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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Lenker und deren Lager und insbesondere Lenker für Steer-by-wire-Lenkung von Kraftfahrzeugen.
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Lenker sind in der Fahrwerkstechnik Elemente der Radaufhängung von Kraftfahrzeugen. Sie weisen Gelenke auf und verbinden z.B. einen Radträger mit einem Fahrzeugaufbau und können als radführende Bauteile ausgebildet sein. Kräfte und Momente auf den Radträger werden über die Lenker bzw. deren Gelenke in den Fahrzeugaufbau eingeleitet. Bei Radaufhängungen unterscheidet man Lenker anhand ihrer Funktion. So können diese tragend oder führend sein und werden des Weiteren nach ihrer kinematischen Wirkung und auch nach der Zahl der Anlenkpunkte unterschieden. Es gibt z.B. Stablenker mit zwei oder mehr Anlenkpunkten, Dreieckslenker, Trapezlenker, oder dergleichen. Ein Spurlenker, auch Spurstange genannt, kann in der Länge verstellbar sein, um z.B. die Spur oder auch den Sturz eines Rades zu ändern oder einzustellen. Die Lenker können mit dem Fahrzeugaufbau über Kugelgelenken oder Gummilager verbunden sein, wobei letztere kostengünstiger sind und den Fahrzeugaufbau von in dem Fahrwerk erzeugten Geräuschen entkoppeln können und/oder um fahrdynamisch erwünschte Lenkeffekte zu erzielen.
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Steer-by-wire-Lenkungen, z.B. als solche ausgebildete Hinterachslenkungen, greifen bei Kraftfahrzeugen auf verschiedene technische Umsetzungen zurück. So kann eine Hinterachslenkung ähnlich einer Lenkung an der Vorderachse als eine zentrale Lenkung verwendet werden, die unmittelbar oder mittels Spurstangen beide Räder gleichzeitig verstellen kann. Ein Aktuator einer solchen Steer-by-wire-Lenkung ist aus der
DE 10 2014 206 934 A1 bekannt. In einer anderen Umsetzung, wie z.B. aus der
WO06117343 A1 , werden ursprünglich passive Spurlenker der Hinterachse durch aktive, längenveränderliche Lenker mit Stellantrieben ersetzt, so dass z.B. bei einer Hinterachslenkung beide Hinterräder jeweils über einen eigenen Aktuator verfügen. Bei Steer-by-Wire Lenkungen werden diese Aktuatoren z.B. dem Fahrerwunsch entsprechend signaltechnisch von einem Steuergerät angesteuert und elektromotorisch verstellt. Bei Steer-by-wire-Lenkung existieren keine mechanischen Kopplungen zwischen einer Lenkhandhabe, z.B. Lenkrad des Fahrers und der Lenkung an der jeweiligen Achse.
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Bei Hinterachslenkvorrichtungen wird bei einzeln gelenkten Rädern zumeist ein längenveränderlicher Lenker, auch Aktuator genannt, eingesetzt. Ein Verstellen der Spur findet dann, wenn sich der Lenker in seiner Länge ändert, über ein Auslenken der Radträger um deren Hochachse statt. Werden zur Kopplung des Lenkers mit dem Radträger Gummilager anstatt von Kugelgelenken eingesetzt, so ergibt sich ein geringes Verschieben bzw. Verspannen in den Gummilagern aufgrund der Stellbewegung. Durch Elastizitäten in den Gummilagern kann sich je nach verwendetem Werkstoff eine veränderliche Stellgeschwindigkeit und/oder -genauigkeit auf die Präzision beim Lenken auswirken. Andererseits werden die Elastizitäten gezielt genutzt, um bei einer Radaufhängung Freiheitsgrade durch die Gummilager ausnutzen zu können. Des Weiteren können die Eigenschaften von Gummilagern auch zur Komfortunterstützung, wie z.B. Vibrationsdämpfung und/oder Geräuschdämpfung genutzt werden. Hier besteht somit ein Zielkonflikt. Es können neben den Aktuatoren weitere an der Radführung bzw. Radaufhängung beteiligte längenunveränderliche Lenker im Fahrwerk vorhanden sein, welche ebenfalls mittels Gummilagern mit Anschlussbauteilen bzw. dem Fahrzeugaufbau gekoppelt sind.
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Der vorliegenden Erfindung soll diesen Konflikt auflösen bzw. entschärfen.
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Es werden Vorrichtungen und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüche angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lenker für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Bei dem Lenker kann es sich um jeden der eingangs genannten unterschiedlichen Lenkerarten in einem Kfz handeln. Der Lenker umfasst wenigstens ein elastisches Lager zur Kopplung des Lenkers mit einem Radträger und/oder mit einem Fahrzeugaufbau. Das elastische Lager zeichnet sich durch ein magnetoelastisches und/oder elektroaktives Material aus, wobei mittels Anlegen eines elektrischen Steuersignals eine Elastizität des elastischen Lagers bei Bedarf geändert werden kann.
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Das Steuersignal kann mittelbar oder unmittelbar an das Lager angelegt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Steuersignal von einem Steuergerät erzeugt. Das Steuergerät erzeugt dieses Signal aufgrund der Fahrsituation und aufgrund der bei dieser vorhandenen Parameter, wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Längsbeschleunigung und Querbeschleunigung, Außentemperatur, Beladung des Fahrzeugs. Aufgrund des Signals wird daraufhin eine Spannung an das verstellbare Lager angelegt und damit die Steifigkeit des Lagers geändert. Somit kann in bestimmten Betriebssituationen des Kraftfahrzeugs zumindest ein Lager zumindest eines Lenkers in vorteilhafter Weise härter bzw. steifer, in anderen Betriebssituation weicher geschaltet werden.
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Um die Präzision beim Lenken größtmöglich zu gewährleisten, werden dabei bevorzugt, jedoch nicht ausschließlich, an der eigentlichen Lenkbewegung beteiligte Lenker mit Kugelgelenken ausgebildet und/oder es wird z.B. bei einem Mehrpunktlenker zumindest ein Lager als Kugelgelenk ausgebildet. Des Weiteren können bei diesen Lenkern auch Gummilager eingesetzt werden, welche zum Herstellen einer hohen Präzision mittels des Steuersignals noch steifer geschaltet werden können, um eine möglichst präzise und schnell ansprechende Lenkreaktion zu erhalten. Nach abgeschlossenem Lenkvorgang kann wieder eine geringere Härte bzw. Steifigkeit gestellt werden, damit Stöße und Geräusche effektiv gemindert werden und benötigte Freiheitsgrade wieder erreicht werden, welche mit dem nicht geschalteten Lager erreichbar sind.
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Magnetoelastizität bzw. Magnetostriktion bezeichnet eine Deformation magnetischer, insbesondere ferromagnetischer Stoffe infolge eines angelegten magnetischen Feldes. Dabei erfährt der Körper bei konstantem Volumen eine elastische Längenänderung. Ein Beispiel für ein Material mit hoher Magnetostriktion ist Nickel (Ni).
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Elektroaktive Materialien umfassen elektroaktive Polymere (EAP), die mittels Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Form ändern. Aufgrund der Ähnlichkeit ihrer Funktionsweise zu der natürlicher Muskeln, werden sie auch „künstliche Muskeln“ genannt. Beispiele solcher EAP sind leitfähige Polymere, ionische Metall-Polymer-Komposite, ionische Gele, elektrostriktive und ferroelektrische Polymere sowie dielektrische Elastomere.
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Bevorzugt kann das magnetoelastische bzw. elektroaktive Material des Lagers mit herkömmlichen elastischen Lagerwerkstoffen (Elastomere) kombiniert werden. Beispielsweise kann in einen herkömmlichen Lager aus Gummi zusätzlich das magnetoelastische bzw. elektroaktive Material eingearbeitet sein, um dadurch eine Steifigkeit eines herkömmlichen Lagers eines Lenkers adaptiv bzw. veränderbar zu machen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das elastische Lager des Lenkers von einer Metallhülse bzw. -buchse umgeben. Somit kann eine Lagerstelle des Lenkers durch ein Gummi-Metall-Hülsenlager gebildet werden, wobei das Gummi durch Beimischung magnetoelastischer und/oder elektroaktiver Materialien erfindungsgemäß bei Bedarf in seiner Elastizität variiert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das elastische Lager des Lenkers eine Durchstecköffnung. Damit kann beispielsweise eine Gelenkgabel oder dergleichen mit dem Lenker verbunden oder mit einem weiteren Gelenk oder einer Gelenkaufnahme verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Lenker bzw. das Lager einen elektrischen Anschluss, um den Lenker elektrisch mit einem Steuergerät und/oder dem Steuersignal koppeln zu können. Mittels dieses Anschlusses kann ein Steuersignal und/oder eine Spannung zum Lager gelangen und die Änderung der Steifigkeit des Lagers bewirken. Beispielsweise können dazu Kontakte bzw. Elektroden vorgesehen sein, welche mit dem magnetoelastischen bzw. elektroaktiven Material des Lagers verbunden sind. Zwischen den Kontakten bzw. Elektroden kann mittels des Steuersignals bzw. der Spannung ein Magnetfeld bzw. ein elektrisches Feld erzeugt werden, um eine Volumenänderung des magnetoelastischen bzw. elektroaktiven Materials im Lager zu bewirken und letztlich die Steifigkeit in dem Lager zu ändern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Hinterachslenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Hinterachslenkvorrichtung umfasst wenigstens einen Lenker nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die Hinterachslenkvorrichtung umfasst ferner eine elektronische Steuereinheit, wie z.B. ein Steuergerät, welches derart ausgebildet ist, um ansprechend auf einen Steuerbefehl wenigstens ein Steuersignal für das wenigstens eine elastische Lager des Lenkers auszugeben, um eine Elastizität des elastischen Lagers ansprechend auf das Steuersignal zu erhöhen oder zu verringern. Somit können beispielsweise beim Verstellen der Radlenkwinkel der Hinterräder vorteilhaft manche Lager härter bzw. steifer, andere Lager weicher gestellt werden. Dieses wird in Abhängigkeit davon ausgeführt, ob über das jeweilige Lager eine Kraftübertragung oder eine Lenkbewegung bewirkt wird. Lager, welche unmittelbar an der Lenkbewegung, also einer Änderung der Radlenkwinkel beteiligt sind, werden tendenziell steifer geschaltet. Es soll damit bewirkt werden, dass sich das elastische Lager quasi wie ein Kugelgelenk verhält. Mit anderen Worten soll verhindert werden, dass die Stell- oder Lenkbewegung des Aktuators lediglich oder überwiegend ein Dehnen des elastischen Lagers bewirkt. Weitere Lenker können jedoch bevorzugt weicher geschaltet werden, wodurch insgesamt für die Lenkbewegung ein geringerer Kraftaufwand notwendig ist, als wenn sämtliche Lager aller an der jeweiligen Radaufhängung vorhandenen Lenker ihre ursprüngliche Härte bzw. Steifigkeit beibehielten.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit ausgebildet, um den Steuerbefehl für das elastische Lager des Lenkers in Abhängigkeit einer Fahrsituation des Kraftfahrzeugs auszugeben. Die Fahrsituation kann beispielsweise eine Lenkbewegung umfassen, bei der manche Lager härter bzw. steifer, andere weicher gestellt werden. Andere Fahrsituationen, bei denen eine unterschiedliche Einstellung der Lager vorteilhaft ist, sind ebenfalls denkbar, wie zum Beispiel ein Komfortmodus mit weichen Lagern oder ein Sportmodus mit harten Lagern. Beispielsweise kann sich in dem Sportmodus dadurch ein direkteres Lenken bzw. Lenkgefühl einstellen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Lenker ausgebildet, eine Lenkbewegung vom Fahrzeugaufbau auf den Radträger zu übertragen. Der Lenker ist somit als Spurlenker, also als eine Spurstange ausgebildet, um Lenkbewegungen eines Aktuators auf den Radträger zur Änderung des Radlenkwinkels zu übertragen. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um für die Lenkbewegung ein Steuersignal auszugeben, das die Elastizität des elastischen Lagers während der Lenkbewegung verringert und das Lager somit härter bzw. steifer gestellt wird. Dadurch kann beispielsweise eine präzise und schnell ansprechende Lenkreaktion erhalten werden.
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Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, um nach der Lenkbewegung ein Steuersignal auszugeben, das die Elastizität des elastischen Lagers wieder erhöht. Bevorzugt wird nach der Lenkbewegung die Elastizität bzw. Steifigkeit des Lagers auf den vorherigen Zustand eingestellt. Bei abgeschlossenem Lenkvorgang kann also wieder eine geringere Härte bzw. Steifigkeit eingestellt werden, damit Stöße und Geräusche effektiv gemindert werden können und/oder erforderliche Freiheitsgrade für die Lenker des Fahrwerks eingestellt werden können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispielen ist der Lenker bzw. das Lager an einer Position angeordnet, so dass sich das elastische Lager aufgrund einer Lenkbewegung oder das Rad sich gegenüber dem Fahrzeugaufbau aufgrund einer Ein- oder Ausfederbewegung bewegt, verformt. Dabei kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um ein Steuersignal auszugeben, so dass die Elastizität des elastischen Lagers sich während der Lenk- und/oder Radbewegung erhöht. So können bei der Lenkreaktion notwendigerweise verformbare Lager zum Beispiel weicher gestellt werden, um eine Lenkkraft zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein nach der Lenkbewegung ein Steuersignal auszugeben, so dass sich die Elastizität des elastischen Lagers verringert.
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Bevorzugt umfasst die Hinterachslenkvorrichtung ferner einen weiteren Lenker nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um ansprechend auf den Lenkbefehl ein erstes Steuersignal für das elastische Lager des Lenkers auszugeben, um die Elastizität des elastischen Lagers des Lenkers ansprechend auf das erste Steuersignal zu verändern, und ein zweites Steuersignal für das elastische Lager des zweiten Lenkers auszugeben, um die Elastizität des elastischen Lagers des zweiten Lenkers ansprechend auf das zweite Steuersignal entgegengesetzt zu dem elastischen Lager des Lenkers zu verändern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Kopplung eines Lenkers mit einem Radträger und/oder mit einem Fahrzeugaufbau vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein variables Lagern des Lenkers mittels eines elastischen Lagers, welches ein magnetoelastisches und/oder elektroaktives Material umfasst, und ein Anlegen eines elektrischen Steuersignals, um ansprechend darauf eine Elastizität des zumindest einen elastischen Lagers zu ändern.
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Bevorzugt wird das elektrische Steuersignal ansprechend auf einen Lenkbefehl angelegt. Der Lenkbefehl kann sich dabei auf eine Hinterachslenkung beziehen, um den Radlenkwinkel an der Hinterachse zu ändern. Der Lenkbefehl kann einem Fahrerwunsch entsprechen, der mittels einer Lenkhandhabe, wie zum Beispiel einem Lenkrad, angegeben wurde. Aufgrund einer Fahrdynamik-Regelung kann in Abhängigkeit von dem Fahrerwunsch und zusätzlich oder alternativ aufgrund der aktuellen Fahrsituation, wie zum Beispiel einem errechneten Fahrweg bei einem autonom fahrenden Fahrzeug unter Berücksichtigung von Navigationsdaten, ein Lenkbefehl von einer Steuereinheit gegeben werden.
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Schließlich schafft der vorliegende Ansatz eine Steuereinheit, welche bevorzugt als ein Steuergerät ausgebildet ist. Das Steuergerät ist derart ausgebildet, um alle Schritte eines Verfahrens gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen.
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Unter einer Steuereinheit bzw. einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch ein Fahrzeug mit einer Hinterachslenkung, welche magnetoelastische und/oder elektroaktive Lenkerlager umfasst; und
- 2 ein elastisches Lager mit einem magnetoelastischen und/oder elektroaktiven Material, um mittels Anlegen eines Steuersignals eine Elastizität des elastischen Lagers zu ändern.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeug 100 mit einer Hinterachslenkung 102. Ein Radträger 104 für ein Hinterrad 106 ist über eine Mehrzahl von Lenkern (z.B. Querlenkern) 108 mit einem Fahrzeugaufbau 110 gekoppelt. Die Hinterachslenkung 102 ist über einen Spurlenker 112 mit dem Radträger 104 gekoppelt. Die Lenker 108, 112 umfassen an ihren Enden jeweils Lager 114, 116, um sie an Radträger 104 oder Fahrzeugaufbau 110 anzukoppeln. Die Lager 114, 116 können dazu Durchstecköffnungen aufweisen, um beispielsweise Gelenkgabeln oder dergleichen an den jeweiligen Lenkern zu lagern. Herkömmlicherweise umfassen die Lager 114, 116 Lagerbuchsen und -hülsen und darin befindliche bzw. diese verbindende Gummikörper. Der Spurlenker 112 wird, ansprechend auf einen Lenkbefehl, in seiner Position verstellbar, um die Spur bzw. den Radlenkwinkel des Hinterrads 106 einzustellen. Dieses wird hier mittels eine elektromechanischen Aktuators der Hinterachslenkung 102 bewerkstelligt. Die Positionsänderung des Spurlenkers 112 überträgt sich in eine Lenk- bzw. Rotationsbewegung des Radträgers um eine Hochachse 118.
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Je nachdem, ob gerade eine Lenkbewegung stattfindet oder nicht, können unterschiedliche Steifigkeiten bzw. Elastizitäten der Metall-Gummi-Lager 114, 116 von Vorteil sein. Beim Spurlenker 112, der während eines Lenkvorgangs Kraft auf den Radträger 104 überträgt, kann während eines Lenkvorgangs beispielsweise eine höhere Steifigkeit der Lager 114, 116 von Vorteil sein, als vor oder nach dem Lenkvorgang, wo keine unmittelbare Kraftübertragung stattfindet. Bei manchen Querlenkern 108 kann beispielsweise während des Lenkvorgangs und/oder bei einer Einfederbewegung des Rades gegenüber dem Fahrzeugaufbau eine geringere Steifigkeit der jeweiligen Lager 114, 116 von Vorteil sein, als vor oder nach dem Lenkvorgang.
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Dazu wird vorliegend vorgeschlagen, zumindest einige der Lager 114, 116 der Lenker 108, 112 zumindest teilweise mit einem magnetoelastischen und/oder elektroaktiven Material zu versehen, um mittels Anlegen eines magnetischen oder elektrischen Steuersignals eine Elastizität zumindest einiger Lager 114, 116 zu ändern. Die Lager 114, 116 können also als magnetoelastische bzw. elektroaktive Lager 114, 116 bezeichnet werden. Das magnetoelastische und/oder elektroaktive Material kann z.B. einem Lagergummi der Lager 114, 116 beigemischt werden, um bei Bedarf die Elastizität der Lager 114, 116 adaptiv zu erhöhen oder zu verringern. Die Lager 114, 116 können also zusätzlich zum Gummi magnetoelastisches und/oder elektroaktives Material umfassen.
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Ein Beispiel eines Lagers 114, 116 für einen Querlenker 108 ist in 2 dargestellt. Das Lager 114, 116 umfasst eine metallische zylindrische Lagerbuchse 202 und eine zentrale metallische Durchstecköffnung 204 in Form einer Lagerhülse, die von der Lagerbuchse 202 umgeben ist. Lagerbuchse 202 und Durchstecköffnung 204 sind ohne Verformung bzw. Auslenkung konzentrisch angeordnet. Radial zwischen Durchstecköffnung 204 bzw. der Lagerhülse und der Lagerbuchse 202 befindet sich elastisches Lagermaterial 206, welches hier Gummi und magnetoelastisches und/oder elektroaktives Material umfasst. Das Material 206 kann also eine Mischung aus Gummi und magnetoelastischem und/oder elektroaktivem Material sein. Zwischen Lagerbuchse 202 und Durchstecköffnung 204 kann ein Steuersignal in Form einer elektrischen Spannung, eines elektrischen Stroms oder eines Magnetfelds angelegt werden, um die Elastizität des magnetoelastischen oder elektroaktiven Materials und damit des Lagers 114, 116 zu variieren. Lagerbuchse 202 und Durchstecköffnung 204 können somit als Elektroden bzw. als Steueranschlüsse dienen, welche eine Spannung oder ein Signal in das magnetoelastischen oder elektroaktiven Materials leiten.
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Bei magnetoelastischen Materialen kann die Elastizität der Lager 114, 116 beispielsweise durch entsprechende Veränderung eines externen Magnetfeldes in der Nähe eines Lagers 114, 116 verändert werden. Legt man beispielsweise an ein ferromagnetisches Material ein äußeres magnetisches Feld an, so richten sich die Weissschen Bezirke gleich aus. Durch das Drehen der Dipole ändert sich die Länge eines Stabes im Bereich von ca. 10 bis 30 µm/m. Bei hochmagnetostriktiven Werkstoffen kann die Längenänderung bis 2 mm/m betragen. Bei Invar-Legierungen, gibt es auch die Möglichkeit der Volumen-Magnetostriktion, bei der das Volumen veränderlich ist. Werden magnetostriktive Werkstoffe einem Lagergummi beigemischt, kann ein magnetostriktives Lager erhalten werden.
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Bei elektroaktiven Materialen (EAP) kann die Elastizität der Lager 114, 116 beispielsweise durch entsprechende Veränderung einer elektrischen Steuerspannung eines Lagers 114, 116 geschehen. Vorteile von EAP im Vergleich zu anderen Materialien sind die hohen Dehnungen, die erreicht werden können (bis 380 %), sowie eine geringe Dichte der Polymere und deren freie Formbarkeit. Werden elektroaktive Werkstoffe einem Lagergummi beigemischt, kann ein elektroaktives Lager erhalten werden.
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Die Hinterachslenkung 102 kann mit einer Steuereinheit (z.B. Mikroprozessor, ECU) 120 gekoppelt sein, die ausgebildet ist, um ansprechend auf einen Steuer- bzw. Lenkbefehl ein oder mehrere gegebenenfalls unterschiedliche Steuersignale für die adaptiven Lager 114, 116 auszugeben, um die Elastizität der Lager 114, 116 ansprechend auf die jeweiligen Steuersignale zu erhöhen oder zu verringern. Die Elastizität der Lager 114, 116 kann während eines Hinterachslenkvorgangs variiert werden, um die Lenkbewegung möglichst effizient zu gestalten. Aber auch abseits von Lenkbewegungen können gemäß denkbaren Ausführungsbeispielen Elastizitäten der Lager 114, 116 variiert werden, beispielsweise um sportliche oder komfortable Fahrwerkseinstellungen abzubilden. Die Steuereinheit der Hinterachslenkung 102 kann also ausgebildet sein, um den Steuerbefehl für ein oder mehrere Lager 114, 116 in Abhängigkeit einer Fahrsituation des Kraftfahrzeugs auszugeben. Beispiele für Fahrsituationen können z.B. Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, schnelle Fahrt, langsame Fahrt, etc. sein. Hierbei ist jeweils auf ein stets sicheres Fahrverhalten des Fahrzeuges abzustellen.
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Der Spurlenker 112 ist ausgebildet, um eine Lenkbewegung vom Fahrzeugaufbau 110 kraftmäßig auf den Radträger 114 zu übertragen. Der Spurlenker ist radführendes Bauteil, welches gewährleistet, dass stets der für die beabsichtigte Trajektorie erforderliche Radlenkwinkel eingehalten wird. Der Lenker und die Lager sind dabei derart auszulegen, dass die hohen in einem Fahrwerk auftretenden Kräfte bewerkstelligt werden können. Die Steuereinheit 120 kann in diesem Fall ausgebildet sein, um für die Lenkbewegung des Spurlenkers 112 ein oder mehrere Steuersignale auszugeben, welche die Elastizität der elastischen Lager 114, 116 des Spurlenkers 112 während der Lenkbewegung verringern, die Spurlenkerlager also steifer als ohne Lenkbewegung macht. Die Lager nähern sich dann der Wirkung eines Kugelgelenkes an, welches präzise hinsichtlich eine Dreh- und/oder Schwenkbewegung, jedoch nicht elastisch ist. Nach der Lenkbewegung kann die Elastizität der elastischen Lager 114, 116 des Spurlenkers 112 wieder erhöht werden, da dann keine direktere Kraftübertragung mehr notwendig ist.
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Anders kann es sich beispielsweise bei den Querlenkern 108 und deren Lagern 114, 116 verhalten. Die Querlenker 108 sind jeweils an einer Position angeordnet, so dass sich deren elastische Lager 114, 116 aufgrund der Lenkbewegung verformen. Für Lager 114, 116 der Querlenker 108 kann die Steuereinheit 120 ausgebildet sein, um für die Lenkbewegung jeweils Steuersignale auszugeben, welche die Elastizität der elastischen Lager 114, 116 der Querlenker 108 während der Lenkbewegung erhöhen. Nach der Lenkbewegung kann die Elastizität der elastischen Lager 114, 116 der Querlenker 108 wieder verringert werden, da dann keine Verformung der Lager unmittelbar durch eine Lenkbewegung mehr stattfindet. Für eine Bewegung des Rades gegenüber des Fahrzeugaufbaus aufgrund eines Einfedervorganges kann ebenfalls eine Erhöhung der Elastizität zumindest einiger Lager sinnvoll vorgenommen werden. Je nach Achskonstruktion kann mit Rücksicht auf die benötigten Freiheitsgrade eine Variierung des Lagerelastizität vorgenommen werden.
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Die Steuereinheit 120 kann also ausgebildet sein, um ansprechend auf den Lenkbefehl Steuersignale für elastische Lager 114, 116 des Spurlenkers 112 auszugeben, um die Elastizität der elastischen Lager des Spurlenkers 112 ansprechend auf ein erstes Steuersignal zu verändern, z.B. zu verringern, und Steuersignale für elastische Lager von Querlenkern 108 auszugeben, um die Elastizität der elastischen Lager der Querlenker 108 ansprechend auf das Steuersignal entgegengesetzt zu den elastischen Lagern des Spurlenkers 112 zu verändern, z.B. zu erhöhen.
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Es ist offensichtlich, dass das hier beschriebene Konzept nicht nur für Lager im Bereich einer Hinterachslenkung, sondern allgemein vorteilhaft sein kann. Es kann das hierin beschriebene Konzept beispielsweise auch im Bereich einer Vorderachslenkung zum Einsatz kommen.
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Durch den Einsatz von magnetoelastischen oder elektroaktiven Materialien in den Gummilagern 114, 116 können die Charakteristiken der jeweiligen Lager an den vorliegenden Einsatzfall angepasst werden. Magnetoelastische Materialien verändern ihre Härte bzw. Steifigkeit, elektroaktive Materialien ihre Ausdehnung. Somit kann man jene zum Lenken relevanten Lager (Gummilager zwischen Karosserie und Steller, Gummilager zwischen Steller und Radträger etc.) verhärten, um eine möglichst präzise und schnell ansprechende Lenkreaktion zu erhalten. Bei abgeschlossenem Lenkvorgang kann sofort wieder eine geringere Härte bzw. Steifigkeit gestellt werden, damit Stöße und Geräusche effektiv gemindert werden. Ebenfalls können die bei der Lenkreaktion notwendigerweise verformbaren Lager z.B. weicher gestellt werden, um die Lenkkraft zu minimieren und um die benötigten Freiheitsgrade bei der Lenkerbewegung zu ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 102
- Hinterachslenkung
- 104
- Radträger
- 106
- Hinterrad
- 108
- Lenker
- 110
- Fahrzeugaufbau
- 112
- Lenker
- 114
- adaptives Lager
- 116
- adaptives Lager
- 118
- Rotationsachse
- 120
- Steuereinheit
- 202
- Lagerbuchse
- 204
- Durchstecköffnung
- 206
- magnetoelastisches und/oder elektroaktives Material
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206934 A1 [0003]
- WO 06117343 A1 [0003]
