DE102018215137A1

DE102018215137A1 - Ein aktuatorsystem

Info

Publication number: DE102018215137A1
Application number: DE102018215137.7A
Authority: DE
Inventors: Luke BIRCH; Sam Brown; Robert NEILSON; James Robertson
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2019-03-21
Also published as: GB2566546B; GB201715068D0; US20190084366A1; US11059342B2; GB2566546A

Abstract

Aktuatorsystem (17) für ein Fahrzeug-Federungssystem (14), Folgendes umfassend:einen 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 Hydraulikfluid aus der ersten Kammer (C1) variabel begrenzt;einen ersten Hydraulikspeicher (A1), der mit dem ersten Hydraulikkreis (28) zwischen dem ersten Anschluss (P1) und dem ersten Ventil (V1) verbunden ist; undeinen zweiten Hydraulikspeicher (A2), der mit dem ersten Anschluss (P1) durch ein zweites Ventil (V2) verbunden ist, wobei das zweite Ventil (V2) ein variables Überdruckventil ist, das dazu dient, den Durchfluss von Hydraulikfluid von dem ersten Anschluss (P1) zu dem zweiten Hydraulikspeicher (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 eines Fahrzeugs. 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.
Somit sind die Räder oder andere Bodenkontaktstrukturen, wie zum Beispiel Gleise, eines Fahrzeugs mit einer Aufhängung in der Lage, sich relativ zu der Karosserie des Fahrzeugs zu bewegen. Als solche hat die Karosserie verschiedene Freiheitsgrade (DOF) der Bewegung. Die signifikanten DOF sind „Hebung“ (heave), d.h. Bewegung in vertikaler Richtung, Nick (pitch) und Rollen (roll).
Die Bewegung der Fahrzeugkarosserie in Hebung, Nicken und Rollen bei Frequenzen nahe der ersten gedämpften Eigenfrequenz des jeweiligen Freiheitsgrades werden als primäre Körperbewegungen bezeichnet. Sie werden typischerweise als Frequenzen von 1 bis 3 Hz definiert. Primäre Körperbewegungen können straßeninduziert sein, aber bei Roll- und Nickbewegungen können primäre Körperbewegungen auch fahrerinduziert sein.
Die Bewegung der Fahrzeugkarosserie in Hebung, Nicken 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 auf Wunsch Kräfte. 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 notwendig sein, Energie in das Federungssystem einzubringen oder dem Federungssystem Energie zu entziehen (z. B. Dämpfung). Diese aktiven Kraftanforderungen sind typischerweise, wenn auch nicht ausschließlich, auf die primären Bewegungsfrequenzen des Körpers 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:

einen 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 so betreibbar ist, dass es den Durchfluss von Hydraulikfluid aus der ersten Kammer variabel begrenzt;
einen ersten Hydraulikspeicher, der mit dem ersten Hydraulikkreis zwischen dem ersten Anschluss und dem ersten Ventil verbunden ist;
einen zweiten Hydraulikspeicher, der an eine zweite Leitung angeschlossen ist; wobei die Hydraulikpumpe einen zweiten Anschluss aufweist, der durch einen zweiten Hydraulikkreis mit der zweiten Kammer über ein drittes Ventil verbunden ist, wobei das dritte Ventil ein Dämpferventil ist, das betreibbar ist, um den Durchfluss von Hydraulikfluid aus der zweiten Kammer variabel zu begrenzen,
einen dritten Hydraulikspeicher, der mit dem zweiten Hydraulikkreis zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Ventil verbunden ist;
wobei der erste Hydraulikkreis eine erste Leitung aufweist, die über ein zweites Ventil mit dem zweiten Speicher verbunden ist, wobei das zweite Ventil ein variables Überdruckventil ist, das dazu dient, den Durchfluss von Hydraulikfluid von der ersten Leitung zu der zweiten Leitung variabel zu begrenzen, wobei der zweite Hydraulikkreis eine dritte Leitung aufweist, die über ein viertes Ventil mit dem zweiten Speicher verbunden ist, wobei das vierte Ventil ein variables Überdruckventil ist, das dazu dient, den Durchfluss von Hydraulikfluid von der dritten Leitung zu der zweiten Leitung 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 Aufhängungssystem 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 eines oder mehrere oder alle der Folgenden:

erstes Ventil,
erster Speicher,
drittes Ventil, und
dritter Speicher

und/oder wobei eines oder mehrere oder alle der Folgenden:
zweites Ventil
zweiter Speicher
viertes Ventil, und
Pumpe

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Methode zum Betrieb des Fahrzeugs des oben erwähnten anderen Aspekts der Erfindung bereitgestellt, wobei die Methode Folgendes umfasst:

a) Definition eines ersten Solldrucks für die erste Kammer,
b) Betrieb der Pumpe zum Erzeugen des ersten Solldrucks in der ersten Kammer und im ersten Speicher,
c) Einstellung des Entlastungsdrucks des zweiten Ventils auf einen vom ersten Solldruck 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; hierbei zeigen:

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

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 den Körper 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 die Schraubenfeder oder eine Luftfeder. Wie aus ersichtlich, wirken 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 dem Körper 16. Der Kolben definiert eine erste Fluidkammer C1 und eine zweite Fluidkammer C2. Der Kolben isoliert 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, besteht das Klappenventil V1A und V3A jeweils aus einem Satz (in diesem Fall 3) von Überdruckventilen 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 Überdruckventile.
Zum Aktuatorsystem 17 gehören auch die Hydraulikspeicher A1, A2, A3 und die Hydraulikleitungen G1, G2 und G3.
Zum Aktuatorsystem 17 gehören auch die Rückschlagventile X1 und X2.
Die Leitung G1 verbindet fluidisch den Anschluss P1 der Pumpe P, den Ausgang X1O des Rückschlagventils X1, den Eingang V2I des Ventils V2, den Hydraulikspeicher A1 und den Anschluss V1C des Ventils V1.
Ebenso verbindet die Leitung G3 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.
Leitung 30 verbindet die erste Fluidkammer C1 mit dem Anschluss V1D des Ventils V1. Ebenso verbindet Leitung 32 die zweite Fluidkammer C2 mit dem Anschluss V3D des Ventils V3.
Leitung G2 verbindet den Hydraulikspeicher A2 mit dem Ausgang V2O des Ventils V2, dem Ausgang V40 des Ventils V4, dem Eingang X1I des Rückschlagventils X1 und dem Eingang X21 des Rückschlagventils X2.
Wie aus 2 ersichtlich ist, verbindet ein erster Hydraulikkreis 28, der mindestens durch Leitung G1 und Leitung 30 definiert ist, den ersten Anschluss P1 der Hydraulikpumpe P mit der ersten Kammer C1. Ebenso verbindet ein zweiter Hydraulikkreis 29, der mindestens durch Leitung G3 und Leitung 32 definiert ist, den zweiten Anschluss P2 der Hydraulikpumpe P1 mit der zweiten Kammer C2.
Im Einsatz wird der Körper 16 durch die Feder 20 und den Aktuator 18 auf dem Rad gestützt. 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 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 relativ zum Zylinder 22 betrachtet. Wie zu erkennen ist, kann eine Extensionskraft im Aktuator 18 dazu führen, dass der Körper 16 relativ zum Rad ansteigt, während eine Kontraktionskraft im Aktuator 18 dazu führen kann, dass der Körper 16 relativ zum Rad absinkt, abhängig von der Balance der Kräfte an anderer Stelle im System.
Zum Beispiel neigt das Fahrzeug natürlich dazu, wenn das Fahrzeug eine Rechtskurve fährt, , nach links zu rollen, und dieses Nacht-Iinks-Rollen 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, entgegenwirken, was eine Kontraktionskraft erzeugt.
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 kann durch das den verschiedenen Rädern zugeordnete Betätigungssystem 17 kompensiert werden, 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 Eingaben sind im Vergleich zu straßeninduzierten Eingaben relativ langsam. In einem Beispiel können fahrerinduzierte Eingaben typischerweise mit einer Frequenz von weniger als 3 Hz auftreten, während straßeninduzierte Eingaben mit einer deutlich höheren Frequenz, zum Beispiel zwischen 3 und 30 Hz, auftreten. Das Federungssystem muss die relativ niederfrequenten Fahrer-induzierten Eingänge und die relativ hochfrequenten Straßeninduzierten Eingänge aufnehmen.
Die Funktionsweise der Federung 14 ist wie folgt:
Beispiel 1
In diesem Beispiel ist das in gezeigte Rad 12 ein linkes Vorderrad. Das Fahrzeug fährt auf einer geraden und im Grunde glatten 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 dazu führt, 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 Solldruck 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 Solldruck in der zweiten Fluidkammer C2. Der Solldruck kann auf mehreren Variablen beruhen, z. B. Vorwärtsgeschwindigkeit, Fahrzeuggewicht, Belastung im Fahrzeug, Komforteinstellung der Federung, Kurvenradius etc. Die Überdruckventileinstellung des Ventils V4 ist auf den Solldruck der Kammer C2 eingestellt. Wenn festgestellt wird, dass der tatsächliche Druck in der zweiten Fluidkammer C2 unter dem Solldruck liegt, wird die Pumpe P so betrieben, dass sie das Fluid aus der ersten Leitung G1 in die dritte Leitung G3 fördert. Bei steigendem Druck in der Leitung G3 kann Hydraulikfluid am Rückschlagventil V3B vorbeiströmen, wodurch der Hydraulikdruck in der Leitung 32 und damit auch in der zweiten Fluidkammer C2 ansteigt. Der Hydraulikdruck im Hydraulikspeicher A3 steigt dementsprechend an. Wenn der Druck in der Leitung G3 ansteigt, kann der Druck in der Leitung G1 abfallen. Das Rückschlagventil X2 verhindert das Strömen von Fluid durch das Ventil von Leitung G3 zu Leitung G2, wenn der Druck in Leitung G3 höher ist als der Druck in Leitung G2. Während der Druck in Leitung G1 abfällt, insbesondere auf einen Druck unter dem Druck in Leitung G2, öffnet sich aber das Rückschlagventil X1, wodurch der Druck in den Leitungen G1 und G2 ausgeglichen wird.
Wenn sich der Druck in der zweiten Fluidkammer C2 erhöht, kann der Kolben 24 ansteigen (siehe 2) und somit kann Hydraulikfluid aus der ersten Fluidkammer C1 austreten. Das ausgetriebene Fluid strömt in die Leitung G1, in Abhängigkeit von der Strömungscharakteristik des Ventils V1A, und ersetzt über die Pumpe P einen Teil des von der Leitung G1 zur Leitung G3 verloren gegangenen Fluids. Das Fluid aus dem Hydraulikspeicher A1 kann in die Leitung G1 gelangen.
Nach einiger Zeit wird ein stabiles Gleichgewicht erreicht, wobei der Druck in der Leitung G3, im Speicher A3, in der Leitung 32 und in der zweiten Fluidkammer C2 jeweils gleich ist. Die Größe dieses stationären Drucks (der Solldruck) bestimmt die geeignete Pumpendrehzahl unter Berücksichtigung der Leckageeigenschaften der Pumpe. Im Interesse der Anlagen-Performance ist es wünschenswert, die Zeit bis zum Erreichen des Solldrucks zu minimieren und den Energieaufwand für das Laden des Speichers A3 zu minimieren. Hierzu ist der Speicher A3 ein Speicher mit vergleichsweise geringer Kapazität.
Während das Fahrzeug die Rechtskurve weiterfährt, ist das Szenario zu betrachten, bei dem eine Störeingabe vorliegt, indem das Rad 12 auf eine Unebenheit trifft. Während der Solldruck in der zweiten Fluidkammer C2 dazu neigt, den Aktuator 18 zu expandieren, führt der Stoß in der Straße dazu, dass der Aktuator 18 einen Berührungsvorgang durchführt und Hydraulikfluid aus der zweiten Fluidkammer C2 in die erste Fluidkammer C1 strömt. Fluid, das in die erste Fluidkammer C1 strömt, kommt vor allem durch Hydraulikfluid aus dem Speicher A1, das durch das Ventil V1B strömt. Das aus der zweiten Fluidkammer C2 austretende Hydraulikfluid wird jedoch durch das Ventil V3A gedämpft. Das Ventil V3A wirkt unter diesen Umständen als Dämpferventil. Hydraulikfluid, das 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 eine hochfrequente, straßeninduzierte Eingabe, die in erster Linie von einem Speicher A3 aufgenommen wird, der im Vergleich zum Speicher A2 nahe der zweiten Fluidkammer C2 steht (wie weiter unten erläutert wird).
Ist die Unebenheit aber ausreichend groß, kann die Bewegung des Kolbens 24 in dem Zylinder 22 dazu führen, dass der Druck in der Kammer C2 und in der Leitung G3 ausreichend hoch ist, um über die Überdruckventil-Druckeinstellung von Ventil V4 anzusteigen, wobei das Ventil V4 vorübergehend öffnet, um den Druck in der Leitung G3 zu begrenzen. Gleichzeitig führt die große Unebenheit dazu, dass das Volumen der Kammer C1 ansteigt und dass Hydraulikfluid zusätzlich dazu, dass es aus dem Speicher A1 heraus in die Leitung G1 und über das Ventil V1B weiter in die Leitung 30 strömt, ebenfalls aus dem Speicher A2 über das Rückschlagventil X1 in die Leitung G1 und über das Ventil V1B weiter in die Leitung 30 strömt.
Alternativ dazu gibt es beim Überwinden der Rechtskurve eine Störeingabe in Form des Rades 12, das auf ein Schlagloch oder Ähnliches trifft und den Aktuator 18 ausfahren lässt. Diese Erstreckung bewirkt, dass Hydraulikfluid aus der ersten Fluidkammer C1 in die zweite Fluidkammer C2 strömt. Das Hydraulikfluid strömt in die zweite Fluidkammer C2 und wird primär durch Hydraulikfluid aus dem Speicher A3 über das Ventil V3B zugeführt. Das aus der ersten Fluidkammer C1 austretende Hydraulikfluid wird durch das Ventil V1A, das als Dämpferventil wirkt, gedrosselt.. Hydraulikfluid, das durch das Ventil V1A strömt, führt in erster Linie dazu, dass das Fluid in den Speicher A1 strömt. Sobald das Schlagloch überwunden ist, kehrt der Kolben 24 in seine Ruhestellung zurück. Das Schlagloch erzeugt eine hochfrequente, straßeninduzierte Eingabe, die in erster Linie von einem Speicher A1 aufgenommen wird, der im Vergleich zum Speicher A2 nahe der ersten Fluidkammer C1 steht (wie weiter unten erläutert wird).
Ist das Schlagloch aber ausreichend groß, kann die Bewegung des Kolbens 24 in dem Zylinder 22 dazu führen, dass der Druck in der Kammer C2 und in der Leitung G3 auf einen Druck unter dem in der Leitung G2 fällt. Unter diesen Umständen öffnet das Rückschlagventil X2 vorübergehend und ermöglicht, dass Hydraulikfluid aus Leitung G2 in Leitung G3 eintritt, wodurch der Druck in den Leitungen G2 und G3 ausgeglichen wird. Sobald das große Schlagloch überwunden ist, kehrt der Kolben 24 in seine Ruhestellung zurück und dabei steigt der Druck in Leitung G3 über den Solldruck an und das Ventil V4 öffnet, wodurch der Druck in Leitung G3 auf den Solldruck verringert wird.
Beispiel 2
Wie in Beispiel 1 wird angenommen, dass das Fahrzeug anfänglich nach rechts abbiegt. Im vorliegenden Beispiel erzeugt der Fahrer dann durch Drehen des Lenkrads 11 in eine entgegengesetzte Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) eine Eingabe, 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 gezeigte Rad 12 ist das linke Vorderrad, das somit zum Innenrad der Kurve wird, und unter diesen Umständen wird statt eines Solldrucks für die zweite Fluidkammer C2 nun ein Solldruck für die erste Fluidkammer C1 erzeugt, um das Ausfahren der Aufhängung zu steuern. Der tatsächliche Druck in der ersten Fluidkammer C1 liegt dann unter dem Solldruck, und somit wird die Pumpe in umgekehrter Richtung von Beispiel 1 betrieben, um Fluid aus der dritten Leitung G3 in die erste Leitung G1 zu pumpen. Bei steigendem Druck in der Leitung G1 kann Hydraulikfluid am Rückschlagventil V1B vorbeifließen, wodurch der Hydraulikdruck in der Leitung 30 und damit auch der Druck in der ersten Fluidkammer C1 ansteigt. Der Hydraulikdruck im Hydraulikspeicher A1 steigt dementsprechend an. Wenn der Druck in der Leitung G1 ansteigt, kann der Druck in der Leitung G3 abfallen. Das Rückschlagventil X1 verhindert das Strömen von Fluid durch das Ventil von Leitung G1 in Leitung G2, wenn der Druck in Leitung G1 höher ist als der Druck in Leitung G2. Während der Druck in Leitung G3 abfällt, insbesondere unter den Druck in Leitung G2, öffnet aber das Rückschlagventil X2, wodurch der Druck in den Leitungen G3 und G2 ausgeglichen wird.
Wenn sich der Druck in der ersten Fluidkammer C1 erhöht, kann der Kolben 24 sich nach unten bewegen (siehe 2) und somit kann Hydraulikfluid aus der zweiten Fluidkammer C2 austreten. Das ausgetriebene Fluid strömt in die Leitung G3 in Abhängigkeit von der Strömungscharakteristik des Ventils V3A und ersetzt über die Pumpe P einen Teil des von der Leitung G3 zur Leitung G1 verloren gegangenen Fluids. Das Fluid aus dem Hydraulikspeicher A3 kann in die Leitung G3 gelangen.
Nach einiger Zeit wird ein stabiles Gleichgewicht erreicht, wobei der Druck in der Leitung G1, im Speicher A1, in der Leitung 30 und in der ersten Fluidkammer C1 jeweils gleich ist. Die Größe dieses stationären Drucks (der Solldruck) bestimmt die geeignete Pumpendrehzahl unter Berücksichtigung der Leckageeigenschaften der Pumpe. Im Interesse der Anlagen-Performance ist es wünschenswert, die Zeit bis zum Erreichen des Solldrucks zu minimieren und den Energieaufwand für das Laden des Speichers A1 zu minimieren. Hierzu ist der Speicher A3 ein Speicher mit vergleichsweise geringer Kapazität.
Wenn das Innenrad auf eine Unebenheit trifft, wird das aus der zweiten Fluidkammer C2 austretende Hydraulikfluid durch das Ventil V3A gedämpft, wie in Beispiel 1 beschrieben. Ebenso wird, wenn das Innenrad auf eine Unebenheit trifft, das aus der zweiten Hydraulikkammer C1 austretende Hydraulikfluid durch das Ventil V1A gedämpft, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben. Große Unebenheiten und große Schlaglöcher werden ebenso wie in Beispiel 1 beschrieben aufgenommen.
Beispiel 3
In diesem Fall fährt das Fahrzeug geradlinig 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 Hydraulikfluid aus der Kammer C2 ausgestoßen und durch das Ventil V3A geleitet wird, wodurch die Kontraktionsbewegung des Aktuators gedämpft wird. Gleichzeitig strömt Hydraulikfluid über das Ventil V1B, hauptsächlich aus dem Speicher A1 in die Fluidkammer C1.
Wie zu sehen ist, wirkt das Ventil V3A als Dämpfer, wenn das Fahrzeug auf eine Bodenunebenheit trifft.
Wie auch zu sehen sein wird, wenn das Fahrzeug in einer geraden Linie fährt und das Rad in ein Schlagloch gerät, 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 Leitung 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, Leitung 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 Leitung G3 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 A2 gehören zur gefederten Masse des Fahrzeugs, während Ende H2B, Speicher A3, Ventil V3 und Hydraulikleitung 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 eine gefederte Masse und deren zweites Ende eine ungefederte Masse definiert.
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 ersichtlich ist, sind nur zwei Hydraulikleitungen (H1 und H2) pro Bodenkontaktstruktur (z. B. pro Rad 12) erforderlich, um die Bewegung zwischen der gefederten Masse und der ungefederten Masse der Bodenkontaktstruktur des Fahrzeugs aufzunehmen.
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.
Speicher A3 kann auf Zylinder 22 montiert werden. Ventil V3 kann auf Zylinder 22 montiert werden. Der hydraulische Weg zwischen Speicher A2 und Kammer C2 enthält Ventil V4, Rückschlagventil X2 und Hydraulikschlauch H2, während die hydraulische Verbindung zwischen Speicher A3 und Kammer C2 nicht Ventil V4, X2 oder Schlauch H2 umfasst. Dadurch ist der Speicher A3 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. Die Differenz zwischen dem Vollhubvolumen der ersten Kammer und dem Vollhubvolumen der zweiten Fluidkammer definiert ein Vollhubdifferentialvolumen des Aktuators 18.
Das Volumen des zweiten Speichers A2 kann größer sein als das Vollhubdifferentialvolumen des Aktuators 18.
Wie zu sehen sein wird, kann die erste Fluidkammer C1 das Fluid zu den Hydraulikspeichern A1 und/oder A2 abblasen. Da der Hydraulikspeicher A1 sowohl physisch als auch hydraulisch relativ nahe an der ersten Fluidkammer C1 liegt, kann dieser Speicher hochfrequente, straßeninduzierte Eingaben aufnehmen, die in der Regel eine relativ niedrige Menge an Hydraulikfluid benötigen, um diese aufzunehmen. Umgekehrt ist der Hydraulikspeicher A2, der größer ist, besser in der Lage, größere Mengen an Hydraulikfluid aufzunehmen, die mit größeren Relativbewegungen des Kolbens innerhalb des Zylinders 22 verbunden sind, die oft mit niederfrequenten, vom Fahrer induzierten Eingaben verbunden sind.
Wie zu sehen sein wird, kann die zweite Fluidkammer C2 das Fluid zu den Hydraulikspeichern A3 und/oder A2 abblasen. Da der Hydraulikspeicher A3 sowohl physisch als auch hydraulisch relativ nahe an der zweiten Fluidkammer C2 liegt, kann dieser Speicher hochfrequente, straßeninduzierte Eingaben aufnehmen, die in der Regel eine relativ niedrige Menge an Hydraulikfluid benötigen, um diese aufzunehmen. Umgekehrt ist der Hydraulikspeicher A2, der größer ist, besser in der Lage, größere Mengen an Hydraulikfluid aufzunehmen, die mit größeren Relativbewegungen des Kolbens innerhalb des Zylinders 22 verbunden sind, die oft mit niederfrequenten, vom Fahrer induzierten Eingaben verbunden sind.
Wie bereits erwähnt, ist Ventil V2 ein variables Überdruckventil und die Überdruckventileinstellung des Ventils V2 kann den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Insbesondere kann die Überdruckventileinstellung des Ventils V2 von einem Solldruck in der ersten Kammer C1 abhängig sein. Typischerweise ist der Überdruckventildruck für Ventil V2 ist auf den Solldruck der Kammer C1 eingestellt.
Wie bereits erwähnt, ist Ventil V4 ein variables Überdruckventil und die Überdruckventileinstellung des Ventils V4 kann den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Insbesondere kann die Überdruckventil-Druckeinstellung des Ventils V4 von einem Solldruck in der zweiten Kammer C2 abhängig sein. Typischerweise ist der Überdruckventildruck des Ventils V4 auf den Solldruck der Kammer C2 eingestellt.
In weiteren Ausführungsformen kann die Bodenkontaktstruktur ein Fahrzeuggleis sein und das Fahrzeug kann ein Gleise-verlegendes Fahrzeug 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), Folgendes umfassend: einen Aktuator (18) mit einem Kolben (24) und einer ersten Fluidkammer (C1), die durch den Kolben 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 Hydraulikfluid aus der ersten Kammer variabel begrenzt; einen ersten Hydraulikspeicher (A1), der mit dem ersten Hydraulikkreis (28) zwischen dem ersten Anschluss (P1) und dem ersten Ventil (V1) verbunden ist; einen zweiten Hydraulikspeicher (A2), der an eine zweite Leitung (G2) angeschlossen ist; wobei die Hydraulikpumpe (P) einen zweiten Anschluss (P2) aufweist, der durch einen zweiten Hydraulikkreis (29) mit der zweiten Kammer (C2) über ein drittes Ventil (V3) verbunden ist, wobei das dritte Ventil (V3) ein Dämpferventil ist, das betreibbar ist, um den Durchfluss von Hydraulikfluid aus der zweiten Kammer (C2) variabel zu begrenzen, einen dritten Hydraulikspeicher (A3), der mit dem zweiten Hydraulikkreis (29) zwischen dem zweiten Anschluss (P2) und dem dritten Ventil (V3) verbunden ist; wobei der erste Hydraulikkreis (28) eine erste Leitung (G1) aufweist, die über ein zweites Ventil mit dem zweiten Speicher (A2) verbunden ist, wobei das zweite Ventil (V2) ein variables Überdruckventil ist, das dazu dient, den Durchfluss von Hydraulikfluid von der ersten Leitung (G1) zu der zweiten Leitung (G2) variabel zu begrenzen, wobei der zweite Hydraulikkreis (29) eine dritte Leitung (G3) aufweist, die über ein viertes Ventil (V4) mit dem zweiten Speicher (A2) verbunden ist, wobei das vierte Ventil (V4) ein variables Überdruckventil ist, das dazu dient, den Durchfluss von Hydraulikfluid von der dritten Leitung (G3) zu der zweiten Leitung (G2) variabel zu begrenzen.
Aktuatorsystem (17) nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (18) ein Vollhubdifferentialvolumen aufweist, definiert durch eine Differenz zwischen einem Vollhubvolumen der ersten Kammer (C1) und einem Vollhubvolumen der zweiten Kammer (C2), und wobei der zweite Speicher (A2) bemessen ist, das gesamte Vollhubdifferentialvolumen aufzunehmen.
Aktuatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (P) eine reversible Pumpe ist.
Aktuatorsystem (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einschließlich eines Ventils (X1), betreibbar, um Strömung von Hydraulikfluid von der zweiten Leitung (G2) zu der ersten Leitung (G1) zu ermöglichen, aber Strömung von Hydraulikfluid von der ersten Leitung (G1) zu der zweiten Leitung (G2) zu verhindern.
Aktuatorsystem (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einschließlich eines Ventils (X2), betreibbar, um die Strömung von Hydraulikfluid von der zweiten Leitung (G2) zu der dritten Leitung (G3) zu ermöglichen, aber Strömung von Hydraulikfluid von der dritten Leitung (G3) zu der zweiten Leitung (G2) zu verhindern.
Fahrzeug (10), das mit einer Bodenkontaktstruktur (12) vorgesehen ist, die auf einem an einer Fahrzeugkarosserie (16) befestigten Aufhängungssystem (14) montiert ist, wodurch eine gefederte Masse und eine ungefederte Masse definiert werden, wobei das Fahrzeug (10) das Aktuatorsystem (17) einschließt, definiert, wie es in einem vorhergehenden Ansprüche definiert ist, das zumindest teilweise die gefederte Masse auf der ungefederten Masse abstützt, worin eines oder mehrere oder alle der Folgenden: erstes Ventil (V1), erster Speicher (A1), drittes Ventil (V3), und dritter Speicher (A3) mindestens einen Teil der ungefederten Masse definieren, und/oder wobei eines oder mehrere oder alle der Folgenden: zweites Ventil (V2), zweiter Speicher (A2), viertes Ventil (V4), und Pumpe (P) wenigstens ein Teil der gefederten Masse definieren.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 6, 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 einzige flexible Hydraulikkreisleitung (11) aufweist, die den ersten gefederten Hydraulikkreisabschnitt mit dem ersten ungefederten Hydraulikkreisabschnitt verbindet, wobei die einzelne flexible Hydraulikleitung (H1) ein erstes Ende (H1A), das eine gefederte Masse definiert, und ein zweites Ende (H1B), das eine ungefederte Masse definiert, aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, 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 flexible Hydraulikkreisleitung (H2) aufweist, die den zweiten gefederten Hydraulikkreisabschnitt mit dem zweiten ungefederten Hydraulikkreisabschnitt verbindet, wobei die 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 (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a) Definieren eines ersten Solldrucks für die erste Kammer (C1), b) Betreiben der Pumpe (P) zum Erzeugen des ersten Solldrucks in der ersten Kammer (C1) und im ersten Speicher (A1), c) Einstellen des Entlastungsdrucks des zweiten Ventils (V2) auf einen vom ersten Solldruck abhängigen Wert.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren nacheinander Folgendes umfasst: d) Definieren eines zweiten Solldrucks für die zweite Kammer (C2), e) Betreiben der Pumpe (P) zum Erzeugen des zweiten Solldrucks in der zweiten Kammer (C2) und im dritten Speicher (A3), c) Einstellen des Entlastungsdrucks des vierten Ventils (V4) auf einen vom zweiten Solldruck abhängigen Wert.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Pumpe (P) Hydraulikfluid zwischen dem ersten Hydraulikkreis (28) und dem zweiten Hydraulikkreis (29) pumpt.