DE102018215037A1

DE102018215037A1 - Ein aktuatorsystem

Info

Publication number: DE102018215037A1
Application number: DE102018215037.0A
Authority: DE
Inventors: Luke BIRCH; Robert NEILSON; James Robertson; Sam Brown
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2019-03-21
Also published as: US20190084368A1; US11091000B2; GB2566545B; GB201715067D0; GB2566545A

Abstract

Aktuatorsystem (17) für ein Fahrzeug-Federungssystem (14), umfassend:
ein Aktuator (18) mit einem Kolben (24) und einer ersten Fluidkammer (C1), die durch den Kolben (24) von einer zweiten Fluidkammer (C2) getrennt ist;
eine Hydraulikpumpe (P) mit einem ersten Anschluss (P1), der durch einen ersten Hydraulikkreis (28) mit der ersten Kammer (C1) über ein erstes Ventil (V1) verbunden ist, wobei das erste Ventil (V1) ein Dämpfungsventil ist, das so betreibbar ist, dass es den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Kammer (C1) variabel begrenzt;
einen ersten hydraulischen Speicher (A1), der mit dem ersten Hydraulikkreis (28) zwischen dem ersten Anschluss (P1) und dem ersten Ventil (V1) verbunden ist; und
einen zweiten hydraulischen Speicher (A2), der mit dem ersten Anschluss (P1) durch ein zweites Ventil (V2) verbunden ist, wobei das zweite Ventil (V2) ein variables Druckbegrenzungsventil ist, das dazu dient, den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit von dem ersten Anschluss (P1) zu dem zweiten hydraulischen Speicher (A2) zu begrenzen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Aktuatorsystem. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bezieht sich die Offenbarung auf ein Aktuatorsystem für eine Fahrzeugfederung. Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein Aktuatorsystem, auf ein Fahrzeug und auf ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs.
STAND DER TECHNIK
Es ist bekannt, dass Federungssysteme an Fahrzeugen das Fahrverhalten des Fahrzeugs im Vergleich zu einem Fahrzeug ohne Federung verbessern.
So können Räder oder andere bodennahe Strukturen wie z. B. Laufbahnen eines gefederten Fahrzeugs sich relativ zur Fahrzeugkarosserie bewegen. Als solches hat der Körper verschiedene Bewegungsfreiheitsgrade (DOF). Die signifikanten DOF sind „hieven“, d. h. Bewegung in vertikaler Richtung, Neigen und Rollen.
Die Bewegung der Fahrzeugkarosserie in Heben, Neigen und Rollen bei Frequenzen nahe der ersten gedämpften Eigenfrequenz des jeweiligen Freiheitsgrades werden als Primärkörperbewegungen bezeichnet. Sie werden typischerweise als Frequenzen von 1 bis 3 Hz definiert. Primäre Körperbewegungen können straßeninduziert sein, aber bei Roll- und Neigbewegungen können auch primäre Körperbewegungen fahrerinduziert sein.
Die Bewegung der Fahrzeugkarosserie in Heben, Neigung und Rollen bei Frequenzen über der ersten gedämpften Eigenfrequenz des jeweiligen Freiheitsgrades werden als sekundäre Körperbewegungen bezeichnet. Sie werden typischerweise als Frequenzen über 3-4 Hz definiert. Sekundäre Körperbewegungen sind fast ausschließlich straßeninduziert.
Auch passive Federungssysteme sind bekannt, bei denen das System auf Rad-zu-Körper-Bewegungen reagiert.
Aktive Federungssysteme sind bekannt, wobei die Eigenschaften des Federungssystems in Abhängigkeit von den unmittelbaren Federungsanforderungen modifiziert werden. Aktive Federungssysteme arbeiten unabhängig von Rad-zu-Körper-Bewegungen und erzeugen Kräfte auf Wunsch. Ein aktives Federungssystem muss sowohl mit niederfrequenten aktiven Kräften als auch mit Störeingängen umgehen, die zu einem höheren Frequenzbereich neigen können. Aktive Kräfteansprüche sind Kraftanforderungen, die für ein gewünschtes Fahrzeugverhalten berechnet werden und bei denen die verschiedenen Elemente des Aktuatorsystems gesteuert werden. Um diese Kraftanforderungen zu erfüllen, kann es erforderlich sein, Energie in das Federungssystem einzubringen oder Energie aus dem Federungssystem zu entziehen (z. B. Dämpfung). Diese aktiven Kraftanforderungen sind typischerweise, wenn auch nicht ausschließlich, auf die primären Körper-Bewegungsfrequenzen beschränkt. Störungseingänge sind Weg-/Geschwindigkeitsstörungseingänge in das Aktuatorsystem, die sich entweder aus dem Fahrbahnprofil oder der Bewegung des Körpers ergeben.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile zu beheben.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäße Aspekte und Ausführungsformen stellen ein Aktuatorsystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren nach den beigefügten Patentansprüchen bereit.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Aktuatorsystem für ein Fahrzeugaufhängungssystem vorgesehen, das Folgendes umfasst:

ein Aktuator mit einem Kolben und einer ersten Fluidkammer, die durch den Kolben von einer zweiten Fluidkammer getrennt ist;
eine Hydraulikpumpe mit einem ersten Anschluss, der durch einen ersten Hydraulikkreis mit der ersten Kammer über ein erstes Ventil verbunden ist, wobei das erste Ventil ein Dämpfungsventil ist, das den Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Kammer variabel begrenzt;
einen ersten Hydraulikspeicher, der an dem ersten Hydraulikkreis zwischen dem ersten Anschluss und dem ersten Ventil angeschlossen ist; und
einen zweiten Hydraulikspeicher, der mit dem ersten Anschluss durch ein zweites Ventil verbunden ist, wobei das zweite Ventil ein variables Druckbegrenzungsventil ist, das dazu dient, den Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Hydraulikspeicher variabel zu begrenzen.

Dies hat den Vorteil, dass die getrennten Speicher die getrennten Hoch- und Niederfrequenz- Kraftanforderungen erfüllen. Der erste Speicher ist immer angeschlossen und im Einsatz, um den relativ geringen Kraftbedarf bei hohen Frequenzen zu decken, während der zweite Speicher nur bei niedrigen Frequenzen benötigt wird, was zu größeren Durchflüssen führt und somit mehr Leistung verlangt. Durch diese Entkopplung können die zweiten Speicher nur bei Bedarf verwendet werden, wodurch der Stromverbrauch des Systems reduziert wird, ohne die Ansprechzeit zu beeinträchtigen.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Bodenkontaktstruktur vorgesehen, die auf einem an einer Fahrzeugkarosserie befestigten Federungssystem montiert ist, wodurch eine gefederte Masse und eine ungefederte Masse definiert werden, wobei das Fahrzeug einschließlich des Aktuatorsystems, wie in dem obigen Aspekt der Erfindung definiert, zumindest teilweise die gefederte Masse auf der ungefederten Masse abstützt,
worin eine oder mehrere oder alle des
erstes Ventils,
ersten Speichers,
dritten Ventils, und
dritten Speichers mindestens einen Teil der ungefederten Masse definieren, und/oder wobei eine oder mehrere oder alle des
zweiten Ventils
zweiten Speichers
vierten Ventils
vierten Speichers, und
Pumpe wenigstens ein Teil der gefederten Masse definieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Methode zum Betrieb des Fahrzeugs des oben erwähnten anderen Aspekts der Erfindung geboten, wobei die Methode Folgendes umfasst:

a) Definition eines ersten Zieldrucks für die erste Kammer,
b) Betrieb der Pumpe zur Erzeugung des ersten Zieldrucks in der ersten Kammer und im ersten Speicher,
c) Einstellung des zweiten Entlastungsdrucks am Ventil auf einen vom ersten Zieldruck abhängigen Wert.

Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuellen Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Antragsteller behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Anspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun ausschließlich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; wobei:

1 ein Fahrzeug nach der vorliegenden Erfindung mit mindestens einem Aktuatorsystem nach der vorliegenden Erfindung zeigt und
2 eine schematische Darstellung eines Aktuatorsystems nach der am Fahrzeug verwendeten Erfindung aus 1 ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In Bezug auf die Abbildungen ist ein Fahrzeug 10 mit Bodenkontaktstruktur dargestellt, in diesem Fall eine Form von vier Rädern 12. Ein aktives Federungssystem 14 verbindet jedes Rad 12 mit einer Karosserie 16 des Fahrzeugs 10.
Das Fahrzeug definiert daher eine gefederte Masse, die die Karosserie 16 und weitere Komponenten umfasst, die nachfolgend beschrieben werden, und eine ungefederte Masse, die die Räder 12 und weitere Komponenten umfasst, die nachfolgend beschrieben werden.
Jedes Federungssystem 14 enthält ein Aktuatorsystem 17 mit einem Aktuator 18, der die Karosserie 16 mit dem zugehörigen Rad 12 verbindet. Das Federungssystem beinhaltet auch eine Feder 20, die die Karosserie 16 mit dem zugehörigen Rad 12 verbindet. Die Feder 20 kann jede Art von Feder sein, zum Beispiel eine Schraubenfeder oder eine Luftfeder. Wie aus 2 ersichtlich, arbeiten Aktuator 18 und Feder 20 parallel.
Der Aktuator 18 enthält einen Zylinder 22 mit einem Kolben 24. Der Zylinder 22 ist mit dem Rad 12 verbunden sowie der Kolben über eine Stange 26 mit der Karosserie 16. Der Kolben definiert eine erste Fluidkammer C1 und eine zweite Fluidkammer C2. Der Kolben isoliert fluidisch die erste Fluidkammer C1 von der zweiten Fluidkammer C2.
Zum Aktuatorsystem 17 gehört auch eine Pumpe P mit einem ersten Anschluss P1 und einem zweiten Anschluss P2.
Das Aktuatorsystem 17 umfasst die Ventile V1, V2, V3 und V4.
Das Ventil V1 enthält ein Klappenventil V1A und ein Rückschlagventil V1B. Ebenso enthält das Ventil V3 ein Klappenventil V3A und ein Rückschlagventil V3B.
Wie dargestellt, bestehen das Klappenventil V1A und V3A jeweils aus einem Satz (in diesem Fall 3) von Entlastungsventilen und zugehörigen Drosselelementen. In weiteren Ausführungsformen kann jeder geeignete Klappenventiltyp verwendet werden, einschließlich jeder Art von variablem Klappenventil oder jeder Art von nicht-variablem Klappenventil.
Die Ventile V2 und V4 sind beide variable Druckbegrenzungsventile.
Zum Aktuatorsystem 17 gehören auch die Hydraulikspeicher A1, A2, A3 und die Ölverteilungen G1 und G2.
Zum Aktuatorsystem 17 gehören auch der Hydraulikspeicher A4 und die Rückschlagventile X1 und X2.
Die Ölverteilung G1 verbindet fluidisch den Anschluss P1 der Pumpe P, den Ausgang X10 des Rückschlagventils X1, den Eingang V2I des Ventils V2, den Hydraulikspeicher A1 und den Anschluss V1C des Ventils V1.
Ebenso verbindet die Ölverteilung G2 den Anschluss P2 der Pumpe P mit dem Ausgang X2O des Rückschlagventils X2, den Eingang V4I des Ventils V4, den Hydraulikspeicher A3 und den Anschluss V3C des Ventils V3.
Ölverteilung 30 verbindet die erste Fluidkammer C1 mit dem Anschluss V1D des Ventils V1. Ebenso verbindet Ölverteilung 32 die zweite Fluidkammer C2 mit dem Anschluss V3D des Ventils V3.
Ölverteilung 34 verbindet den Hydraulikspeicher A2 mit dem Ausgang V2O des Ventils V2 und dem Eingang X1I des Ventils X1. Ebenso verbindet Ölverteilung 36 den Hydraulikspeicher A4 mit dem Ausgang V4O des Ventils V4 und dem Eingang X2I des Ventils X2.
Wie aus 2 ersichtlich ist, verbindet ein erster Hydraulikkreis 28, der mindestens durch Ölverteilung G1 und Ölverteilung 30 definiert ist, den ersten Anschluss P1 der Hydraulikpumpe P mit der ersten Kammer C1. Ebenso verbindet ein zweiter Hydraulikkreis 29, der mindestens durch Ölverteilung G2 und Ölverteilung 32 definiert ist, den zweiten Anschluss P2 der Hydraulikpumpe P1 mit der zweiten Kammer C2.
Im Einsatz wird die Karosserie 16 durch die Feder 20 und den Aktuator 18 auf dem Rad abgestützt. Der Aktuator 18 wird verwendet, um die Fahrt des Fahrzeugs zu verbessern, indem eine Kraft erzeugt wird, die dazu neigt, den Aktuator zu expandieren, d. h., den Kolben 24 nach oben zu bewegen, wenn man 2 relativ zum Zylinder 22 betrachtet, oder indem eine Kraft erzeugt wird, die dazu neigt, den Aktuator 18 einzuziehen, d. H,. die dazu neigt, den Kolben 24 nach unten zu bewegen, wenn man 2 relativ zum Zylinder 22 betrachtet. Wie zu erkennen ist, kann eine Extensionskraft im Aktuator 18 dazu führen, dass die Karosserie 16 relativ zum Rad ansteigt, während eine Kontraktionskraft im Aktuator 18 dazu führt, das der Körper 16 relativ zum Rad absinkt, abhängig von dem Ausgleich der Kräfte anderswo im System.
Zum Beispiel, wenn das Fahrzeug eine Rechtskurve fährt, neigt das Fahrzeug natürlich dazu, nach links zu rollen, und dieser Linkskurve kann zumindest teilweise durch einen Aktuator 18, der einem Außenrad (in diesem Beispiel einem linken Rad) zugeordnet ist, der eine Extensionskraft erzeugt und einem Aktuator 18, der einem Innenrad (in diesem Beispiel einem rechten Rad) zugeordnet ist, und eine Kontraktionskraft erzeugt, entgegengewirkt werden
Wenn das Rad jedoch gerade die beispielhafte Rechtskurve überwindet, kann ein Außenrad und/oder ein Innenrad auf eine Unebenheit und/oder eine Vertiefung in der Straße treffen, und das Federungssystem muss in der Lage sein, solche Unebenheiten oder Vertiefungen aufzunehmen.
Wie zu erkennen ist, wird durch das Drehen des Lenkrads 11 im Uhrzeigersinn eine vom Fahrer induzierte Eingabe erzeugt, bei der in diesem Fall das Fahrzeug nach rechts gelenkt wird, was dann eine Linksabrollung der Fahrzeugkarosserie (d. h. eine Primärkarosseriebewegung) bewirkt und die Linksabrollung durch das den verschiedenen Rädern zugeordnete Betätigungssystem 17 kompensiert werden kann, d. h. es wird ein aktiver Kraftaufwand zur Gegenbewegung der Linksabrollung erzeugt. Ebenso verursachen Störeinflüsse wie Unebenheiten und Vertiefungen in der Fahrbahn sekundäre Körperbewegungen, die das Federungssystem ebenfalls aufnehmen muss.
Fahrerinduzierte Eingänge sind im Vergleich zu straßeninduzierten Eingängen relativ langsam. In einem Beispiel können fahrerinduzierte Eingänge typischerweise mit einer Frequenz von weniger als 3 Hz auftreten, während straßeninduzierte Eingänge mit einer deutlich höheren Frequenz, zum Beispiel zwischen 3 und 30 Hz, auftreten. Das Federungssystem muss die relativ niederfrequenten fahrerinduzierten Eingänge und die relativ hochfrequenten straße-induzierten Eingänge aufnehmen.
Die Funktionsweise des Federungssystems 14 ist wie folgt:-
Beispiel 1
In diesem Beispiel ist das in 2 gezeigte Rad 12 ein linkes Vorderrad. Das Fahrzeug fährt auf einer geraden und glatten fiktiven Straße. Der vordere linke Teil des Fahrzeugs wird im Wesentlichen vollständig von der Feder 20 gestützt, und als solcher erzeugt der Aktuator 18 keine nennenswerte Kraft, d. h., er erzeugt weder eine Extensionskraft noch eine Kontraktionskraft.
Der Fahrer erzeugt dann durch Drehen des Lenkrads 11 im Uhrzeigersinn eine fahrerinduzierte Eingabe, die dazu führt, dass sich das Fahrzeug nach rechts dreht, was wiederum zur Folge hat, dass das Fahrzeug dazu tendiert, nach links zu rollen. Zur Verhinderung und Minimierung oder Steuerung der Linksabrollung erzeugt das Federungssystem einen aktiven Kraftaufwand, indem die zweite Fluidkammer C2 auf einen Zieldruck beaufschlagt wird, die eine Extensionskraft durch den Aktuator 18 erzeugt und damit die Linksabrollung reduziert.
Im Einzelnen bestimmen Sensoren (nicht dargestellt) in Verbindung mit einem Algorithmus oder dergleichen und einem Computer oder dergleichen einen geeigneten Zieldruck in der zweiten Fluidkammer C2. Der Zieldruck kann auf mehreren Variablen beruhen, z. B. Vorwärtsgeschwindigkeit, Fahrzeuggewicht, Belastung im Fahrzeug, Komforteinstellung der Federung, Kurvenradius, etc. Wenn festgestellt wird, dass der tatsächliche Druck in der zweiten Fluidkammer C2 unter dem Zieldruck liegt, wird die Pumpe P so betrieben, dass sie das Fluid aus der ersten Ölverteilung G1 in die zweite Ölverteilung G2 fördert. Bei steigendem Druck in der Ölverteilung G2 kann Hydraulikflüssigkeit am Rückschlagventil V3B vorbeifließen, wodurch der Hydraulikdruck in der Ölverteilung 32 und damit auch in der zweiten Fluidkammer C2 ansteigt. Der Hydraulikdruck im Hydraulikspeicher A3 steigt dementsprechend an.
Der Hydraulikdruck im Hydraulikspeicher A4 wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Ventils V4 steigen. Wenn sich der Druck in der zweiten Fluidkammer C2 erhöht, kann der Kolben 24 ansteigen (siehe 2) und somit kann Hydrauliköl aus der ersten Fluidkammer C1 austreten. Das ausgestoßene Fluid strömt in die Ölverteilung G1 in Abhängigkeit von der Strömungscharakteristik des Ventils V1A und ersetzt so einen Teil des von der Ölverteilung G1 zur Ölverteilung G2 über die Pumpe P verloren gegangenen Fluids. Das Fluid aus dem Hydraulikspeicher A1 gelangt in die Ölverteilung G1 und das Fluid aus dem Hydraulikspeicher A2 über das Ventil X1 in die Ölverteilung G1.
Nach einiger Zeit wird ein stabiles Gleichgewicht erreicht, wobei der Druck in der Ölverteilung G2, den Speichern A3 und A4, der Ölverteilung 32 und in der zweiten Fluidkammer C2 jeweils gleich ist. Die Größe dieses stationären Drucks (der Zieldruck) bestimmt die geeignete Pumpendrehzahl unter Berücksichtigung der Leckageeigenschaften der Pumpe. Im Interesse der Anlageleistung ist es wünschenswert, die Zeit bis zum Erreichen des Zieldrucks zu minimieren und den Energieaufwand für das Laden der Speicher A3 und A4 zu minimieren. Zu diesem Zweck kann das Ventil V4 während der transienten Phase nach einem durch den Fahrer induzierten Eingang so gesteuert werden, dass der Durchfluss in den Speicher A4 begrenzt wird. Sobald der gewünschte Zieldruck in der zweiten Fluidkammer C2 erreicht ist, können die Eigenschaften des Ventils V4 so verändert werden, dass es zunehmend weniger restriktiv wird (d. h., es lässt progressiv mehr Durchfluss zu) und der Druck im Speicher A4 kann dann ansteigen, um im Gleichgewicht mit dem Zieldruck zu stehen.
Während das Fahrzeug die Rechtskurve weiterfährt, ist das Szenario zu betrachten, bei dem ein Störeingang vorliegt, indem das Rad 12 auf eine Unebenheit trifft. Während der Zieldruck in der zweiten Fluidkammer C2 dazu neigt, den Aktuator 18 zu expandieren, führt die Bodenunebenheit auf der Straße dazu, dass sich der Aktuator 18 zusammenzieht und Hydraulikflüssigkeit aus der zweiten Fluidkammer C2 in die erste Fluidkammer C1 strömt. Fluid, das n die erste Fluidkammer C1 strömt, kommt vor allem durch Hydrauliköl aus dem Speicher A1, das durch das Ventil V1B strömt. Das aus der zweiten Fluidkammer C2 austretende Hydrauliköl wird jedoch durch das Ventil V3A gedämpft. Das Ventil V3A wirkt unter diesen Umständen als Dämpferventil. Hydraulikflüssigkeit, die durch das Ventil V3A strömt, führt in erster Linie dazu, dass das Fluid in den Speicher A3 strömt. Sobald die Unebenheit überwunden ist, kehrt der Kolben 24 in seine Ruhestellung zurück. Die Unebenheit erzeugt einen hochfrequenten, straßeninduzierten Eingang, der in erster Linie von einem Speicher A3 aufgenommen wird, der im Vergleich zum Speicher A4 nahe der zweiten Flüssigkeitskammer C2 steht (wie weiter unten erläutert wird).
Alternativ dazu gibt es beim Überwinden der Rechtskurve einen Störeingang in Form des Rades 12, das auf ein Schlagloch oder Ähnliches trifft und den Aktuator 18 ausfahren lässt. Diese Erstreckung bewirkt, dass Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Fluidkammer C1 in die zweite Fluidkammer C2 strömt. Die Hydraulikflüssigkeit strömt in die zweite Fluidkammer C2 und wird primär durch Hydraulikflüssigkeit aus dem Speicher A3 über das Ventil V3B zugeführt. Die aus der ersten Flüssigkeitskammer C1 austretende Hydraulikflüssigkeit wird durch das Ventil V1A, das als Dämpferventil wirkt, gedrosselt. Hydraulikflüssigkeit, die durch das Ventil V1A strömt, führt in erster Linie dazu, dass das Fluid in den Speicher A1 strömt. Sobald ein Schlagloch überwunden ist, kehrt der Kolben 24 in seine Ruhestellung zurück.
Das Schlagloch erzeugt einen hochfrequenten, straßeninduzierten Eingang, der in erster Linie von einem Speicher A1 aufgenommen wird, der im Vergleich zum Speicher A2 nahe der ersten Flüssigkeitskammer C1 steht (wie weiter unten erläutert wird).
Beispiel 2
Dieses Beispiel ist das gleiche wie Beispiel 1, nur dass der Fahrer durch Drehen des Lenkrads 11 in eine entgegengesetzte Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) eine Eingabe erzeugt, die dazu führt, dass sich das Fahrzeug nach links dreht, was wiederum dazu führt, dass das Fahrzeug in die entgegengesetzte Richtung, in diesem Fall nach rechts, rollt. Das in 2 gezeigte Rad 12 ist das linke Vorderrad und wird somit zum Innenrad der Kurve und unter diesen Umständen wird statt eines Zieldrucks für die zweite Fluidkammer C2 ein Zieldruck für die erste Fluidkammer C1 erzeugt. Wenn der tatsächliche Druck in der ersten Fluidkammer C1 unter dem Zieldruck liegt, wird die Pumpe in umgekehrter Richtung von Beispiel 1 betrieben, um Fluid aus der zweiten Ölverteilung G2 in die erste Ölverteilung G1 zu pumpen. Bei steigendem Druck in der Ölverteilung G1 kann Hydraulikflüssigkeit am Rückschlagventil V1B vorbeifließen, wodurch der Hydraulikdruck in der Leitung 30 und damit auch in der zweiten Fluidkammer C1 ansteigt. Der Hydraulikdruck im Hydraulikspeicher A1 steigt dementsprechend an.
Der Hydraulikdruck im Hydraulikspeicher A2 wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Ventils V2 steigen. Wenn sich der Druck in der ersten Fluidkammer C1 erhöht, kann der Kolben 24 sich nach unten bewegen (siehe 2) und somit Hydrauliköl aus der zweiten Fluidkammer C2 austreten. Die ausgetriebene Fluide strömen in die Ölverteilung G2 in Abhängigkeit von der Strömungscharakteristik des Ventils V3A und ersetzen über die Pumpe P einen Teil der von der Ölverteilung G2 zur Ölverteilung G1 verloren gegangenen Fluide. Die Fluide aus dem hydraulischen Speicher A3 gelangen in die Ölverteilung G2 und die Fluide aus dem hydraulischen Speicher A4 fließen über das Ventil X2 in die Ölverteilung G2.
Nach einiger Zeit wird ein stabiles Gleichgewicht erreicht, wobei der Druck in der Ölverteilung G1, den Speichern A1 und A2, der Ölverteilung 30 und in der ersten Fluidkammer C1 jeweils gleich ist. Die Größe dieses stationären Drucks (der Zieldruck) bestimmt die geeignete Pumpendrehzahl unter Berücksichtigung der Leckageeigenschaften der Pumpe. Im Interesse der Anlagenleistung ist es wünschenswert, die Zeit bis zum Erreichen des Zieldrucks zu minimieren und den Energieaufwand für das Laden der Akkus A1 und A2 zu minimieren. Zu diesem Zweck kann das Ventil V2 während der transienten Phase nach einem durch den Fahrer induzierten Eingang so gesteuert werden, dass der Durchfluss in den Speicher A2 begrenzt wird. Sobald der gewünschte Zieldruck in der ersten Fluidkammer C1 erreicht ist, können die Eigenschaften des Ventils V2 so verändert werden, dass es zunehmend weniger restriktiv wird (d. h. es lässt progressiv mehr Durchfluss zu) und der Druck im Speicher A2 kann dann ansteigen, um im Gleichgewicht mit dem Zieldruck zu stehen.
Wenn das Innenrad einn Schlagloch trifft, wird das aus der zweiten Flüssigkeitskammer C2 austretende Hydrauliköl durch das Ventil V3A gedämpft, wie oben in Beispiel 1 beschrieben. Ebenso, wenn das Innenrad ein Schlagloch trifft, wird die aus der zweiten Hydraulikkammer C1 austretende Hydraulikflüssigkeit durch das Ventil V1A gedämpft, ähnlich wie in Beispiel 1 oben beschrieben.
Beispiel 3
In diesem Fall fährt das Fahrzeug gradlinig und das Gewicht des mit Rad 12 verbundenen Fahrzeugs wird im Wesentlichen vollständig von der Feder 20 getragen, sodass der Aktuator keine signifikante vertikale Kraft erzeugt, d. h., der Aktuator erzeugt weder eine Ausschubkraft noch eine Kontraktionskraft. Trifft das Rad 12 auf eine Unebenheit, so bewegt sich das Rad relativ zum Körper nach oben und führt zu einer Kontraktion des Aktuators 18, wodurch Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer C2 ausgestoßen und durch das Ventil V3A geleitet wird, wodurch die Kontraktionsbewegung des Aktuators gedämpft wird. Gleichzeitig strömt Hydraulikflüssigkeit über das Ventil V1B hauptsächlich aus dem Speicher A1 in die Fluidkammer C1.
Wie zu erkennen ist, wirkt das Ventil V3A als Dämpfer, wenn das Fahrzeug auf eine Bodenunebenheit trifft.
Wie auch zu erkennen, wenn das Fahrzeug in einer geraden Linie fährt und das Rad in ein Schlagloch gerät, dann neigt der Aktuator 18 zum Ausfahren, wodurch das Ventil V1A als Dämpferventil wirkt. Somit wird die Expansion des Aktuators 18 durch das Ventil V1A gedämpft, und die Kontraktion des Aktuators 18 wird durch das Ventil V3A gedämpft.
Die Ölverteilung G1 enthält eine flexible Hydraulikleitung in Form eines Schlauches H1 mit einem ersten Ende H1A und einem zweiten Ende H1B. Die Pumpe P, das Ventil V2 und das Rückschlagventil X1 sind alle an der Karosserie 16 befestigt und somit Teil der gefederten Masse des Fahrzeugs. Das Ende H1A des Schlauches H1 ist ebenfalls Teil der gefederten Masse des Fahrzeugs. Zylinder 22, Ölverteilung 30, Ventil V1, Speicher A1 und Ende H1B des Schlauches H1 sind dagegen Teil der ungefederten Masse des Fahrzeugs. Der Schlauch H1 nimmt somit die Relativbewegung zwischen der gefederten Masse und der ungefederten Masse des Fahrzeugs auf.
Ebenso enthält die Ölverteilung G2 eine flexible Hydraulikleitung in Form eines Schlauches H2, der ein erstes Ende H2A und ein zweites Ende H2B hat. Erstes Ende H2A, Ventil V4, Rückschlagventil X2 und Speicher A4 gehören zur gefederten Masse des Fahrzeugs, während Ende H2B, Speicher A3, Ventil V3 und Ölverteilung 32 zur ungefederten Masse des Fahrzeugs gehören.
Wie aus 2 ersichtlich ist, definiert ein Teil des ersten Hydraulikkreises 28 (der Teil rechts vom Ende H1A des Schlauches H1 bei Betrachtung von 2) die gefederte Masse des Fahrzeugs und ein anderer Teil des ersten Hydraulikkreises 28 (der Teil links vom Ende H1B des Schlauches H1 bei Betrachtung von 2) definiert die ungefederte Masse des Fahrzeugs. Bedeutsam ist, dass der erste Hydraulikkreis 28 nur eine einzige flexible Hydraulikleitung hat, deren erstes Ende in einer gefederten Masse und deren zweites Ende in einer ungefederten Masse definiert ist.
Ebenso hat der zweite Hydraulikkreis 29 eine einzige flexible Hydraulikleitung mit einem ersten Ende H2A, das eine gefederte Masse definiert, und einem zweiten Ende H2B, das eine ungefederte Masse definiert. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind nur zwei Hydraulikleitungen (H1 und H2) pro bodeneingreifende Struktur (z. B. pro Rad 12) erforderlich, um die Bewegung zwischen der gefederten Masse und der ungefederten Masse der bodeneingreifenden Struktur des Fahrzeugs aufzunehmen.
Der Speicher A1 hat eine kleinere Kapazität als der Speicher A2. Speicher A1 kann auf Zylinder 22 montiert werden. Ventil V1 kann auf Zylinder 22 montiert werden. Der hydraulische Weg zwischen Speicher A2 und Kammer C1 umfasst Ventil V2, Rückschlagventil X1 und Hydraulikschlauch H1, während die hydraulische Verbindung zwischen Speicher A1 und Kammer C1 nicht Ventil V1, X1 und Schlauch H1 umfasst. Dadurch ist der Speicher A1 besser in der Lage, hochfrequente Strömungsschwankungen, wie sie z. B. durch straßeninduzierte Einflüsse entstehen, aufzunehmen.
Aktuator 18 hat einen vollen Hub, d. h., der volle Hub des Aktuators 18 ist die Differenz zwischen seiner voll ausgefahrenen und seiner voll eingezogenen Länge. Die Volumendifferenz der Kammer C1 zwischen voll ausgefahrenem und zusammengezogenem Aktuator 18 definiert ein volles Hubvolumen der ersten Fluidkammer C1. Ebenso definiert die Volumendifferenz der Kammer C2 zwischen voll ausgefahrenem und zusammengezogenem Aktuator 18 ein volles Hubvolumen der zweiten Fluidkammer C2.
Ein kombiniertes Volumen des ersten A1- und zweiten A2-Speichers kann größer sein als das volle Hubvolumen der ersten Fluidkammer C1.
Ein kombiniertes Volumen des ersten A1- und zweiten A 2-Speichers kann größer sein als ein kombiniertes Volumen des vollen Hubvolumens der ersten Fluidkammer C1 und des vollen Hubvolumens der zweiten Fluidkammer C2.
Ein Volumen des ersten Speichers A1 kann kleiner sein als das volle Hubvolumen der ersten Fluidkammer C1.
Ein kombiniertes Volumen des dritten A3- und vierten A4-Speichers kann größer sein als das volle Hubvolumen der zweiten Fluidkammer C2.
Ein kombiniertes Volumen des dritten A3- und vierten A4-Speichers kann größer sein als ein kombiniertes Volumen des vollen Hubvolumens der ersten Fluidkammer C1 und des vollen Hubvolumens der zweiten Fluidkammer C2.
Das Volumen des dritten Speichers A3 kann kleiner sein als das volle Hubvolumen der zweiten Fluidkammer C2.
Wie zu erkennen ist, kann die erste Fluidkammer C1 das Fluid zu den Hydraulikspeichern A1 und/oder A2 ablassen. Da der Hydraulikspeicher A1 sowohl physikalisch als auch hydraulisch relativ nahe an der ersten Fluidkammer C1 liegt, kann dieser Speicher hochfrequente, straßeninduzierte Eingänge aufnehmen, die in der Regel eine relativ niedrige Menge an Hydraulikflüssigkeit benötigen, um diese aufzunehmen. Umgekehrt ist der Hydraulikspeicher A2, der größer ist, besser in der Lage, größere Mengen an Hydraulikflüssigkeit aufzunehmen, die mit größeren Relativbewegungen des Kolbens innerhalb des Zylinders 22 verbunden sind, die oft mit niederfrequenten, vom Fahrer induzierten Eingängen verbunden sind.
Wie zu sehen sein wird, kann die zweite Fluidkammer C2 das Fluid zu den Hydraulikspeichern A3 und/oder A4 ablassen. Da der Hydraulikspeicher A3 sowohl physikalisch als auch hydraulisch relativ nahe an der zweiten Fluidkammer C2 liegt, kann dieser Speicher hochfrequente, straßeninduzierte Eingänge aufnehmen, die in der Regel eine relativ niedrige Menge an Hydraulikflüssigkeit benötigen, um diese aufzunehmen. Umgekehrt ist der Hydraulikspeicher A4, der größer ist, besser in der Lage, größere Mengen an Hydraulikflüssigkeit aufzunehmen, die mit größeren Relativbewegungen des Kolbens innerhalb des Zylinders 22 verbunden sind, die oft mit niederfrequenten, vom Fahrer induzierten Eingängen verbunden sind.
Wie bereits erwähnt, ist Ventil V2 ein variables Druckbegrenzungsventil und die Einstellung des Druckbegrenzungsventils V2 kann den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Insbesondere kann die Druckeinstellung des Ventils V2 von einem Zieldruck in der ersten Kammer C1 abhängig sein. Typischerweise wird der Überströmventildruck für Ventil V2 unterhalb des Zieldrucks für Kammer C1 eingestellt, jedoch auf einen Wert, der so hoch ist, dass während einer anfänglichen Übergangsphase ein Durchfluss von Pumpe P primär in Kammer C1 und Antrieb A1 fließt, und nur während des letzten Teils der Übergangsphase, wenn der Druck in Kammer C1 und Speicher A1 den am Ventil V2 eingestellten Überströmventildruck erreicht hat, Hydraulikfluid von Pumpe P durch Ventil V2 in den Speicher A2 fließt. Auf diese Weise kann der Zieldruck in Kammer C1 und Speicher A1 schnell erreicht werden, ohne dass der Speicher A2 unter Druck gesetzt werden muss. Durch die Bereitstellung eines Systems, bei dem der Zieldruck in Kammer C1 und A1 schnell angefahren werden kann, kann der Speicher A1 im Falle von hochfrequenten, straßeninduzierten Eingängen solche Eingänge kompensieren, selbst wenn der Speicher A2 einen niedrigeren Druck als der Zieldruck hat. Dadurch erreicht das System schnell einen Druck in der Kammer C1 bei oder nahe dem Zieldruck, ohne dass der Speicher A2 vollständig auf den Zieldruck aufgeladen werden muss, wodurch ein effizienteres System erreicht wird.
Wie bereits erwähnt, ist Ventil V4 ein variables Druckbegrenzungsventil und die Einstellung des Druckbegrenzungsventils V4 kann den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Insbesondere kann die Druckeinstellung des Ventils V4 von einem Zieldruck in der zweiten Kammer C2 abhängig sein. Typischerweise wird der Überströmventildruck für Ventil V4 unterhalb des Zieldrucks für Kammer C2 eingestellt, jedoch auf einen Wert, der so hoch ist, dass während einer anfänglichen Übergangsphase ein Durchfluss von Pumpe P primär in Kammer C2 und Antrieb A3 fließt, und nur während des letzten Teils der Übergangsphase, wenn der Druck in Kammer C2 und Speicher A3 den am Ventil V4 eingestellten Überströmventildruck erreicht hat, fließt Hydraulikfluid von Pumpe P durch Ventil V4 in den Speicher A4. Auf diese Weise kann der Zieldruck in Kammer C2 und Speicher A3 schnell erreicht werden, ohne dass der Speicher A4 unter Druck gesetzt werden muss. Durch die Bereitstellung eines Systems, bei dem der Zieldruck in Kammer C2 und A3 schnell angefahren werden kann, kann der Speicher A3 im Falle von hochfrequenten, straßeninduzierten Eingängen solche Eingänge kompensieren, selbst wenn der Speicher A4 einen niedrigeren Druck als der Zieldruck hat. Dadurch erreicht das System schnell einen Druck in der Kammer C1 bei oder nahe dem Zieldruck, ohne dass der Speicher A4 vollständig auf den Zieldruck aufgeladen werden muss, wodurch ein effizienteres System erreicht wird.
In weiteren Ausführungsformen kann die bodenberührende Struktur eine Fahrzeugspur sein und das Fahrzeug ein Kettenfahrzeug sein.
Wie oben beschrieben, wird das Fahrzeug in den verschiedenen Beispielen von einem Fahrer gefahren. In weiteren Ausführungsformen kann das Fahrzeug ein autonomes Fahrzeug sein und daher keinen Fahrer haben.

Claims

Aktuatorsystem (17) für ein Fahrzeug-Federungssystem (14), umfassend: ein Aktuator (18) mit einem Kolben (24) und einer ersten Fluidkammer (C1), die durch den Kolben (24) von einer zweiten Fluidkammer (C2) getrennt ist; eine Hydraulikpumpe (P) mit einem ersten Anschluss (P1), der durch einen ersten Hydraulikkreis (28) mit der ersten Kammer (C1) über ein erstes Ventil (V1) verbunden ist, wobei das erste Ventil (V1) ein Dämpfungsventil ist, das so betreibbar ist, dass es den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Kammer (C1) variabel begrenzt; einen ersten hydraulischen Speicher (A1), der mit dem ersten Hydraulikkreis (28) zwischen dem ersten Anschluss (P1) und dem ersten Ventil (V1) verbunden ist; und einen zweiten hydraulischen Speicher (A2), der mit dem ersten Anschluss (P1) durch ein zweites Ventil (V2) verbunden ist, wobei das zweite Ventil (V2) ein variables Druckbegrenzungsventil ist, das dazu dient, den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit von dem ersten Anschluss (P1) zu dem zweiten hydraulischen Speicher (A2) zu begrenzen.
Aktuatorsystem nach Anspruch 1, wobei die Hydraulikpumpe (P) einen zweiten Anschluss (P2) aufweist, der durch einen zweiten Hydraulikkreis (29) mit der zweiten Kammer (22) über ein drittes Ventil (V3) verbunden ist, wobei das dritte Ventil (V3) ein Dämpferventil ist, das betreibbar ist, um den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit aus der zweiten Kammer (C2) variabel zu begrenzen, einen dritten hydraulischen Speicher (A3), der mit dem zweiten Hydraulikkreis (29) zwischen dem zweiten Anschluss (P2) und dem dritten Ventil (V3) verbunden ist; und einen vierten hydraulischen Speicher (A4), der mit dem zweiten Anschluss (P2) durch ein viertes Ventil (V4) verbunden ist, wobei das vierte Ventil (V4) ein variables Druckbegrenzungsventil ist, das dazu dient, den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit von dem zweiten Anschluss (P2) zu dem vierten hydraulischen Speicher (A4) zu begrenzen.
Aktuatorsystem (17) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Aktuator (18) einen Vollhub aufweist, der ein Vollhubvolumen der ersten Fluidkammer (C1) und ein Vollhubvolumen der zweiten Fluidkammer (C2) definiert, und ein kombiniertes Volumen des ersten und zweiten Speichers (A1, A2) größer als das Vollhubvolumen der ersten Fluidkammer (C1) ist.
Aktuatorsystem (17) nach Anspruch 3, wobei ein Volumen des ersten Speichers (A1) kleiner ist als das volle Hubvolumen der ersten Fluidkammer (C1).
Aktuatorsystem (17) nach Anspruch 2, wobei der Aktuator (18) einen Vollhub aufweist, der ein Vollhubvolumen der ersten Fluidkammer (C1) und ein Vollhubvolumen der zweiten Fluidkammer (C2) definiert, und ein kombiniertes Volumen des dritten und vierten Speichers (A3, A4) größer als das Vollhubvolumen der ersten Fluidkammer (C2) ist.
Aktuatorsystem (17) nach Anspruch 5, wobei das Volumen des dritten Speichers (A3) kleiner ist als das volle Hubvolumen der zweiten Fluidkammer (C2).
Das Aktuatorsystem eines jeden vorhergehenden Anspruchs, wobei die Pumpe eine reversible Pumpe ist.
Ein Fahrzeug (10) mit einer Bodenkontaktstruktur (12) vorgesehen, die auf einem an einer Fahrzeugkarosserie (16) befestigten Federungssystem (14) montiert ist, wodurch eine gefederte Masse und eine ungefederte Masse definiert werden, wobei das Fahrzeug (10) einschließlich des Aktuatorsystems (17), wie es in einem vorhergehenden Anspruch definiert ist, der zumindest teilweise die gefederte Masse auf der ungefederten Masse abstützt, worin eine oder mehrere oder alle des ersten Ventils (V1), und ersten Speichers (A1), wenigstens ein Teil der ungefederten Masse definieren, und/oder wobei eine oder mehrere oder alle des zweiten Ventils (V2), zweiten Speichers (A2), und Pumpe (P) wenigstens ein Teil der gefederten Masse definieren.
Das Fahrzeug von Anspruch 8 ist direkt oder indirekt von Anspruch 2 abhängig, worin eine oder mehrere des dritten Ventils (V3), und dritten Speichesr (A3) mindestens einen Teil der ungefederten Masse definieren, und/oder wobei eine oder mehrere oder alle des vierten Ventisl (V4), und vierten Speichers (A4), wenigstens ein Teil der gefederten Masse definieren.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei der erste Hydraulikkreis (28) einen ersten gefederten Hydraulikkreisabschnitt hat, der die gefederte Masse definiert, und einen ersten ungefederten Hydraulikkreisabschnitt, der die ungefederte Masse definiert, und eine erste flexible Hydraulikkreisleitung (H1) aufweist, die den ersten gefederten Hydraulikkreisabschnitt mit dem ersten ungefederten Hydraulikkreisabschnitt verbindet, wobei die einzelne erste flexible Hydraulikleitung (H1) mit einem ersten Ende (H1A), eine gefederte Masse definiert, und ein zweites Ende (H1B, eine ungefederte Masse definiert.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 9, wo abhängig von Anspruch 3, wobei der zweite Hydraulikkreis (29) einen zweiten gefederten Hydraulikkreisabschnitt hat, der die gefederte Masse definiert, und einen zweiten ungefederten Hydraulikkreisabschnitt, der die ungefederte Masse definiert, und eine einzelne zweite flexible Hydraulikkreisleitung (H2) aufweist, die den zweiten gefederten Hydraulikkreisabschnitt mit dem zweiten ungefederten Hydraulikkreisabschnitt verbindet, wobei die erste einzelne flexible Hydraulikleitung (H2) mit einem ersten Ende (H2A), die gefederte Masse definiert, und ein zweites Ende (H2B), die ungefederte Masse definiert.
Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a) Definition eines ersten Zieldrucks für die erste Kammer, b) Betrieb der Pumpe (P) zur Erzeugung des ersten Zieldrucks in der ersten Kammer und im ersten Speicher, c) Einstellung des zweiten Ventilüberdruckes (V2) auf einen vom ersten Zieldruck abhängigen Wert.
Verfahren nach Anspruch 12, wenn während Schritt b) die Pumpe (P) Hydrauliköl aus dem zweiten Hydraulikkreis (29) in den ersten Hydraulikkreis (28) fördert.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (10) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wenn es direkt oder indirekt von Anspruch 2 abhängig ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: d) Festlegung eines zweiten Zieldrucks für die zweite Kammer (C2), e) Betrieb der Pumpe (P) zur Erzeugung des zweiten Zieldrucks in der zweiten Kammer (C2) und des dritten Speichers (A3), c) Einstellung des vierten Ventilüberdruckes (V4) auf einen vom zweiten Zieldruck abhängigen Wert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei während Schritt e) die Pumpe (P) Hydrauliköl aus dem ersten Hydraulikkreis (28) in den zweiten Hydraulikkreis (29) fördert.