DE102018125965B4

DE102018125965B4 - Nichtlineares steifheits-stellglied für eine fahrzeugaufhängung

Info

Publication number: DE102018125965B4
Application number: DE102018125965.4A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Suplin; Avshalom Suissa; Klaus Trangbaek
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2038-10-19
Also published as: US10457108B2; DE102018125965A1; US20190118604A1; CN109693504B; CN109693504A

Abstract

Nichtlineares Steifheits-Stellglied (34) für eine Aufhängungsecke an einem Fahrzeug (10) mit einer Fahrzeugkarosserie (12) und einem Laufrad (20, 22), das nichtlineare Steifheits-Stellglied (34) umfassend:ein Stellgliedgehäuse (36);eine Stellgliedwelle (38), dafür konfiguriert, eine Stellgliedwirkung an das Laufrad (20, 22) zu übertragen;eine primäre elastische Elementanordnung (40) zwischen dem Stellgliedgehäuse (36) und der Stellgliedwelle (38) und dafür konfiguriert, eine Kraft eines primären elastischen Elements (40A) entlang der Stellgliedwelle (38) auszuüben;eine sekundäre elastische Elementanordnung (42), dafür konfiguriert, eine Kraft eines variablen sekundären elastischen Elements zwischen dem Stellgliedgehäuse (36) und der Stellgliedwelle (38) auszuüben, wobei die Kraft des variablen sekundären elastischen Elements dafür konfiguriert ist, selektiv zur Kraft des primären elastischen Elements (40A) beizutragen oder diese zu verringern, um dadurch die nichtlineare Steifheit des Stellglieds (34) zu ermöglichen;wobei die sekundäre elastische Elementanordnung (42) eine Vielzahl von sekundären Federn (48) und Rollen (50) beinhaltet, wobei jede sekundäre Feder operativ mit jeweils einer der Rollen (50) verbunden ist und jede Rolle (50) in operativem Kontakt mit einer in Hubrichtung der Stellgliedwelle (38) konvexen Kontur (52A, 54A) steht, die bezüglich des Stellgliedgehäuses (36) ortsfest ist;wobei jede der Vielzahl von sekundären Federn (48) konfiguriert ist, die jeweils zugehörige Rolle (50) entlang einer zu der Hubrichtung der Stellgliedwelle (38) senkrechten Achse in Kontakt mit der konvexen Kontur (52A, 54A) zu bringen, um der konvexen Kontur (52A, 54A) bei einem Hub der Stellgliedwelle (38) zu folgen und dadurch die nichtlineare Steifheit des Stellglieds (34) zu definieren.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein nichtlineares Steifheits-Stellglied zur Verwendung in einer Fahrzeugaufhängung.
Die DE 1 805 789 A beschreibt ein derartiges nichtlineares Steifheits-Stellglied, welches eine Druckfeder und einen Magneten umfasst, wobei sich die Federkraft der Druckkraft und die Magnetkraft des Magneten je nach Auslenkung des Stellglied positiv oder negativ überlagern. Zeitgenössische On- und Off-Road-Fahrzeuge verwenden typischerweise Federungssysteme, die im Allgemeinen ein System von Federn, Stoßdämpfern und Gestänge beinhalten, welche eine Fahrzeugkarosserie mit den Rädern des Fahrzeugs verbinden. Weil die Mehrheit der auf die Fahrzeugkarosserie wirkenden Kräfte durch Aufstandsflächen zwischen der Straße und den Reifen übertragen wird, ist eines der Hauptziele einer Fahrzeugaufhängung, den Kontakt zwischen den Fahrzeugrädern und der Fahrbahn zu halten.
Fahrzeugfederungssysteme tragen im Allgemeinen zu(r)(m) Fahrzeugstra-ßenhaftung/Handling und Bremsen bei und sorgen für einen besseren Komfort und eine vernünftige Isolierung von Straßenlärm, Stößen und Vibrationen für die Fahrzeuginsassen. Weil diese Ziele im Allgemeinen im Widerspruch stehen, besteht die Abstimmung von Aufhängungen darin, einen Kompromiss zu finden, der für jeden Zweck des Fahrzeugs geeignet ist. So kann beispielsweise eine Aufhängung für ein Sportfahrzeug abgestimmt werden, bei der etwas an Fahrkomfort für ein verbessertes Ansprechverhalten aufgegeben wird, während eine Aufhängung für ein Luxusfahrzeug abgestimmt werden kann, um das entgegengesetzte Resultat zu erzielen. Solche Aufhängungen verwenden typischerweise Federn und Stoßdämpfer, die zusammenwirken, um eine gewünschte Aufhängungsabstimmung zu erreichen.
KURZDARSTELLUNG
Es wird ein nichtlineares Steifheits-Stellglied für eine Aufhängungsecke vorgestellt, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die primäre elastische Elementanordnung kann einen Mechanismus beinhalten, der konfiguriert ist, die Kraft des primären elastischen Elements einzustellen.
Das Fahrzeug kann einen Stabilisator beinhalten. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Stellgliedwelle am Stabilisator befestigt sein. Zusätzlich kann die primäre elastische Elementanordnung eine Vielzahl von Torsionsfedern beinhalten, die das Verstellgetriebe des Stabilisators verbinden, und die sekundäre elastische Elementanordnung kann am Stellgliedgehäuse befestigt sein. Darüber hinaus, kann der Stabilisator ein Rampenelement beinhalten, das konfiguriert ist, die sekundäre elastische Elementanordnung zu komprimieren, wenn der Stabilisator verdreht wird, um die Kraft des variablen sekundären elastischen Elements zu erzeugen, die zwischen dem Stellgliedgehäuse und der Stellgliedwelle wirkt, und dadurch die nichtlineare Steifheit des Stellglieds zu erzeugen.
Das Verstellgetriebe kann einen Motor beinhalten, der mindestens entweder als Elektromotor, pneumatischer Servomechanismus, hydraulischer Servomechanismus oder Pumpengetriebesatz konfiguriert ist, um die Kraft des primären elastische Elements einzustellen.
Die primäre elastische Elementanordnung kann einen ersten Federsitz beinhalten, der mit dem Motor verbunden ist, einen zweiten Federsitz und eine Druckfeder, die zwischen dem ersten und dem zweiten Federsitz angeordnet ist.
Die Druckfeder kann zwischen dem ersten Federsitz und dem zweiten Federsitz unter einem Gewicht der Fahrzeugkarosserie zusammengedrückt werden und die sekundäre elastische Elementanordnung kann am zweiten Federsitz montiert sein. Bei einer solchen Ausführungsform kann der zweite Federsitz konfiguriert sein, sich im Verhältnis zum Stellgliedgehäuse zu verschieben, in Reaktion auf eine Eingabekraft vom Laufrad.
Das Stellgliedgehäuse kann durch eine Innenfläche, die entlang einer ersten Achse angeordnet ist, gekennzeichnet sein und eine Kontur definieren, die konfiguriert ist, die Rollen zu führen. Die Aufhängungsecke kann eine Dämpferanordnung beinhalten und die Stellgliedwelle kann konfiguriert sein, die Dämpferanordnung zusammenzudrücken.
Die variable Kraft der sekundären elastischen Elementanordnung kann konfiguriert sein, sich progressiv über einen Hub der Stellgliedwelle zu verändern, um dadurch selektiv die Kraft des primären elastischen Elements zu erhöhen oder zu verringern und die Stellgliedwirkung zu modifizieren.
In einer Schnittzeichnung kann die Kontur der Innenfläche des Stellgliedgehäuses im Allgemeinen eine Sanduhr-Form beinhalten.
Ebenfalls offenbart wird ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkarosserie, einem Laufrad und einer Aufhängungsecke, die das Laufrad mit der Fahrzeugkarosserie verbindet. Die Aufhängungsecke ist konfiguriert, den Kontakt zwischen dem Laufrad und der Fahrbahnoberfläche aufrechtzuerhalten und eine Schwingungsisolierung zwischen dem Laufrad und der Fahrzeugkarosserie bereitzustellen. Die Aufhängungsecke verwendet das oben beschriebene nichtlineare Steifheits-Stellglied.
Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der/den besten Art(en) zur Umsetzung der beschriebenen Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und hinzugefügten Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Federungssystem.
2 ist eine vergrößerte schematische Schnittzeichnung einer repräsentativen Aufhängungsecke des Fahrzeugs, wie in 1 dargestellt, mit einer Feder-Dämpferanordnung und einer Stabilisatoranordnung.
3 ist eine schematische Schnittzeichnung eines nicht erfindungsgemäßen nichtlinearen Steifheits-Stellglieds, das in der Feder-Dämpferanordnung, die in 2 dargestellt ist.
4 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen nichtlinearen Steifheits-Stellglieds, das in der Feder-Dämpferanordnung, die in 2 dargestellt ist.
5 ist eine schematische Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen nichtlinearen Steifheits-Stellglieds, das in der Feder-Dämpferanordnung, die in 2 dargestellt ist.
6 ist eine schematische Schnittzeichnung eines nicht erfindungsgemäßen nichtlinearen Steifheits-Stellglieds, das in der Stabilisatoranordnung, die in 2 dargestellt ist.
7 ist eine schematische Draufsicht, die als allgemeines Diagramm dargestellt ist, des nichtlinearen Steifheits-Stellglied in 6.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, stellt 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 10 dar, das eine Fahrzeugkarosserie 12 beinhaltet. Das Fahrzeug 10 beinhaltet auch einen Antriebsstrang 14, der so konfiguriert ist, dass er das Fahrzeug antreibt. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Antriebsstrang 14 einen Motor 16 und ein Getriebe 18. Der Antriebsstrang 14 kann auch einen oder mehrere Motoren/Generatoren und eine Brennstoffzelle beinhalten, die beide nicht gezeigt sind, jedoch würde eine Antriebsstrangkonfiguration 14, die derartige Vorrichtungen verwendet, von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet auch eine Vielzahl von Laufrädern, die Vorderräder 20 und Hinterräder 22 beinhalten. Obwohl vier Räder, d. h. ein Paar Vorderräder 20 und ein Paar Hinterräder 22, in 1 dargestellt sind, ist auch ein Fahrzeug mit weniger oder mehr Rädern vorstellbar. Wie dargestellt, verbindet ein Fahrzeugaufhängungssystem 24 die Karosserie 12 mit den Vorder- und Hinterrädern 20, 22, um den Kontakt zwischen den Rädern und einer Fahrbahnoberfläche 13 sowie das Handling des Fahrzeugs 10 aufrechtzuerhalten. Das Federungssystem 24 beinhaltet mehrere Achsschenkel 26, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie ein entsprechendes Laufrad 20, 22 über eine Radnabe und eine Lageranordnung (nicht dargestellt) tragen. Jeder Achsschenkel 26 kann operativ mit der Karosserie 12 über einen oberen Querlenker 30 und einen unteren Querlenker 32 verbunden sein.
2 zeigt eine repräsentative Ecke 28 des Federungssystems 24, die einen repräsentativen Achsschenkel 26 beinhaltet. Obwohl in 2 eine spezifische Konfiguration des Aufhängungssystems 24 gezeigt wird, sind andere Fahrzeugaufhängungskonstruktionen ebenfalls möglich. Dementsprechend verbindet jede Aufhängungsecke 28 ihr jeweiliges Laufrad 20, 22 mit der Fahrzeugkarosserie 12 und ist konfiguriert, den Kontakt zwischen dem Laufrad 20, 22 und der Straßenoberfläche 13 aufrechtzuerhalten und die Fahrzeugkarosserie 12 im Verhältnis zu den betreffenden Rädern zu kontrollieren. Wie in 2 gezeigt, legt jede einzelne Aufhängungsecke 28 eine spezifische Höhe H der Fahrzeugkarosserie 12 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 13, d. h. die Fahrzeugfahrhöhe, fest. Ferner stellt jede Aufhängungsecke 28 eine Schwingungsisolierung zwischen dem jeweiligen Laufrad 20, 22 und der Fahrzeugkarosserie 12 und die Abschwächung der Anregungskräfte von der Straßenoberfläche 13 bereit, die beispielsweise durch verschiedene Mängel an der Straßenoberfläche oder Unebenheiten, wie Bodenwellen und Schlaglöcher, hervorgerufen werden.
Wie in 1 und 2 zu sehen, beinhaltet jede Aufhängungsecke 28 mindestens ein nichtlineares Steifheits-Stellglied 34 mit geringer Rauheit. In der dargestellten Ausführungsform der Aufhängungsecke 28, ist das Stellglied 34 konfiguriert, eine interne Steifheit mit relativ geringer Dynamik zu erzeugen, die die Fahrzeugkarosseriemasse 12 von der Masse der Räder 20, 22 und den äußeren Kräften oder Schwingungen, die von der Straßenoberfläche 13 erzeugt werden, isoliert, während sie eine relativ hohe statische Steifheit zeigt. Von hier an wird das Stellglied 34 spezifisch in Bezug auf die Umgebung der Fahrzeugaufhängungsecke 28 beschrieben. Nichts beschränkt jedoch das Stellglied 34 mit nichtlinearer Steifheit und geringer Rauheit bei der Verwendung in einem System, Fahrzeug oder sonstigem, das von zwei Systemmassen profitieren könnte, die dynamisch über eine relativ niedrige dynamische Steifheit des Stellglieds entkoppelt sind, während sie gleichzeitig die Fähigkeit haben, eine signifikante Kraft in einen statischen Zustand zwischen den einzelnen Massen über eine relativ hohe statische Steifheit des Stellglieds zu übertragen.
Wie in 3-5 dargestellt, beinhaltet das Stellglied 34 mit geringer Rauheit ein Stellgliedgehäuse 36, das konfiguriert ist, verschiedene innere Komponenten des Stellglieds, die weiter unten besprochen werden, aufzunehmen. Das Stellglied 34 mit geringer Rauheit beinhaltet auch eine Stellglied 38 (in 3-4 dargestellt), das konfiguriert ist, eine Stellgliedwirkung F_a vom Stellglied über andere Komponenten der Aufhängungsecke 28 an das jeweilige Laufrad 20, 22 zu übertragen. Das Stellglied 34 mit geringer Rauheit beinhaltet zusätzlich eine primäre elastische Elementanordnung 40, die konfiguriert ist, eine primäre elastische Elementkraft F_p zu erzeugen, die dafür konfiguriert ist, die Fahrzeugkarosserie 12 im Verhältnis zum jeweiligen Laufrad 20, 22 aufzuhängen und die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34 oder nur die nichtlineare Steifheit des Stellglieds zu definieren. Die primäre elastische Elementanordnung 40 ist zwischen dem Stellgliedgehäuse 36 und der Stellgliedwelle 38 eingerichtet und kann als Druck- oder Torsionsfeder konfiguriert sein, worauf später näher eingegangen werden wird.
Das Stellglied 34 mit geringer Rauheit beinhaltet zusätzlich eine sekundäre elastische Elementanordnung 42, die konfiguriert ist, eine Kraft eines variablen sekundären elastischen Elements F_v zu erzeugen, die zwischen dem Stellgliedgehäuse 36 und der Stellgliedwelle 38 ausgeübt wird. Das Stellgliedgehäuse 36 beinhaltet eine Innenwandfläche (weiter unten näher beschrieben) und die Kraft F_v des variablen sekundären elastischen Elements wirkt relativ zu der Wandfläche, um die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34 zu ermöglichen. Die Kraft F_v des variablen sekundären elastischen Elements ist konfiguriert, sich schrittweise über den Hub der Stellgliedwelle 38 zu verändern, um dadurch selektiv die Steifheit des primären elastischen Elements zu erhöhen, d.h. dazu beizutragen oder sie zu verringern, und die Stellgliedwirkung F_a zu verändern. Wie dargestellt, ist das Stellgliedgehäuse 36 konfiguriert, die Stellgliedwelle 38, die primäre elastische Elementanordnung 40 und die sekundäre elastische Elementanordnung 42 aufzunehmen.
Wie in 3 und 4 dargestellt kann die primäre elastische Elementanordnung 40 ein Verstellgetriebe 43 in operativer Verbindung mit der primären elastischen Elementanordnung 40 beinhalten und das konfiguriert ist, die Kraft F_p des ursprünglichen primären elastischen Elements einzustellen und dadurch die primäre elastische Elementanordnung 40 gegen die Stellgliedwelle 38 vorzuspannen. Wie dargestellt kann das Verstellgetriebe 43 einen Motor 43A beinhalten, der mindestens entweder als Elektromotor, pneumatischer oder hydraulischer Servomechanismus konfiguriert ist, d. h. durch ein niederenergetisches Signal betätigt und gesteuert wird, das von einer Steuerung 100, wie einem ECU für das Fahrzeug 10, empfangen wird. Das Verstellgetriebe 43 kann zusätzlich einen Pumpengetriebesatz 43B (in 5 dargestellt) beinhalten, der konfiguriert ist, die Kraft, die durch den Motor 43A erzeugt wird, an die elastische Elementanordnung 40 zu übertragen. Die primäre elastische Elementanordnung 40 kann ferner einen ersten Federsitz 44A, der mit dem Motor 43A verbunden ist, und einen zweiten Federsitz 44B beinhalten. In der Ausführungsform von 3 und 4, wobei die primäre elastische Elementanordnung 40 eine Druckfeder 40A beinhaltet, die zwischen dem ersten und dem zweiten Federsitz 44A, 44B angeordnet ist, kann der erste Federsitz 44A mit dem Motor 43A durch eine Gewindeverbindung 46, beispielsweise mit einer Stellschraube, verbunden sein. Alternativ kann die primäre elastische Elementanordnung 40 ein pneumatisches oder magnetisches Element beinhalten, das konfiguriert ist, eine erforderliche Steifheit des primären elastischen Elements zu beeinflussen und die primäre elastische Kraft F_p zwischen dem Gehäuse 36 und der Stellgliedwelle 38 auszuüben.
In den Ausführungsformen in 3 und 4 kann die Kraft F_v des sekundären elastischen Elements in eine X-Komponente, die senkrecht zur Innenwandfläche des Stellgliedgehäuses 36 wirkt, und eine Y-Komponente, die entlang der Wandfläche wirkt, zerlegt werden. Während das Stellglied 34 in einem statischen Zustand bleibt und die sekundäre elastische Elementanordnung 42 in einem ausgeglichene Zustand am 0 (Null)-Punkt auf der Y-Achse angeordnet ist, entspricht die Y-Komponente der Kraft F_v des sekundären elastischen Elements etwa Null. Wenn sich die sekundäre elastische Elementanordnung 42 von ihrem ausgeglichen Zustand wegbewegt, variiert die Y-Komponente der Kraft F_v des sekundären elastischen Elements und erhöht und verringert selektiv die Stellgliedwirkung F_a. Beispielsweise wird bei den dargestellten Ausführungsformen, während der Anregung der Aufhängungsecke 28, die primäre elastische Elementanordnung 40 wechselweise eingefedert und ausgefedert. Wenn die primäre elastische Elementanordnung 40 zusammengedrückt wird, verläuft die sekundäre elastische Elementanordnung 42 entlang der Innenwandfläche des Stellgliedgehäuses 36 in Richtung des Verstellgetriebes 43, sodass die Y-Komponente der Kraft F_v in Druckrichtung der primären elastischen Elementanordnung 40 zunimmt, und dadurch die resultierende Kraft F_a des Stellglieds abnimmt. Zum anderen, wenn die primäre elastische Elementanordung 40 ausfedert, verläuft die sekundäre elastische Elementanordnung 42 entlang der Innenwandfläche des Stellgliedgehäuses 36 weg vom Verstellgetriebe 43, sodass die Y-Komponente der Kraft F_v in Ausfederungsrichtung der primären elastischen Elementanordnung 40 zunimmt, und dadurch zur resultierenden Kraft F_a des Stellglieds beiträgt, d.h. sie erhöht.
Wie in 3 und 4 dargestellt, ist die Feder 40A zwischen dem ersten und zweiten Federsitz 44A, 44B angeordnet und komprimiert. Je nachdem, ob die Feder 40A konfiguriert ist, die Fahrzeugkarosserie 12 aufzuhängen, sowie die nichtlineare Steifigkeit des Stellglieds 34 zu definieren oder allein die nichtlineare Steifheit des Stellglieds zu definieren, kann die Feder 40A jeweils unter einem Gewicht der Fahrzeugkarosserie 12 oder über die Betätigung des Verstellgetriebes 43 komprimiert werden. Die Druckfeder 40A kann am zweiten Federsitz 44B angebracht sein, während der zweite Federsitz konfiguriert sein kann, sich im Verhältnis zum Gehäuse 36 in Reaktion auf eine Eingangskraft F_r vom Laufrad 20, 22 zu verschieben. Ferner, wie in 4 und 5 dargestellt, kann die sekundäre elastische Elementanordnung 42 eine Vielzahl von sekundären Federn 48 und Rollen 50 beinhalten. In einer solchen Ausführungsform ist jede Feder 48 operativ mit jeweils einer der Rollen 50 verbunden und jede Rolle 50 steht operativ in Kontakt mit dem Stellgliedgehäuse 36.
Wie oben angedeutet, kann das Stellgliedgehäuse 36 durch eine zylindrische interne oder Innenwandfläche gekennzeichnet sein, die entlang einer ersten Y-Achse angeordnet ist, die einen kreisförmigen oder nicht-kreisförmigen Querschnitt hat und mit der Bezugszahl 52 in 3 und 4 gekennzeichnet ist. Die Innenwandfläche 52 kann eine Kontur 52A definieren, die konfiguriert ist, die Rollen 50 (nicht dargestellt) zu führen. Alternativ, wie in 4 gezeigt, kann eine zusätzliche Komponente, die die Kontur 52A hat oder definiert, an der Innenwandfläche 52 befestigt sein. Wie dargestellt, beinhaltet die Kontur 52A eine umlaufende konvexe Form, die konfiguriert ist, die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34 zu ermöglichen. In einer separaten Ausführungsform nach 3, kann jede Feder 48 operativ mit der Innenwandfläche 52 über entsprechende Gelenke 51 verbunden sein, in einer derartigen Ausführungsform sind dann keine Rollen 50 erforderlich. Alternativ kann die sekundäre elastische Elementanordnung 42 als pneumatische oder magnetische Elemente implementiert werden, die konfiguriert sind, eine entsprechende Steifheit des sekundären elastischen Elements zu beeinflussen und die Kraft F_v des variablen sekundären elastischen Elements zwischen dem Gehäuse 36 und der Stellgliedwelle 38 auszuüben und dadurch die gesamte oder resultierende Kraft F_a des Stellglieds festzulegen.
In der Ausführungsform in 3 und 4 kann jede der Vielzahl von sekundären Federn 48 am zweiten Federsitz 44B montiert sein und sich radial nach außen entlang einer zweiten X-Achse erstrecken, die rechtwinklig zur ersten Y-Achse zur Innenwandfläche 52 verläuft. Dementsprechend ist jede der Vielzahl von sekundären Federn 48 dafür konfiguriert, die jeweilige Rolle 50 in Kontakt mit Kontur 52A der Innenwandfläche 52 zu bringen und dieser bei der Verschiebung der Stellgliedwelle 38 und dem zweiten Federsitz 44B und Kompression der Feder 40A der primären elastischen Elementanordnung 40 zu folgen und damit die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34 zu definieren. Insbesondere kann in einer Schnittzeichnung, die in 3 dargestellt ist, die Kontur 52A der Innenwandfläche 52 des Stellgliedgehäuses im Allgemeinen eine Sanduhr-Form beinhalten - einen im Allgemeinen zylindrischen Körper mit schmalem Hüftbereich 52B.
Alternativ, wie in 5 dargestellt, kann eine Hülse 53 mit einer Außenfläche 54 am Motor 43A befestigt sein. Wie dargestellt, kann die primäre elastische Elementanordnung 40 innerhalb der Hülse 53 angeordnet oder in diese eingesetzt sein. In einer solchen Ausführungsform kann eine Außenfläche 54 der Hülse 53 eine zusätzliche Komponente mit einer Kontur 54A beinhalten oder selbst definieren, die konfiguriert ist, die Rollen 50 über den Hub der Stellgliedwelle 38 zu führen. Wie dargestellt, beinhaltet die Kontur 54A eine umlaufende konvexe Form, die konfiguriert ist, die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34 zu ermöglichen. In einer solchen Ausführungsform können die sekundären Federn 48 an der Innenfläche 50 des Stellgliedgehäuses 36 montiert sein und sich radial nach innen entlang der zweiten x-Achse hin zu Hülse 53 erstrecken. Dementsprechend kann jede der Vielzahl von sekundären Federn 48 dafür konfiguriert sein, die jeweilige Rolle 50 entlang der zweiten X-Achse in Kontakt mit der Kontur 54A der Hülse 53 zu bringen und dieser bei Verschiebung der Stellgliedwelle 38 und der Kompression der Feder 40A der primären elastischen Elementanordnung 40 zu folgen. Dadurch definieren in jeder der Ausführungsformen in 3-5 die Vielzahl der sekundären Federn 48, die in Verbindung mit den Rollen 50 funktionieren, die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34.
Mit weiterer Bezugnahme auf 1 und 2 beinhaltet die maßgebliche Aufhängungsecke 28 einen Stoßdämpfer oder eine Dämpferbaugruppe 56, die konfiguriert sind, das Laufrad 20, 22 mit der Fahrzeugkarosserie 12 zu verbinden. Die Dämpferbaugruppe 56 ist operativ mit einer linearen Ausführungsform der primären elastischen Elementanordnung 40 verbunden, sodass, zusammen, die Dämpferbaugruppe und die primäre elastische Elementanordnung Teil einer Feder-Dämpferanordnung 58 sind. Insbesondere ist die Dämpferbaugruppe 56 dafür konfiguriert, das Ein- und Ausfedern der Schwingungen der Druckfeder in Ausführungsform 40A der primären elastischen Elementanordnung 40 abzuschwächen. Als Einheit ist die Feder-Dämperanordnung 56 dafür konfiguriert, die Stellbewegung des jeweiligen Rades 20, 22 bei Fahrzeugbetrieb 10 zu steuern und die gewünschte Fahrqualität oder den Komfort und das Ansprechverhalten des Fahrzeugs bereitzustellen. Wie dargestellt ist die Stellgliedwelle 38 dafür konfiguriert, die Dämpferbaugruppe 56 zu betreiben, d.h. zu komprimieren. Die primäre elastische Elementanordnung 40 in der Feder-Dämperanordnung 58 funktioniert in vertikaler Richtung, das heißt, im Allgemeinen senkrecht zu der Straßenoberfläche 13, als lineare Druckfeder.
Wie in 3 und 4 dargestellt kann die primäre elastische Elementanordnung 40 speziell dafür konfiguriert sein, die Fahrzeugkarosserie 12 im Verhältnis zum jeweiligen Laufrad 20, 22 aufzuhängen und eine gewünschte Federrate, d. h. Steifheit in vertikaler oder Y-Richtung zu erzeugen. Wie jedoch in 5 dargestellt, kann die Dämpferbaugruppe 56 zusätzlich eine Aufhängungsschraubenfeder 59 beinhalten, die dafür konfiguriert ist, eine wesentliche Federrate zum Aufhängen der Fahrzeugkarosserie 12 im Verhältnis zu den jeweiligen Laufrädern 20, 22 zu erzeugen. In einer solchen Ausführungsform ist, während die Schraubenfeder 59 die Fahrzeugkarosserie 12 aufhängt, die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34 und die resultierende Kraft F_a des Stellglieds dafür konfiguriert, selektiv die Federrate der Schraubenfeder 59 über einen dynamischen Scharnierbereich der Aufhängungsecke 28 zu erhöhen oder zu verringern. Dementsprechend erlaubt es die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34 der Aufhängungsecke 28, sowohl eine relativ hohe Federrate für eine entsprechende dynamische Steuerung der Fahrzeugkarosserie 12 und ein relativ geringe Federrate für eine effektive Isolierung der Fahrzeugkarosserie von Fahrbahnstörungen einzusetzen.
Die Wechselwirkung zwischen der Kontur 52A oder der Kontur 54A und den sekundären Federn 48 ist ausgebildet, um eine vorbestimmte positive Steifheit des Stellglieds 34 vom unbelasteten Zustand der sekundären Federn und in den ursprünglichen Verdichtungshub auszulösen, während ferner eine reduzierte und negative effektive Steifheit im Verdichtungshub der primären elastischen Elementanordnung 40 hervorgerufen wird. Ein solcher Verlauf von der vorbestimmten positiven Steifheit zur negativen effektiven Steifheit des Stellglieds 34 wird durch die speziell ausgewählte Form der Kontur 52A oder 54A festgelegt und kann so graduell erfolgen wie erforderlich, um die gewünschten Fahreigenschaften für das Fahrzeug 10 zu erreichen. Die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34, die durch die Kontur 52A oder 54A festgelegt wird, kann einen progressiven Wechsel in der Steifheit von positiver Steifheit (3) über Null-Steifheit (4) zu negativer Steifheit (5) und zurück definieren.
Wie hierin verwendet, ist eine positive Steifheit des Stellglieds 34 definiert als Federmodus, der eine zunehmende Kraft F_a über einen Teil des Kompressionshubs des Stellglieds erzeugt, der entlang der Höhe H der Fahrzeugkarosserie 12 stattfindet. Zum anderen, wie auch hierin definiert, ist bei einer Null-Steifheit das Stellglied 34 dafür konfiguriert, eine konstante Kraft F_a über Abschnitte des Kompressionshubs des Stellglieds und entlang der Höhe H der Fahrzeugkarosserie 12 zu erzeugen, wenn die Stellgliedwelle 38 innerhalb der Dämpferbaugruppe 56 verschoben wird. Wenn die Stellgliedwelle 38 kontinuierlich im Allgemeinen entlang der Höhe H verschoben wird, kann das Stellglied 34 in einen negativen Steifheitsmodus übergehen, wobei das Stellglied 34 dafür konfiguriert ist, eine abnehmende Kraft F_a über den Kompressionshub des Stellglieds zu erzeugen, das heißt, im Allgemeinen entlang der Höhe H der Fahrzeugkarosserie 12. Im positiven Steifheitsmodus, der in 3 dargestellt ist, kann das Stellglied 34 dafür konfiguriert sein, eine vorbestimmte positive Kraft F_a bei einer statischen Fahrhöhe H des Fahrzeugs 10 zu erzeugen. Ferner kann das Stellglied 34 eine Progression vom positiven Steifheitsmodus (3) zum Null-Steifheitsmodus (4) und zum negativen Steifheitsmodus (5) erzeugen. Die Progression zwischen dem positiven, Null- und negativen Steifheitsmodus wird durch die Federn 48 ermöglicht, die durch die Kontur 52A oder 54A, über die Rollen 50 oder verbunden über die Scharniere 51, geführt werden. Dementsprechend können die Federn 48, mit oder ohne Rollen 50, eine negative Komponente der Kraft F_v erzeugen, dann eine Null-Komponente der Kraft F_v entlang der Höhe H erzeugen und weiter eine zunehmende Komponente der Kraft F_v in einer allgemeinen Richtung der Anregungskraft F_r von der Straßenoberfläche 13, wenn die abhängigen Federn durch Verfolgung der Kontur 52A oder 54A komprimiert und dann wieder entspannt werden.
Wie zusätzlich in 2 dargestellt, kann das Aufhängungssystem 24 auch einen Stabilisator oder eine Querstrebe 60 beinhalten, die dafür konfiguriert ist, das Laufrad 20, 22 an der Fahrzeugkarosserie 12 an der jeweiligen Aufhängungsecke 28 zu befestigen. Dementsprechend kann das Aufhängungssystem 24 des Fahrzeugs 10 einen separaten Stabilisator 60 an jeder Aufhängungsecke 28 beinhalten. Die Stabilisatoranordnung 60 hilft die Schwankungsbewegung der Fahrzeugkarosserie 12 im Verhältnis zur Straßenoberfläche 13 an der jeweiligen Aufhängungsecke 28 zu reduzieren, während das Fahrzeug 10 bei hoher Fahrgeschwindigkeit und/oder bei Fahrbahnunebenheiten in die Kurve fährt, indem ein Stabilisator-Drehmoment T_b erzeugt wird. Wie dargestellt, beinhaltet die Stabilisatoranordnung 60 einen Stabilisator oder einfach eine Stange 62, die ein bestimmtes Laufrad 20 oder 22 über einen Hebelarm 64 verbindet und an der Fahrzeugkarosserie 12 über eine drehelastische Ausführungsform der primären elastischen Elementanordnung 40 befestigt ist. Die Stabilisatoranordnung 60 erhöht die Schwankungssteifheit des Aufhängungssystems 24, d. h. seine Schwankungsstabilität, unabhängig von der Federrate in vertikaler Richtung. Dementsprechend kann in der Stabilisatoranordnung 60, die primäre elastische Elementanordnung 40 eine Torsionsfeder 40B (in 6 dargestellt) beinhalten.
In der Ausführungsform des nicht erfindungsgemäßen nichtlinearen Steifheits-Stellglieds 34, das in der Stabilisatoranordnung 60 eingesetzt ist, wird die Stellgliedwelle 38 an der Stange 62 zur synchronen Drehung oder Betätigung, wie in 6 und 7 dargestellt, befestigt oder bildet einen Teil davon. Zusätzlich kann die primäre elastische Elementanordnung 40 eine Vielzahl von Torsionsfedern 40B beinhalten, die das Verstellgetriebe 43 mit der Stange 62 verbinden. Die rotierende Ausführungsform des Stellglieds 34 mit geringer Rauheit beinhaltet auch die sekundäre elastische Elementanordnung 42 (in 6 dargestellt), befestigt an dem Stellgliedgehäuse 36 und operativ mit der Stange 62 verbunden. In den Ausführungsformen in 6 und 7 ist die sekundäre elastische Elementanordnung 42 dafür konfiguriert, die Kraft F_v des variablen sekundären elastischen Elements zwischen dem Stellgliedgehäuse 36 und der Stellgliedwelle 38 zu erzeugen und damit ein Drehmoment T_a zu erzeugen, das konfiguriert ist, das gesamte Drehmoment T_b der Stabilisatoranordnung 60 über den Bereich der Verdrehung der Stange 62 zu modifizieren.
Das Stellgliedgehäuse 36 beinhaltet eine Innenwandfläche 36A und die Kraft F_v des variablen sekundären elastischen Elements wirkt senkrecht auf die Wandfläche 36A, um dadurch die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34 zu ermöglichen. Die Kraft F_v des sekundären elastischen Elements ist konfiguriert, sich schrittweise über den Hub der Stellgliedwelle 38 zu verändern. Dadurch erhöht und verringert die Kraft F_v des variablen sekundären elastischen Elements selektiv die primäre elastische Kraft F_p, um dadurch die gesamte Kraft F_a des Stellglieds zu modifizieren. Wie dargestellt, ist das Stellgliedgehäuse 36 konfiguriert, die Stellgliedwelle 38, die primäre elastische Elementanordnung 40 und die sekundäre elastische Elementanordnung 42 aufzunehmen. Wie in den Ausführungsformen in 3 und 4 kann die sekundäre elastische Elementanordnung 42, die in 5 und 6 dargestellt ist, eine Vielzahl von sekundären Federn 48 und Rollen 50 beinhalten. Wie gezeigt ist jede der Vielzahl von sekundären Federn 48 am Stellgliedgehäuse 36 befestigt.
Die Stabilisatoranordnung 60 beinhaltet ein Rampenelement 66, das konfiguriert ist, progressiv die Vielzahl der sekundären Federn 48, optional über die Rollen 50 zu komprimieren, wenn der Stabilisator 62 verdreht wird, um die Kraft F_v des variablen sekundären elastischen Elements zwischen dem Stellgliedgehäuse 36 und der Stellgliedwelle 38 zu erzeugen und damit wiederum die nichtlineare Steifheit des Stellglieds 34 zu erzeugen. Wie dargestellt können die Rollen 50 zwischen den sekundären Federn 48 und dem Rampenelement 66 montiert sein. Das Zusammenwirken zwischen den sekundären Federn 48 und dem Rampenelement 66 kann konfiguriert sein, um einen Over-Center-Effekt auszulösen, sodass die sekundären Federn eine Kraft erzeugen, die die Stange 62 dazu veranlassen, in eine Richtung, beispielsweise, im Uhrzeigersinn zu drehen und vorbei an einem bestimmten „Mittel“-Punkt des Drehbereichs der Stange, in eine andere Richtung, beispielsweise, entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. Dementsprechend können die sekundären Federn 48 selektiv eine positive Steifheit erzeugen, um das Stabilisatordrehmoment der Stange 62 zu erhöhen und eine negative Steifheit, um das Stabilisatordrehmoment der Stange zu verringern, wodurch die Wirkung der Stabilisatoranordnung 60 auf die Fahrqualität des Fahrzeugs 10 variiert wird.
Wie bei den linearen Ausführungsformen des Stellglieds 34, die unter Bezugnahme auf 3-5 dargestellt und beschrieben sind, kann die rotierende Ausführungsform des Stellglieds 34 mit geringer Rauheit, dargestellt in 6 und 7, das Verstellgetriebe 43 als Teil der primären elastischen Elementanordnung 40 beinhalten. Desgleichen kann das Verstellgetriebe 43 dafür konfiguriert sein, die ursprüngliche Kraft F_p der primären elastische Elementanordnung 40 vorzuspannen oder auszuwählen, was zu einem anfänglichen Drehmoment T_b gegen die Stellgliedwelle 38 führt. Wie dargestellt, kann das Verstellgetriebe 43 den Motor 43A beinhalten, der durch ein niederenergetisches Signal von einer Steuerung 100 betätigt und gesteuert wird, und einen Pumpengetriebesatz 43B, der konfiguriert ist, die Kraft zu variieren, die durch die primäre elastische Elementanordnung 40 über die Stellschraube 46 erzeugt wird, und damit das Drehmoment Ta der elastischen Elementanordnung zu variieren. Wie in den Ausführungsformen in 3-5, ist der Motor 43A mindestens als Elektromotor, pneumatischer oder hydraulischer Servomechanismus, der durch den Pumpengetriebesatz 43B betrieben wird, konfiguriert, um die Kraft zu variieren, die durch die primäre elastische Elementanordnung 40 erzeugt wird.

Claims

Nichtlineares Steifheits-Stellglied (34) für eine Aufhängungsecke an einem Fahrzeug (10) mit einer Fahrzeugkarosserie (12) und einem Laufrad (20, 22), das nichtlineare Steifheits-Stellglied (34) umfassend: ein Stellgliedgehäuse (36); eine Stellgliedwelle (38), dafür konfiguriert, eine Stellgliedwirkung an das Laufrad (20, 22) zu übertragen; eine primäre elastische Elementanordnung (40) zwischen dem Stellgliedgehäuse (36) und der Stellgliedwelle (38) und dafür konfiguriert, eine Kraft eines primären elastischen Elements (40A) entlang der Stellgliedwelle (38) auszuüben; eine sekundäre elastische Elementanordnung (42), dafür konfiguriert, eine Kraft eines variablen sekundären elastischen Elements zwischen dem Stellgliedgehäuse (36) und der Stellgliedwelle (38) auszuüben, wobei die Kraft des variablen sekundären elastischen Elements dafür konfiguriert ist, selektiv zur Kraft des primären elastischen Elements (40A) beizutragen oder diese zu verringern, um dadurch die nichtlineare Steifheit des Stellglieds (34) zu ermöglichen; wobei die sekundäre elastische Elementanordnung (42) eine Vielzahl von sekundären Federn (48) und Rollen (50) beinhaltet, wobei jede sekundäre Feder operativ mit jeweils einer der Rollen (50) verbunden ist und jede Rolle (50) in operativem Kontakt mit einer in Hubrichtung der Stellgliedwelle (38) konvexen Kontur (52A, 54A) steht, die bezüglich des Stellgliedgehäuses (36) ortsfest ist; wobei jede der Vielzahl von sekundären Federn (48) konfiguriert ist, die jeweils zugehörige Rolle (50) entlang einer zu der Hubrichtung der Stellgliedwelle (38) senkrechten Achse in Kontakt mit der konvexen Kontur (52A, 54A) zu bringen, um der konvexen Kontur (52A, 54A) bei einem Hub der Stellgliedwelle (38) zu folgen und dadurch die nichtlineare Steifheit des Stellglieds (34) zu definieren.
Nichtlineares Steifheits-Stellglied nach Anspruch 1, wobei die primäre elastische Elementanordnung (40) einen Einstellmechanismus (43) beinhaltet, der konfiguriert ist, die Kraft des primären elastischen Elements (40A) einzustellen.
Nichtlineares Steifheits-Stellglied nach Anspruch 2, wobei der Einstellmechanismus (43) einen Motor (43A) beinhaltet, der als Elektromotor, pneumatischer Servomechanismus, hydraulischer Servomechanismus oder Pumpengetriebesatz konfiguriert ist, der wiederum konfiguriert ist, die Kraft des primären elastischen Elements (40A) einzustellen.
Nichtlineares Steifheits-Stellglied nach Anspruch 3, wobei die primäre elastische Elementanordnung (40) einen ersten Federsitz (44A), der mit dem Motor (43A) verbunden ist, einen zweiten Federsitz (44B) und eine Druckfeder (40A) beinhaltet, die zwischen dem ersten und zweiten Federsitz (44A, 44B) angeordnet ist.
Nichtlineares Steifheits-Stellglied nach Anspruch 4, wobei: die Druckfeder (40A) zwischen dem ersten Federsitz (44A) und dem zweiten Federsitz (44B) unter einem Gewicht der Fahrzeugkarosserie (12) komprimiert wird; die sekundäre elastische Elementanordnung (42) am zweiten Federsitz (44B) montiert ist; und der zweite Federsitz (44B) konfiguriert ist, sich im Verhältnis zum Stellgliedgehäuse (36) in Reaktion auf eine Eingabekraft vom Laufrad (20, 22) zu verschieben.
Nichtlineares Steifheits-Stellglied nach Anspruch 1, wobei das Stellgliedgehäuse (36) durch eine Innenfläche (52) gekennzeichnet ist, die entlang einer ersten Achse verläuft und die konvexe Kontur (52A) definiert, die konfiguriert ist, die Rollen (50) zu führen.
Nichtlineares Steifheits-Stellglied nach Anspruch 1, wobei die Aufhängungsecke eine Dämpferbaugruppe (56) beinhaltet und wobei die Stellgliedwelle (38) dafür konfiguriert ist, die Dämpferbaugruppe (56) zu komprimieren.
Nichtlineares Steifheits-Stellglied nach Anspruch 1, wobei die variable Kraft der sekundären elastischen Elementanordnung (42) konfiguriert ist, sich progressiv über einen Hub der Stellgliedwelle (38) zu verändern, um dadurch selektiv die Kraft des primären elastischen Elements (40A) zu erhöhen oder zu verringern und die Stellgliedwirkung zu modifizieren.