrund des Wirkungsgrades der elektrostatischen Maschine zusätzliche Dämpfung kann insbesondere unter Verwendung einer Leistungselektronik eingeregelt werden.
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Weiterhin kann eine Leistungselektronik verwendet werden, um kapazitive Komponenten eines jeweiligen Stromkreises zur Versorgung der elektrostatischen Maschine darzustellen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass der mindestens eine elektrischen Widerstand ein variabler Widerstand ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrostatische Maschine mit Spannung versorgt wird, um die mindestens eine Radaufhängung zu bewegen.
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Da die erfindungsgemäß vorgesehene elektrostatische Maschine insbesondere dazu konfiguriert ist, ein Drehmoment in Abhängigkeit einer anliegenden Spannung bereitzustellen, kann ein Basismoment der elektrostatischen Maschine, d. h. ein standardmäßig durch die elektrostatische Maschine bereitgestelltes Drehmoment, mittels einer bereitgestellten Spannung vorgegeben werden, so dass sich eine Bodenfreiheit bzw. ein Höhenniveau eines jeweiligen Fahrzeugs entsprechend ändert. Dies bedeutet, dass bspw. zum Erhöhen einer Bodenfreiheit des Fahrzeugs, die elektrostatische Maschine mit gegenüber einer Grundspannung zusätzlichen bzw. erhöhten Spannung versorgt wird. In Verbindung mit einer zusätzlichen mechanischen Hauptfeder kann die Regelung auch derart ausgestaltet sein, dass das Fahrzeug bei Spannung 0V an der elektrostatischen Maschine seine Grundstellung einnimmt. Für ein höheres Höhenniveau ist dann eine entsprechend gerichtete Spannung an der elektrostatischen Maschine einzustellen, für ein niedrigeres Höhenniveau die entsprechend entgegengesetzt gerichtete Spannung.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Spannung zumindest teilweise durch eine Bewegung der mindestens einen elektrostatischen Maschine bereitgestellt und in einem Energiespeicher zwischengespeichert wird.
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Da die erfindungsgemäß vorgesehene elektrostatische Maschine als Motor und als Generator wirken kann, kann durch die elektrostatische Maschine bei einer Bewegung einer mit der elektrostatischen Maschine verbundenen Radaufhängung eine elektrische Energie erzeugt werden, die gespeichert und anschließend wieder zu der elektrostatischen Maschine oder einem weiteren Energieabnehmer übertragen werden kann, um eine der Bewegung der Radaufhängung entsprechende Gegenkraft bzw. ein entsprechendes Drehmoment zu erzeugen. Entsprechend wirkt der Energiespeicher in Kombination mit der elektrostatischen Maschine als eine Art Federelement.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrostatische Maschine als Generator betrieben wird und eine mittels der mindestens einen elektrostatischen Maschine durch die vertikale Bewegung der Radaufhängung erzeugte elektrische Energie in einen Energiespeicher des Fahrzeugs übertragen wird.
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Durch einen Generatorbetrieb bzw. einen Rekuperationsbetrieb der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine kann eine Bewegung bzw. eine Bewegungsenergie einer jeweiligen mit der elektrostatischen Maschine verbundenen Radaufhängung in einem Rekuperationsvorgang in elektrische Energie umgewandelt werden, die in einem Energiespeicher, wie bspw. einem Kondensator, gespeichert wird.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrwerkelement für ein Fahrzeug, mit mindestens einer Radaufhängung und mindestens einer elektrostatischen Maschine, wobei die mindestens eine elektrostatische Maschine mit mindestens einem Teil der Radaufhängung in Wirkkontakt steht und die mindestens eine elektrostatische Maschine durch eine vertikale Bewegung der mindestens einen Radaufhängung zu bewegen ist, und wobei die mindestens eine elektrostatische Maschine dazu konfiguriert ist, die mindestens eine Radaufhängung zu bewegen oder durch die vertikale Bewegung der mindestens einen Radaufhängung zumindest teilweise selbst bewegt zu werden.
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Das vorgestellte Fahrwerkelement dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Fahrwerkelements ist vorgesehen, dass das Fahrwerkelement eine Leistungselektronik umfasst, die dazu konfiguriert ist, eine virtuelle Kapazität an der mindestens einen elektrostatischen Maschine einzustellen.
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Durch Verwendung einer Leistungselektronik kann eine an der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine eingestellte Kapazität angepasst, d. h. bspw. in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrsituation verändert werden, so dass sich eine Steifigkeit eines Fahrwerks eines jeweiligen Fahrzeugs entsprechend ändert und bspw. härter oder weicher wird.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Fahrwerkelements ist vorgesehen, dass das Fahrwerkelement eine Leistungselektronik umfasst, die dazu konfiguriert ist, einen virtuellen Widerstand an der mindestens einen elektrostatischen Maschine einzustellen.
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Durch einen einstellbaren Widerstand, der insbesondere als virtueller Widerstand mittels einer Leistungselektronik bereitgestellt wird, kann eine Dämpfungsenergie eines jeweiligen Fahrwerks sehr schnell eingestellt und an bspw. eine aktuelle Fahrsituation angepasst werden.
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Mittels eines vorgegebenen Sollwerts für eine bspw. mittels einer Leistungselektronik einzustellende virtuelle Kapazität bzw. einen mittels einer Leistungselektronik einzustellenden virtuellen Widerstand, der bspw. von einem Assistenz- oder einem Sicherheitssystem eines jeweiligen Fahrzeugs vorgegeben wird, kann ein Fahrwerk des Fahrzeugs schnell an eine aktuelle Fahrsituation angepasst werden. Durch die elektronische Regelung des vorgestellten Fahrwerkelements kann eine sehr schnelle Regelung erreicht werden. Das vorgestellte Fahrwerkelement kann bspw. eine schaltbare Luftfeder und/oder einen Regeldämpfer mit Rekuperation ersetzen und entsprechend federlos und/oder dämpferlos betrieben werden. Dabei bietet das vorgestellte Fahrwerkelement Vorteile gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich Einbaumaßen, Regelungsfähigkeit, Skalierbarkeit, Gewicht und Kosten. Durch das vorgestellte Fahrwerkelement kann eine schnelle Veränderung einer Fahrzeughöhe, einer Dämpfung und einer Federsteifigkeit sowohl kontinuierlich als auch zeitlich begrenzt erreicht werden.
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Das vorgestellte Fahrwerkelement ermöglicht weiterhin eine Vielzahl an Einstellungsmöglichkeiten für eine individuelle Fahrwerksanpassung, indem bspw. eine zum Versorgen der elektrostatischen Maschine verwendete Spannung und/oder ein mit der elektrostatischen Maschine elektrisch verbundender Widerstand eingestellt werden. Durch eine Anpassung eines elektrischen Feldes mittels einer geänderten Spannung und/oder eines geänderten elektrischen Widerstands können sehr genau und schnell auch kleinste Änderungen eines durch die elektrostatische Maschine bereitgestellten Drehmoments eingestellt werden.
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Das vorgestellte Fahrwerkelement kann neben der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrostatischen Maschine weitere Fahrwerkelemente, wie bspw. eine mechanische Feder oder einen Dämpfer herkömmlicher Bauart aufweisen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Fahrwerkelements ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrostatische Maschine derart mit der Radaufhängung verbunden ist, dass durch die vertikale Bewegung ein Rotor der mindestens einen elektrostatischen Maschine in Rotation versetzt wird, wodurch mittels der elektrostatischen Maschine ein Drehmoment erzeugt wird, das der vertikalen Bewegung der Radaufhängung entgegenwirkt.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrwerkelements.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltkreises zum Betreiben einer elektrostatischen Maschine gemäß einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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3 zeigt einen Zusammenhang zwischen Spannung und Drehmoment einer gemäß einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens betriebenen elektrostatischen Maschine.
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Die Figuren werden zusammenhängend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale.
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In 1 ist ein Fahrwerkelement 1 dargestellt. Das Fahrwerkelement 1 umfasst einen ersten Querlenker 3, der mit einer Karosserie 5 und einem Rad 7 eines Fahrzeugs verbunden ist. Weiterhin umfasst das Fahrwerkselement 1 einen zweiten Querlenker 9, der mit einer elektrostatischen Maschine 11 und dem Rad 7 verbunden ist und Bewegungen des Rades 7 auf eine Welle der elektrostatischen Maschine 11 überträgt. Zur Kommutierung einer Spannung der elektrostatischen Maschine 11 ist eine in einem Element 13 angeordnete Leistungselektronik, die mit einem Bordnetz 15 des Fahrzeugs verbunden ist, vorgesehen. Das Element 13 kann neben der Leistungselektronik auch einen Energiespeicher und ein Steuergerät aufweisen.
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Beim Bewegen des Rades 7 wird die Welle der elektrostatischen Maschine 11 über den zweiten Querlenker 9 gedreht, wobei ein Drehmoment durch die elektrostatische Maschine 11 bereitgestellt wird, das entweder einer Bewegung des Rades 7 entgegengesetzt ausgerichtet ist und der Bewegung des Rades 7 entgegenwirkt bzw. diese dämpft oder gleichgerichtet die Bewegung des Rades 7 verstärkt.
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Weiterhin kann die elektrostatische Maschine 11 mit einer Spannung versorgt werden, wodurch sich das durch die elektrostatische Maschine 11 bereitgestellte Drehmoment erhöht und eine Kraft auf den zweiten Querlenker 9 wirkt, so dass sich das Fahrzeug gegenüber dem Rad 7 verschiebt und bspw. angehoben wird. Dies bedeutet, dass durch eine kontinuierliche Versorgung der elektrostatischen Maschine 11 mit Spannung, ein Höhenniveau des Fahrzeugs eingestellt werden kann.
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In 2 ist ein Schaltungsschema 20 der elektrostatischen Maschine 11, wie sie in 1 dargestellt ist, gezeigt. Bei einer Bewegung des zweiten Querlenkers 9, wie durch Pfeil 10 angedeutet, wird die Welle der elektrostatischen Maschine 11 bewegt. Durch die Bewegung der Welle wird eine Kapazität der elektrostatischen Maschine 11 verändert, was zu einem Ladungsausgleich mit einem Energiespeicher 23 führt. Dabei kann ein entsprechender Stromfluss über einen in einem ersten Teilkreis 21 angeordneten verstellbaren Widerstand 27 gedämpft werden, wodurch ein Radhub des Rades 7 gedämpft wird. Dabei erfolgt ein Teil der Dämpfung des Radhubs des Rades 7 aufgrund eines Wirkungsgrades der elektrostatischen Maschine 11 bzw. eines entsprechenden Gesamtsystems und bildet eine Grunddämpfung, die kontinuierlich verfügbar ist. Ein weiterer Teil der Dämpfung des Radhubs des Rades 7, d. h. eine zu der Grunddämpfung zusätzliche Dämpfungsenergie bzw. ein zusätzliches Dämpfungsmoment, ist bspw. über eine Regelung eines Widerstandwerts des verstellbaren Widerstands 27 einzuregeln. Weiterhin kann der Stromfluss über einen zweiten Teilkreis 25 direkt in den Energiespeicher 23 geleitet werden.
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Durch Verwendung des Schaltungsschemas 20 kann das Fahrwerkelement 1 sehr schnell geregelt werden, so dass sich das Fahrwerkelement insbesondere auch zur Wank- und/oder Nickstabilisierung des Fahrzeugs eignet.
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Selbstverständlich kann die elektrostatische Maschine 11 auch in einen Rekuperationsbetrieb geschaltet werden, in dem die elektrostatische Maschine 11 eine Bewegung des Rades 7 in elektrische Energie umwandelt, die in einen Energiespeicher des Fahrzeugs übertragen werden kann. Wenn die elektrostatische Maschine 11 in einem Rekuperationsbetrieb verwendet wird, kann auf den Widerstand 27 verzichtet werden, da sich aufgrund einer Rückspeiseleistung ein virtueller Widerstand einstellt.
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Die in 1 und 2 beschriebenen Komponenten sind lediglich beispielhaft gewählt. Es kann jegliches andere Achskonzept oder Getriebe Verwendung finden, bei dem eine Bewegung des Rades 7 auf eine Rotation der elektrostatischen Maschine 11 übertragen wird.
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In 3 ist ein Diagramm 30 dargestellt, in dem auf der Abszisse 31 eine Spannung und auf der Ordinate 33 ein Drehmoment der elektrostatischen Maschine 11 aufgetragen sind. Eine Linie 35 stellt einen Zusammenhang zwischen Drehmoment und Spannung dar. Es ist zu erkennen, dass eine Erhöhung der Spannung zu einem erhöhten Drehmoment führt, so dass bspw. durch eine Versorgung der elektrostatischen Maschine 11 mit Spannung eine Kraft auf ein Fahrwerkelement eines Fahrzeugs appliziert werden kann, wodurch eine Bodenfreiheit des Fahrzeugs eingestellt werden kann.
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Weiterhin wird der elektrostatischen Maschine 11 bei einer Bewegung des Rades 7 ein wechselndes Drehmoment aufgebracht, das zu einer Spannungsänderung führt. Durch eine Messung einer an der elektrostatischen Maschine 11 anliegenden Spannung kann auf eine an dem Rad 7 anliegende Kraft geschlossen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011077400 A1 [0007]
- US 20160099663 A1 [0008]
- WO 2015/120033 A2 [0009]
