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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine aktive Federungsvorrichtung. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bezieht sich die Offenbarung auf eine aktive Federungsvorrichtung für eine Fahrzeugfederung. Aspekte der Erfindung beziehen sich auf eine aktive Federungsvorrichtungsanordnung und auf ein Fahrzeug, das eine aktive Federungsvorrichtung umfasst, sowie auf ein Verfahren zum Erzeugen der aktiven Federungsvorrichtung.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist bekannt, dass Federungssysteme an Fahrzeugen den Fahrkomfort des Fahrzeugs im Vergleich zu einem Fahrzeug ohne Federung verbessern. Demnach werden Federungssysteme bereitgestellt, um die Fahrzeugkarosserie von vertikalen Unebenheiten der Straßenoberfläche zu isolieren und um die Bewegung von Karosserie und Rädern zu steuern. Sie dienen ferner dazu, Stabilität beim Manövrieren eines Fahrzeugs beizubehalten.
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Es sind Fahrzeuge mit passiver Federung bekannt, bei denen das System auf vom Fahrer induzierte Eingaben und/oder auf von der Straße induzierte Eingaben reagiert. Das klassische System enthält eine Feder und eine Dämpfungsvorrichtung, die parallel angeordnet sind und sich zwischen der Fahrzeugkarosserie und der Fahrachse/den Fahrrädern befinden. Die Dämpfungsvorrichtungen sind typischerweise Stoßdämpfer, die gemeinsam mit herkömmlichen Federn eingesetzt werden, um unerwünschte Vibrationen während des Fahrens zu absorbieren. Um Vibrationen zu absorbieren enthält der Stoßdämpfer einen Kolben, angeordnet innerhalb eines Druckzylinders, der über eine Kolbenstange mit der Karosserie des Autos verbunden ist. Der Kolben teilt den Druckzylinder in zwei separate Kammern und kann die Strömung von Dämpfungsfluid zwischen diesen beiden Kammern einschränken, wenn der Kolben/die Kolbenstange verlagert wird. Durch das Einschränken der Strömung von Dämpfungsfluid zwischen den Kammern kann der Aktor eine Dämpfungskraft erzeugen, die den obigen unerwünschten Vibrationen entgegenwirkt.
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Ein bekannter Nachteil von herkömmlichen passiven Federungssystemen ist es, dass die durch die Dämpfungsvorrichtung erzeugte Dämpfungskraft abhängig ist von der Stoßkraft und somit von der Strömung des Dämpfungsfluids in den Arbeitskammern des Zylinders.
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Unter Berücksichtigung des Obigen enthalten neuere Fahrzeugfederungssysteme aktive Federungssysteme, die in der Lage sind, die durch hydraulische Aktoren erzeugten Unterdrückungskräfte elektronisch zu steuern. Die hydraulischen Aktoren sind von der Position und den auf das Fahrzeug einwirkenden Kräften unabhängig steuerbar. Aus diesem Grund werden die hydraulischen Aktoren als Reaktion auf Änderungen der Position der Fahrzeugfederung und auf Änderungen der darauf wirkenden Kräfte betätigt, wobei die durch den hydraulischen Aktor erzeugten Kräfte nicht direkt durch die obige Position/die obigen wirkenden Kräfte bestimmt wird; vielmehr können die durch den Aktor erzeugten Kräfte über eine elektronische Steuereinheit aktiv auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. In aktiven Federungssystemen sind die hydraulischen Aktoren parallel zu den obigen Federn und Stoßdämpfern der passiven Federungssysteme angeordnet. Es ist ein bekanntes Problem gegenwärtiger aktiver Federungssysteme, dass der zusätzliche hydraulischer Aktor einen größeren Platzbedarf und einen größeren Bedarf an Stützanordnungen mit sich bringt.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile anzugehen. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugfederungsvorrichtung für eine aktive Federung bereitzustellen, die einen deutlich geringeren Platzbedarf aufweist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen eine Fahrzeugfederungsvorrichtung, ein Fahrzeug, das eine Fahrzeugfederungsvorrichtung umfasst, und ein Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugfederungsvorrichtung, wie in den beigefügten Patentansprüchen beansprucht, bereit.
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Nach einem erfindungsgemäßen Aspekt wird eine aktive Federungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend einen hydraulischen Stoßdämpfer mit einem ersten Zylinder und einem Arbeitskolben, der den ersten Zylinder in separate Fluidkammern teilt; einen zweiten Zylinder, konzentrisch um den ersten Zylinder herum angeordnet, um eine Betätigungskammer dazwischen auszubilden, wobei die Betätigungskammer durch einen ringförmigen Aktorkolben in eine erste Fluidkammer und eine zweite Fluidkammer geteilt wird, wobei der erste Zylinder als Reaktion auf einen Druckunterschied zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer, welcher auf den ringförmigen Aktorkolben wirkt, in Bezug auf den zweiten Zylinder bewegbar ist.
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Einfach ausgedrückt sind der hydraulische Stoßdämpfer und der aktive Aktor dieser aktiven Federungsvorrichtung in einer überlappenden Anordnung ausgeführt. Darüber hinaus wird die Gehäuseanordnung, d. h., der erste Zylinder des hydraulischen Stoßdämpfers, als ein Teil der Betätigungskammer eingesetzt. Demnach stellt die erfindungsgemäße aktive Federungsvorrichtung eine kompakte Anordnung dar und sie entspricht demnach der ständig sinkenden Verfügbarkeit von Platz in modernen Straßenfahrzeugen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst der zweite Zylinder einen ersten Fluidanschluss, angeschlossen an die erste Fluidkammer, und einen zweiten Fluidanschluss, angeschlossen an die zweite Fluidkammer. Der erste und der zweite Fluidanschluss können als Bohrungen ausgeführt sein, die sich durch die Wand des zweiten Zylinders hindurch erstrecken. Die Bohrungen können bemessen sein, um hydraulische Einlass-/Auslassverbinder aufzunehmen, um Hydraulikfluid bereitzustellen oder Hydraulikfluid aus der ersten oder der zweiten Kammer zu entnehmen.
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In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst der erste Zylinder ein erstes offenes Ende und der zweite Zylinder umfasst ein zweites offenes Ende, ein drittes, diesem gegenüberliegendes offenes Ende und einen Hohlraum, der sich zwischen dem zweiten und dem dritten offenen Ende erstreckt. Anders ausgedrückt ist der zweite Zylinder ein offener Zylinder, der leicht über einer Außenoberfläche (oder einem ersten Zylinder) eines herkömmlichen Stoßdämpfers angeordnet werden kann.
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Ein erstes Lagerelement kann zwischen einer Innenoberfläche des zweiten Zylinders und einer Außenoberfläche des ersten Zylinders am zweiten offenen Ende des zweiten Zylinders angeordnet sein. Das Anordnen des ersten Lagerelements und des zweiten offenen Endes des zweiten Zylinders bedeutet ferner, dass das erste Lagerelement derart angeordnet ist, dass das zweite offene Ende des zweiten Zylinders zwischen dem ersten Lagerelement und dem ringförmigen Aktorkolben angeordnet ist. Das erste Lagerelement stützt die relative Bewegung des ersten Zylinders in Bezug auf den zweiten Zylinder. Im Detail stützt das erste Lager die translatorische Bewegung und die Drehbewegung des ersten Zylinders in Bezug auf den zweiten Zylinder.
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In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Lagerelement ein Dichtungselement. Nach dieser Ausführungsform erleichtert das erste Lagerelement nicht nur die Bewegung des ersten Zylinders in Bezug auf den zweiten Zylinder, es definiert zudem ein erstes Ende der ersten Fluidkammer der Betätigungskammer. Selbstverständlich wird das zweite Ende durch den ringförmigen Aktorkolben definiert, wie nachfolgend beschrieben.
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Nach noch einer weiteren Ausführungsform weist das dritte offene Ende des zweiten Zylinders, das gegenüber des zweiten offenen Endes angeordnet ist, einen größeren Durchmesser auf als das zweite offene Ende. Demnach kann der zweite Zylinder einen zulaufenden Übergangsabschnitt aufweisen, angeordnet zwischen dem zweiten und dem dritten offenen Ende. Das Ausführen des zweiten Zylinders mit einem dritten offenen Ende, das größer ist als das zweite offene, vereinfacht das Herstellen der erfindungsgemäßen aktiven Federungsvorrichtung.
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In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst der zweite Zylinder einen zweiten Fluidanschluss, angeschlossen an die zweite Fluidkammer, wobei der zweite Zylinder einen zulaufenden Übergangsabschnitt umfasst, angeordnet zwischen dem zweiten Fluidanschluss und dem dritten offenen Ende. Der zweite Fluidabschnitt ist demnach zwischen dem Übergangsabschnitt und dem ringförmigen Aktorkolben angeordnet.
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Die aktive Federungsvorrichtung kann einen dritten Zylinder mit einem vierten offenen Ende umfassen, angeordnet um das erste offene Ende des ersten Zylinders. Der dritte Zylinder kann ein Teil eines Gehäuses eines Stoßdämpfers sein und kann demnach mit einer Kolbenstange des Stoßdämpfers verbunden sein, wie hierin nachfolgend beschrieben wird. Der dritte Zylinder kann ein viertes offenes Ende und ein diesem gegenüberliegendes zweites geschlossenes Ende umfassen, wobei das vierte offene Ende einen Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen identisch ist mit einem Durchmesser des zweiten offenen Endes des zweiten Zylinders. Demnach ist der Durchmesser des vierten offenen Endes des dritten Zylinders kleiner als der Durchmesser des dritten offenen Endes des zweiten Zylinders, sodass der dritte Zylinder in dem dritten offenen Ende des zweiten Zylinders aufgenommen werden kann. Der Übergangsabschnitt des zweiten Zylinders kann dann als eine Anschlagschulter für das vierte offene Ende des dritten Zylinders verwendet werden.
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In noch einer weiteren Ausführungsform ist ein zweites Lagerelement zwischen einer Innenoberfläche des dritten Zylinders und der Außenoberfläche des ersten Zylinders am vierten offenen Ende des dritten Zylinders angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass das zweite Lagerelement in einem Teil des dritten Zylinders angeordnet werden muss, welcher den ersten Zylinder des Stoßdämpfers überlappt. Ähnlich wie bei dem ersten Lagerelement ermöglicht es das zweite Lagerelement dem ersten Zylinder, translatorische Bewegung und Drehbewegung in Bezug auf den dritten und den zweiten Zylinder auszuführen.
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Das zweite Lagerelement kann ferner ein Dichtelement umfassen. Das zweite Lagerelement kann demnach ferner ein erstes Ende der zweiten Fluidkammer definieren. Das zweite Ende der Fluidkammer wird dann durch den ringförmigen Aktorkolben definiert. Es wird darauf hingewiesen, dass die zweite Fluidöffnung der zweiten Kammer dann zwischen dem zweiten Lagerelement und dem ringförmigen Aktorkolben angeordnet ist.
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Wie hier zuvor erwähnt, kann das vierte offene Endes des dritten Zylinders kleiner sein als das dritte offene Endes des zweiten Zylinders. In diesem Fall kann der Übergangsabschnitt des zweiten Zylinders als eine Anschlagoberfläche (oder Schulter) zum Ineingriffnehmen des vierten offenen Endes des dritten Zylinders verwendet werden.
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Nach noch einer weiteren Ausführungsform ist der hydraulische Stoßdämpfer ein Upside-Down-Stoßdämpfer. Der hydraulische Stoßdämpfer kann ein Einrohr-Stoßdämpfer sein. Alternativ dazu kann es auch machbar sein, den hydraulischen Stoßdämpfer als einen Doppelrohr-Stoßdämpfer auszuführen.
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In noch einer weiteren Ausführungsform ist der Aktorkolben an einer Außenoberfläche des ersten Zylinders befestigt und angeordnet, gemeinsam mit dem ersten Zylinder in Bezug auf den zweiten Zylinder bewegbar zu sein, oder wobei der Aktorkolben an einer Innenoberfläche des zweiten Zylinders befestigt ist und angeordnet ist, gemeinsam mit dem zweiten Zylinder in Bezug auf den ersten Zylinder bewegbar zu sein.
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Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird eine aktive Federungsanordnung bereitgestellt, umfassend eine aktive Federungsvorrichtung wie zuvor hierin beschrieben, und eine Feder, parallel zu der aktiven Federungsvorrichtung angeordnet. Die Feder kann an einem ersten geschlossenen Ende des ersten Zylinders befestigt sein. Das Anordnen einer Feder an dem ersten geschlossenen Ende des ersten Zylinders ist besonders nützlich bei Fahrzeugfederungsvorrichtungen, die am vorderen Ende des Fahrzeugs angeordnet sind.
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Nach noch einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das die zuvor hierin beschriebene aktive Federungsvorrichtung/-anordnung umfasst, angeordnet zwischen einem Fahrzeugrad und einer Fahrzeugkarosserie. Tatsächlich kann das Fahrzeug vier der obigen aktiven Federungsvorrichtungen/-anordnungen umfassen, jeweils eine für jedes Rad des Fahrzeugs. Die aktiven Federungsvorrichtungen/-anordnungen stellen dann einen Teil eines aktiven Federungssystems dar, gesteuert durch eine zentrale Steuereinheit des Fahrzeugs.
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Das Fahrzeug kann mehrere Fahrzeugräder und eine der aktiven Federungsvorrichtungen oder -anordnungen für jedes Fahrzeugrad umfassen, wobei die Fahrzeugfederungsvorrichtungen individuell mithilfe einer zentralen Steuereinheit steuerbar sind.
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In einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zum Fertigen einer aktiven Federungsvorrichtung bereitgestellt, Folgendes umfassend:
- Bereitstellen eines hydraulischen Stoßdämpfers mit einem ersten Zylinder;
- Befestigen eines Aktorkolbens an einer Außenoberfläche des ersten Zylinders;
- Anordnen eines zweiten Zylinders konzentrisch um den ersten Zylinder, sodass ein Aktorraum zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder ausgebildet wird und dass der Aktorraum durch den Aktorkolben in eine erste und eine zweite Fluidkammer geteilt wird, wobei der erste Zylinder und der Aktorkolben in Bezug auf den zweiten Zylinder gemeinsam bewegbar sind.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren Folgende Schritte einschließen: Bereitstellen eines dritten Zylinders, Befestigen eines Lagerelements an einer Innenoberfläche des dritten Zylinders, Einführen des dritten Zylinders in den ringförmigen Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder, sodass das Lagerelement mit einer Außenoberfläche des ersten Zylinders in Berührung steht.
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Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung ist es ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Patentansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere deren individuelle Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Art und/oder beliebige Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder einen beliebigen neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Patentanspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
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Figurenliste
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Eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun nur beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ein schematisches Kreislaufdiagramm einer aktiven Federungsanordnung nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist; und
- 3 einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der aktiven Federungsvorrichtung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In Bezug auf die 1 ist ein Fahrzeug 10 mit Bodenkontaktstruktur dargestellt, in diesem Fall in der Form von vier Rädern 12. Ein aktives Federungssystem 14 ist zwischen jedem Rad 12 und einer Karosserie 16 des Fahrzeugs 10 angeordnet. Das Fahrzeug definiert daher eine gefederte Masse, die die Fahrzeugkarosserie 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 der vier Räder 12 ist über eine individuelle aktive Federungsanordnung 14 mit der Karosserie 16 verbunden. Allerdings ist jede aktive Federungsanordnung 14 mit einer Steuereinheit 15 verbunden, wie in 1 gezeigt. Die Steuereinheit 15 steuert zentral alle aktiven Federungsanordnungen 14, um die Fahrzeugkarosserie 16 während der gesamten Fahrt zu stabilisieren. Wenn zum Beispiel das Fahrzeug 10 scharf nach links abbiegt, können beide aktiven Federungsanordnungen 14 auf der rechten Seite des Fahrzeugs 10 eingesetzt werden, um über ein Steuersignal von einer Steuereinheit 15 gleichzeitig eine Extensionskraft zu erzeugen. Gleichzeitig können die aktiven Federungsanordnungen auf der linken Seite des Fahrzeugs (in 1 nicht dargestellt), eingesetzt werden, um gleichzeitig eine Kompressionskraft zu erzeugen, die dabei hilft, die Fahrzeugkarosserie 16 in der Kurve nach links neigen zu lassen.
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Jede aktive Federungsanordnung 14 enthält eine aktive Federungsvorrichtung 17, zum Beispiel wie in 2 dargestellt. Jede aktive Federungsvorrichtung 17 weist einen Aktor 18 auf, insbesondere einen hydraulischen Aktor, und einen Dämpfer/Stoßdämpfer 21. Der Dämpfer/Stoßdämpfer 21 kann von einer beliebigen Art sein, wie etwa ein Doppelrohr- oder ein Einzelrohrtyp, oder ein herkömmlicher oder ein Upside-Down-Stoßdämpfer. Ferner ist aus 2 ersichtlich, dass der Aktor 18 und der Dämpfer 21 parallel arbeiten.
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Die aktive Federungsanordnung 14 dieser speziellen Ausführungsform enthält ferner eine Feder 20. In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen enthält das aktive Federungssystem möglicherweise keine Feder 20. Die Feder 20 kann jede Art von Feder sein, zum Beispiel eine Schraubenfeder oder eine Luftfeder. Wie aus 2 ersichtlich, arbeiten der Aktor 18 und der Dämpfer/Stoßdämpfer 21 der aktiven Federungsvorrichtung 17 und die Feder 20 parallel.
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An einem ersten Ende umfasst die aktive Federungsanordnung 14 einen ersten Anschluss 12a zum Sichern der aktiven Federungsanordnung an der ungefederten Masse, einschließlich eines entsprechenden Rades 12 des Fahrzeugs. An einem gegenüberliegenden zweiten Ende umfasst die aktive Federungsanordnung 14 einen zweiten Anschluss 16a zum Sichern der aktiven Federungsanordnung 14 an der gefederten Masse, einschließlich einer Fahrzeugkarosserie 16. Der Aktor 18, der Dämpfer/Stoßdämpfer 21 und die Feder 20 sind zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 12a, 16a parallel angeordnet.
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In Bezug auf 3 wird ein schematischer Querschnitt einer aktiven Federungsvorrichtung 17 nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform dargestellt. Insbesondere ist die aktive Federungsvorrichtung 17 aus 3 eine aktive Fahrzeugfederungsvorrichtung. Die aktive Federungsvorrichtung 17 umfasst einen hydraulischen Stoßdämpfer 21 und einen hydraulischen Aktor 18. Der Stoßdämpfer 21 und der hydraulische Aktor 18 sind parallel angeordnet, wie zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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Der hydraulische Stoßdämpfer 21 ist ein Upside-Down-Einzelstoßdämpfer. Der Stoßdämpfer 21 umfasst einen ersten Zylinder 30, der ein erstes geschlossenes Ende 32 und ein diesem gegenüberliegendes erstes offenes Ende 34 aufweist. Ein schwimmender Kolben 36 ist in der Nähe des ersten geschlossenen Endes 32 angeordnet und definiert eine Luftkammer 38 dazwischen. Auf der anderen Seite des schwimmenden Kolbens 36 ist ein Arbeitskolben 40 bereitgestellt. Der Arbeitskolben 40 teilt das übrige Innenvolumen des Zylinders 30 in eine erste Fluidkammer 42 und eine zweite Fluidkammer 44. Die erste Fluidkammer 42 ist zwischen dem schwimmenden Kolben 36 und dem Arbeitskolben 40 angeordnet. Die zweite Fluidkammer 44 ist zwischen dem Arbeitskolben 40 und dem ersten offenen Ende 34 des Zylinders 30 angeordnet. Eine Kolbenstange 46 erstreckt sich von dem Arbeitskolben 40 hin zu dem ersten offenen Ende 34 des Zylinders 30 und durch dieses hindurch. Ein Stopfen 48 umgibt die Kolbenstange 46 an dem ersten offenen Ende 34 des ersten Zylinders 30 und verschließt die zweite Kammer 44 abdichtend.
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Das Ende der Kolbenstange 46, das sich aus dem ersten Zylinder 30 heraus erstreckt, ist mit der ungefederten Masse verbunden. Die Kolbenstange 46 kann mit einer beliebigen Federungskomponente verbunden sein, einschließlich eines Achsschenkels oder eines unteren Querlenkers (nicht dargestellt). Am gegenüberliegenden ersten geschlossenen Ende 32 ist der erste Zylinder 30 mit der gefederten Masse verbunden, dies kann eine Verbindung direkt mit der Fahrzeugkarosserie 16 sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der Arbeitskolben 40 ein oder mehrere Kolbenventile umfasst, die als eine Drossel zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer 42 und 44 wirken. Wenn eine Kraft wirkt, um die Stoßdämpfer 21 zusammenzupressen, steigt der Druck in der Fluidkammer 42 an, was dazu führt, dass eine Kraft auf den schwimmenden Kolben 36 wirkt. Der schwimmende Kolben 36 wiederum komprimiert die Luft in der Luftkammer 38 und bewegt sich dann hin zum ersten geschlossenen Ende 32 des ersten Zylinders 30.
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Da der Druck in der ersten Kammer 42 nun höher ist als der Druck in der zweiten Kammer 44, beginnt Hydrauliköl in der ersten Kammer über die Kolbenventile (nicht dargestellt) hin zu der zweiten Kammer 44 zu strömen, wodurch eine Dämpfungswirkung erzeugt wird.
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Ein zweiter Zylinder 22 ist konzentrisch um den ersten Zylinder 30 herum angeordnet. Der zweite Zylinder 22 ist zwischen dem ersten geschlossenen Ende 32 und dem ersten offenen Ende 34 des ersten Zylinders angeordnet. Somit überlappt die gesamte Länge des zweiten Zylinders 22 den ersten Zylinder 30. Da der zweite Zylinder 22 konzentrisch um den ersten Zylinder 30 herum angeordnet ist, wird dazwischen eine Betätigungskammer 24 erzeugt. Die Betätigungskammer 24 wird durch einen ringförmigen Aktorkolben 26 in eine erste Fluidkammer C1 und eine zweite Fluidkammer C2 geteilt. Der erste Zylinder 30, der zweite Zylinder 22 und der Aktorkolben 26 bilden gemeinsam eine Gehäuseanordnung des hydraulischen Aktors 18 aus. Der Zylinder 22 ist ein offener Zylinder und umfasst somit ein zweites offenes Ende 27 und ein diesem gegenüberliegendes drittes offenes Ende 28. Das zweite offene Ende 27 des zweiten Zylinders 22 ist zu dem ersten geschlossenen Ende 32 des ersten Zylinders 30 hin gerichtet. Das dritte offene Ende 28 des zweiten Zylinders 22 ist zu dem ersten offenen Ende 34 des ersten Zylinders 30 hin gerichtet. Ein Hohlraum, der sich zwischen dem zweiten offenen Ende 27 und dem dritten offenen Ende 28 erstreckt, definiert einen Raum, der die Betätigungskammer 24 ausbildet.
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Ein erstes Lagerelement 51 ist entlang des zweiten offenen Endes 27 des zweiten Zylinders 22 angeordnet. Das erste Lagerelement 51 ist angepasst, eine translatorische Bewegung und eine Drehbewegung des ersten Zylinders 30 in Bezug auf den zweiten Zylinder 22 zu ermöglichen. Hierzu kann das erste Lagerelement 51 auf beliebige Weise ausgeführt werden, die diese Bewegung ermöglicht.
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In einer zweiten Funktion stellt das erste Lagerelement 51 ferner eine Fluiddichtung zwischen dem ersten Zylinder 30 und dem zweiten Zylinder 22 entlang des zweiten offenen Endes des zweiten Zylinders 22 bereit. Die erste Fluidkammer C1 erstreckt sich demnach zwischen dem ersten Lager-/Dichtelement 51 und dem ringförmigen Aktorkolben 26.
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Ein dritter Zylinder 60 ist um das erste offene Ende 34 des ersten Zylinders 30 herum angeordnet. Der dritte Zylinder 60 weist ein viertes offenes Ende 62 und ein diesem gegenüberliegendes zweites geschlossenes Ende 64 auf. Wie in 3 zu sehen, überlappt der dritte Zylinder 60 das erste offene Ende 34 des ersten Zylinders 30 entlang des vierten offenen Endes 62.
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Der dritte Zylinder 60 wird in dem dritten offenen Ende 28 des zweiten Zylinders 22 aufgenommen. Hierzu weist das dritte offene Ende 28 des zweiten Zylinders 22 einen größeren Durchmesser auf als das zweite offene Ende 27. Somit umfasst der zweite Zylinder 22 einen zulaufenden Übergangsabschnitt 25 zwischen dem zweiten offenen Ende 27 und dem dritten offenen Ende 28 des zweiten Zylinders 22. Der Übergangsabschnitt 25 wirkt als eine Anschlagschulter für das vierte offene Ende 62 des dritten Zylinders 60. Wie aus 3 abgeleitet werden kann, ist der dritte Zylinder 60 im Wesentlichen derselbe wie der Durchmesser des zweiten Zylinders 22 entlang des zweiten offenen Endes 27. Der Durchmesser des dritten offenen Endes 28 des zweiten Zylinders 22 ist etwas größer als der Durchmesser des dritten Zylinders 60 und ist angepasst, das vierte offene Ende 62 des letzteren aufzunehmen. Somit überlappt das verbreiterte dritte offene Ende 28 des zweiten Zylinders 22 das vierte offene Ende 62 des dritten Zylinders 60 und die überlappenden Teile sind mit beliebigen Mitteln verbunden, um eine fluiddichte Dichtung zwischen der Außenoberfläche des dritten Zylinders 60 und der Innenoberfläche des zweiten Zylinders 22 zu erzeugen, wie etwa durch Schweißen oder kleben.
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Ein zweites Lagerelement 53 ist zwischen der Innenoberfläche des dritten Zylinders 60 und der Außenoberfläche des ersten Zylinders 30 entlang des überlappenden Abschnitts zwischen dem ersten und dem dritten Zylinder 30, 60 angeordnet. Ähnlich wie bei dem ersten Lagerelement 51 ermöglicht es das zweite Lagerelement 53 dem ersten Zylinder 30, translatorische Bewegung und Drehbewegung in Bezug auf den dritten Zylinder 60 auszuführen. Gleichzeitig wirkt auch das zweite Lagerelement 53 als ein Dichtelement, welches ein Ende der zweiten Fluidkammer C2 definiert. Die zweite Fluidkammer C2 erstreckt sich demnach zwischen dem ersten Lagerelement 53 und dem ringförmigen Aktorkolben 26.
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Ein erster Fluidanschluss 71 ist an den zweiten Zylinder 22 angeschlossen. Der erste Fluidanschluss 71 verbindet eine Fluidversorgung mit der ersten Fluidkammer C1. Ein zweiter Fluidanschluss 75 ist an den zweiten Zylinder 22 angeschlossen. Der zweite Fluidanschluss 75 verbindet eine Fluidversorgung mit der zweiten Fluidkammer C2.
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Im Betrieb ist der hydraulische Aktor 18 ein aktiver Teil und wird demnach durch eine elektronische Steuereinheit 15 gesteuert. In Abhängigkeit von bestimmten oder vorhergesagten Kompressions-/Ausdehnungskräften regelt die Steuereinheit 15 die Versorgung von Hydraulikfluid für die Fluidkammern C1 und C2.
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In dem ersten Beispiel ist das Rad 12 (dargestellt in 2) ein linkes Vorderrad. Das Fahrzeug wird auf einer geraden und im Allgemeinen glatten Straße gefahren. Der vordere linke Teil des Fahrzeugs wird vollständig von seiner Feder 20 und von Stoßdämpfer 21 gestützt, und als solcher erzeugt der Aktuator 18 keine nennenswerte Kraft, d. h., er erzeugt weder eine Extensionskraft noch eine Kontraktionskraft. Unter diesen Umständen sind die erste und die zweite Fluidkammer C1 und C2 nicht mit Hydraulikfluid unter Druck versorgt. Vielmehr werden Straßenvibrationen durch die Feder 20 und den Stoßdämpfer 21 kompensiert.
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Der Fahrer erzeugt dann durch Drehen des Lenkrads im Uhrzeigersinn eine fahrerinduzierte Eingabe, die dazu führt, dass sich das Fahrzeug nach rechts dreht, was wiederum dazu dazu führt, dass das Fahrzeug die Tendenz haben wird, nach links zu rollen. Um das Rollen nach links zu verhindern, minimieren oder kontrollieren, wird das aktive Federungssystem 17 die zweite Fluidkammer C2 auf einen Zieldruck beaufschlagen , was eine Extensionskraft durch den Aktuator 18 erzeugt und damit die Linksabrollung reduziert. Der Zieldruck wird durch die elektronische Steuereinheit 15 bestimmt und ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie etwa dem Fahrzeuggewicht, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Straßenzustand, dem Kurvenradius usw. Die elektronische Steuereinheit 15 bewirkt, dass die Versorgung mit Hydraulikfluid den Druck in der Kammer C2 steigert, was zu einer Kraft führt, die auf den ringförmigen Aktorkolben 26 wirkt, wodurch der Aktorkolben 26 hin zu der ersten Kammer C1 gedrängt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Kammer C2 wirkt das mit Druck beaufschlagte Hydraulikfluid gegen das zweite Lagerelement 53, wodurch dieser nach unten, also weg von dem ringförmigen Aktorkolben 26 gedrängt wird.
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In dem Beispiel aus 3 ist der ringförmige Aktorkolben 26 starr mit der Außenoberfläche des ersten Zylinders 30 verbunden, während das erste und das zweite Lagerelement 51, 53 mit der Innenoberfläche des zweiten beziehungsweise des dritten Zylinders 22, 60 verbunden sind. Demnach wirkt die durch das komprimierte Hydraulikfluid in Kammer C2 erzeugte Kraft, um den ersten Zylinder über den ringförmigen Aktorkolben 26 nach oben zu pressen. Zum gleichen Zeitpunkt drückt das mit Druck beaufschlagte Fluid in der Kammer C2 den zweiten und den dritten Zylinder 22, 60 durch die auf das zweite Lagerelement 53 aufgebrachte Kraft in Bezug auf den ersten Zylinder 30 nach unten. Als ein Ergebnis wird eine Extensionskraft durch den hydraulischen Aktor 18 der aktiven Federungsvorrichtung 17 erzeugt, die gegen das Rollmoment wirkt, das beim Bewältigen der Kurve durch das Fahrzeug erzeugt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der ringförmige Aktorkolben 26 nicht notwendigerweise starr mit der Außenoberfläche des ersten Zylinders 30 verbunden sein muss. Alternativ dazu ist es auch möglich, den ringförmigen Aktorkolben 26 starr mit der Innenoberfläche des zweiten Zylinders 22 zu verbinden. In diesem Fall aber müssten das erste und das zweite Lagerelement 51, 53 starr mit der Außenoberfläche des ersten Zylinders 30 verbunden sein, um eine Kompressions- oder Extensionskraft aufzubringen. Ferner wird auch darauf hingewiesen, dass in diesem Szenario eine Extensionskraft erzeugt werden würde, indem mit Druck beaufschlagtes Fluid in Kammer C1 und nicht in Kammer C2 geleitet wird. Eine Kompressionskraft würde erzeugt werden, wenn Kammer C2 mit Druck beaufschlagt wird.
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Wieder in Bezug auf die Anordnung des ringförmigen Aktorkolbens 26 und des ersten und des zweiten Lagerelements 51, 53 in 3 wird eine Kompressionskraft erzeugt, indem die erste Fluidkammer C1 mit Druck beaufschlagt wird.
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In einem zweiten Beispiel biegt das Fahrzeug nach links ab, wenn das Rad 12 in 2 weiterhin ein linkes Vorderrad ist und der Benutzer das Lenkrad in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn dreht. Als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug 10 nach links abbiegt, führt ein Rollmoment hin zu der rechten Seite des Fahrzeugs zu einer Kompression der Fahrzeugfederung auf der rechten Seite und zu einer Erweiterung der Federungsvorrichtungen auf der linken Seite des Fahrzeugs. Um den Extensionskräften auf der linken Seite entgegenzuwirken, kann die in 2 dargestellte Federungsvorrichtung 14 den hydraulischen Aktor 18 verwenden, um eine Kompressionskraft zu erzeugen, um das Fahrzeug zu stabilisieren.
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Wenn die elektronische Steuereinheit 15 des Fahrzeugs bestimmt oder vorhersagt, dass die obige Kompressionskraft erforderlich ist, um das Fahrzeug zu stabilisieren, regelt sie eine Hydraulikfluidversorgung für die erste Fluidkammer C1 mit mit Druck beaufschlagtem Fluid. Wenn der Druck in der ersten Fluidkammer C1 ansteigt, wird ein Druckdifferential zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer C1 und C2 aufgebaut. Als ein Ergebnis dieses Druckdifferentials wirkt eine Nettokraft auf den ringförmigen Aktorkolben 26, die diesen in 3 nach unten drückt. Zum gleichen Zeitpunkt wirkt das mit Druck beaufschlagte Fluid in der ersten Fluidkammer C1 auf das erste Lagerelement 51 und drückt dieses in 3 nach oben. Da der ringförmige Aktorkolben 26 starr mit der Außenoberfläche des ersten Zylinders 30 verbunden ist, wirkt die durch das Fluid in der Kammer C1 erzeugte Kraft auch, um eine Kompressionskraft (in 3 nach unten) auf den ersten Zylinder 30 aufzubringen. Die Kraft, die auf das erste Lagerelement 51 wirkt, wird wiederum auf den zweiten und den dritten Zylinder 22 und 60 übertragen und erzeugt ein nach in 3 oben gerichtetes Moment. Diese Kompressionskraft wirkt gegen die Extensionskraft, aufgebracht durch das Rollmoment während des Bewältigens der Kurve.
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Fachleute erkennen, dass der Einsatz des hydraulischen Aktors 18 der aktiven Federungsvorrichtung 17 nicht nur zum Entgegenwirken von Fahrerinduzierten Kräften eingesetzt werden kann. Vielmehr kann der hydraulische Aktor 18 auch eingesetzt werden, um von der Straße induzierte Kräfte zu kompensieren, wie etwa Lasten aufgrund von Schlaglöchern oder Unebenheiten. Wenn zum Beispiel auf einer Geraden oder beim Bewältigen einer Kurve das Fahrzeug auf ein Schlagloch trifft, kann der hydraulische Aktor 18 eingesetzt werden, um eine Extensionskraft zu erzeugen, wie zuvor beschrieben. Andererseits kann, wenn das Fahrzeug auf eine Unebenheit trifft, der hydraulische Aktor 18 eingesetzt werden, um eine Kompressionskraft zu erzeugen, wie zuvor beschrieben.
