DE10320053A1

DE10320053A1 - Dämpferelement für ein Fahrwerk und Verfahren zum Betreiben eines Dämpferelements

Info

Publication number: DE10320053A1
Application number: DE2003120053
Authority: DE
Inventors: Marco Dipl.-Ing. Boller; Hans-Peter Dipl.-Ing. Klander
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2004-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dämpferelements für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges, mit einem Hydraulikzylinder (1, 9), der über eine hydraulische Verbindung mit einem Hydraulikspeicher (3) verbunden ist, wobei eine in der hydraulischen Verbindung angeordnete Pumpe (2) einer elektrischen Maschine (4) zugeordnet ist, welche die Bewegungsenergie der Pumpe (2) in Energie umwandelt und in einem Energiespeicher (6) speichert, sowie eine Vorrichtung zum Betreiben des Verfahrens. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit dem die Wirkungsweise eines Dämpferelements für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges verbessert werden kann. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Drehzahl der Pumpe (2) und/oder der elektrischen Maschine (4) als Maß für die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeugrad (10) und Fahrzeugaufbau (11) zur Darstellung einer adaptiven Dämpfung in einer Steuerelektronik (5) erfasst wird. Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) in den Hydraulikzylinder (1, 9) integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämpferelement für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zum Betreiben eines Dämpferelements nach einem der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche.

Aus der Offenlegungsschrift DE 195 31 790 A1 ist ein Stoßdämpfer bekannt, der zur Energierückgewinnung geeignet ist. Dazu wird das Dämpfungsmedium durch eine als Hydromotor oder Linearantrieb ausgeführte elektrische Maschine geleitet, die als Antrieb für ein oder mehrere Aggregate genutzt werden kann. Dadurch entsteht auch der nötige Widerstand für das Dämpfermedium. Die Dämpferkraft ist in einem weiten Bereich stufenlos einstellbar. Die zurückgewonnene Energie kann als elektrische, chemische oder mechanische Energie z.B. in einer Batterie oder einem Druckspeicher zwischengespeichert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit dem die Wirkungsweise eines Dämpferelements für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Dazu wird gemäß Anspruch 1 die Drehzahl der Pumpe und/oder der elektrischen Maschine als Maß für die Relativgeschwin digkeit zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau zur Darstellung einer adaptiven Dämpfung in einer Steuerelektronik erfasst. Die Drehzahl der Pumpe ist abhängig von dem Flüssigkeitsstrom, der aufgrund der Bewegungen zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau durch die Pumpe gedrückt wird. Dabei dient der Flüssigkeitsstrom, als Maß für die Richtung und die Geschwindigkeit der Bewegungen zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau. Die Drehzahl der elektrischen Maschine ist abhängig von der Drehzahl der Pumpe und der Leistungsabgabe der elektrischen Maschine. Dies gilt ebenso, wenn statt einer Leistungsabgabe eine Leistungsaufnahme durch die elektrische Maschine erfolgt. Damit kann von der Drehzahl der elektrischen Maschine auf den Flüssigkeitsstrom in der Pumpe und damit auf die Richtung und die Geschwindigkeit der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus zum Fahrzeugrad geschlossen werden. Zusätzlich sind bei bekannter Leistungsabgabe/Leistungsaufnahme der elektrischen Maschine die zwischen Rad und Aufbau wirksamen Dämpfkräfte und somit die zur Realisierung einer adaptiven Dämpfung wichtigsten Grössen bekannt.

Die Steuereinrichtung erfasst diese Informationen und wertet sie aus. Die Steuereinrichtung steuert die elektrische Maschine nach Maßgabe der ausgewerteten Informationen an. Beispielsweise wird die Dämpfung verändert, indem der Durchfluss des Flüssigkeitsstroms verringert oder verstärkt wird. Ebenso kann die Strömungsrichtung umgekehrt werden. Damit lässt sich auch eine Niveauregulierung mit dem erfindungsgemäßen Dämpferelement darstellen.

Insbesondere ist es möglich, der Pumpe in einem Energiespeicher gespeicherte Energie über die elektrische Maschine wieder zuzuführen. Damit vergrößert sich die Genauigkeit und die Bandbreite der möglichen Pumpeneinstellungen. Außerdem lassen sich Veränderungen in der Pumpeneinstellung schnell und aktiv durchführen. Da die Einstellung der Pumpe die Dämpfung des Dämpferelements steuert, bedeutet dies eine flexiblere, schnellere und genauere Dämpfung des Fahrzeugs durch das Dämpferelement.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung, sowie den Zeichnungen. Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 einen Hydropneumat mit energierückgewinnender Dämpfung,
2 einen Stoßdämpfer mit energierückgewinnender Dämpfung und mit Bypass.
Die 1 und 2 zeigen energierückgewinnende Dämpfer im Sinne der Erfindung. In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In 1 ist der energierückgewinnende Dämpfer ein Hydropneumat und weist einen Hydraulikzylinder 1 auf, der als einfach wirkender Plunger ausgeführt ist. Der Fahrzeugaufbau 11 stützt sich typischerweise direkt auf dem Hydraulikzylinder 1 ab. Beim Einfedern des Fahrzeugs wird Hydrauliköl durch die Pumpe 2 in den Speicher 3 gedrückt. Das in den Speicher 3 gedrückte Hydrauliköl komprimiert das Gasvolumen im Speicher 3 und erhöht damit den Druck im Speicher 3. Beim Ausfedern des Fahrzeug dehnt sich das unter Druck stehende Gasvolumen wieder aus und drückt dabei die Hydraulikflüssigkeit durch die Pumpe 2 in den Hydraulikzylinder 1 zurück. Durch den an der Pumpe 2 entstehenden Druckabfall wird eine Dämpfkraft erzeugt, die entgegen der Bewegungsrichtung des Öls wirkt.
An der Pumpe 2 ist eine elektrische Maschine 4 mechanisch angeschlossen. Die elektrische Maschine 4 kann beispielsweise als Motor oder Generator ausgeführt sein.
Die elektrische Maschine 4 wird von der Pumpe 2 angetrieben. Dabei erzeugt die elektrische Maschine 4 Strom, der über eine Steuerelektronik 5 abgegriffen und in einem Energiespeicher 6 gespeichert wird. Lässt man die elektrische Maschine 4 ohne Stromentnahme frei drehen, so ist die dämpfende Kraft niedrig, da nur die Trägheit von Pumpe 2 und elektrischer Maschine 4 überwunden werden muss. Hält die elektrische Maschine 4 die Pumpe 2 im Kurzschlussbetrieb fest, so fließt nur noch ein Leckagevolumenstrom über die Pumpe 2 und die Dämpfung erreicht ihren Maximalwert.
Durch die Steuerelektronik 5 wird die Drehzahl der elektrischen Maschine 4 und damit der Ölflusswiderstand bzw. die Dämpfung geregelt. Damit ist durch die Erfindung eine funktionsoptimierte Hydropneumatik darstellbar.
Die Drehzahlen von elektrischer Maschine 4 und Pumpe 2 ergeben die Informationen über die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeugrad 10 und Fahrzeugaufbau 11. Zusammen mit der an der elektrischen Maschine 4 anliegenden Last ergibt sich die wirkende Dämpfkraft.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Informationen von der Steuerelektronik 5 erfasst und ausgewertet. Damit sind wesentliche für eine adaptive Dämpfung benötigte Informationen ohne zusätzliche Sensoren erfassbar. In einer Ausführungsform wird der Stromabgriff der elektrischen Maschine 4 nach Maßgabe der Steuerelektronik 5 variiert. Damit lässt sich eine adaptive Dämpfung darstellen.
Wird die Pumpe 2 durch die elektrische Maschine 4 angetrieben, so können auch gezielt Kräfte erzeugt werden. Hierfür wird Energie benötigt. Diese Energie entnimmt die Steuerelektronik 5 dem Energiespeicher 6.
In der in 1 dargestellten Form ist die Pumpe 2 in den Hydraulikzylinder 1 integriert. Dabei ist die Pumpe 2 von äußeren Umwelteinflüssen geschützt. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der kompakten Bauweise.
In einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist auch die elektrische Maschine 4 in den Hydraulikzylinder 1 integriert.
In 2 ist ein energierückgewinnender Stoßdämpfer dargestellt. Dabei wird die Federung durch ein direkt zwischen Fahrzeugrad 10 und Fahrzeugaufbau 11 befindliches Federelement 8 realisiert. Dieses Federelement 8 ist in 2 als Stahlfeder dargestellt, kann aber auch als Luftfeder ausgeführt sein. Die Dämpfungsfunktion wird durch einen ebenfalls direkt zwischen Fahrzeugrad 10 und Fahrzeugaufbau 11 angeordneten Hydraulikzylinder 9 realisiert. Die dargestellte Ausführungsform entspricht einer Lösung mit Bypass, da beim Ein- und Ausfedern des Fahrzeugrades 10 Hydrauliköl sowohl durch die Drosselöffnung 7 des Hydraulikkolbens als auch über die hier parallel angeordnete Pumpe 2 von einer Arbeitskammer in die andere gelangen kann. Als Arbeitskammern werden die beiden in der Größe veränderbaren Bereiche des Hydraulikzylinders 9 bezeichnet, die durch den Hydraulikkolben getrennt werden. Der dargestellte Bypass verbindet die beiden Arbeitskammern miteinander. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Bypass in den Mantel des Hydraulikzylinders 9 integriert.
In einer Ausgestaltung ist ein zusätzlicher Bypass vorgesehen, in den eine variable Drossel integriert ist. Mit dieser Ausgestaltung lässt sich die Bandbreite und die Genauigkeit der Dämpfereinstellung weiter erhöhen.
In einer Ausgestaltung ist auch die Pumpe 2 in den Mantel des Hydraulikzylinders 9 integriert. In der einfachsten Form ist die Pumpe 2 am Mantel des Hydraulikzylinders 9 befestigt. Damit kann der Hydraulikzylinder 9 mit Bypass und Pumpe 2 als bauliche Einheit vorgefertigt werden. Vorteile dieser Ausführungsform liegen im geringen benötigten Bauraum sowie darin, dass die Pumpe 2 durch den Hydraulikzylinder 9 vor Beschädigung oder Verschmutzung geschützt wird.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Pumpe 2 direkt zwischen den beiden Arbeitskammern des Hydraulikzylinders 9 angeordnet. Dies entspricht einer Ausführung ohne Bypass. Die Funktionsweise der Energierückspeisung und der verstellbaren Dämpfung entspricht der Beschreibung bei der hydropneumatischen Ausführung.
Bei den in 1 und 2 dargestellten energierückgewinnenden Dämpfern sind energievernichtende Bauelemente zur Fahrzeugdämpfung wie z.B. Ventile oder einstellbare Blenden durch energierückgewinnende Elemente, beispielsweise kleine Motor-Pumpen-Einheiten, ersetzt. Dabei befindet sich die Pumpe 2 im verdrängten Flüssigkeitsstrom und wird durch diesen angetrieben. Die Rotationsenergie wird über eine gemeinsame Welle auf eine elektrische Maschine 4 übertragen.
Erfindungsgemäß werden die elektrische Maschine 4 und/oder die Pumpe 2 über eine Steuerelektronik 5 unabhängig vom Flüssigkeitsstrom des Hydraulikmediums gesteuert oder geregelt. Insbesondere ist der von der Pumpe 2 im Flüssigkeitsstrom erzeugte Widerstand über die Steuerelektronik 5 veränderbar. Damit ist die Dämpfung über die Steuerelektronik 5 steuerbar/regelbar. Die Menge der pro Zeiteinheit zurückgewonnenen Energie ist von der durch die Pumpe 2 erzeugten Dämpfung abhängig. Wenn die Pumpe 2 keine Dämpfkraft erzeugt, so kann auch keine Energierückgewinnung stattfinden. Wenn die von der Pumpe erzeugte Dämpfkraft hoch ist, kann viel Energie zurückgewonnen und gespeichert werden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Pumprichtung der Pumpe 2 bedarfsweise für ein schnelles Anlaufen beschleunigt werden. Damit kann die Reaktionsgeschwindigkeit der Dämpfung erhöht werden. Außerdem ist es möglich, die Reaktionsgeschwindigkeit der Dämpfung je nach Fahrsituation oder Fahrwerkseinstellung unterschiedlich zu gestalten und zu variieren.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Pumpenrichtung der Pumpe 2 bedarfsweise entgegen dem Flüssigkeitsstrom aktiviert. Damit kann die Reaktionsgeschwindigkeit und die Stärke der Dämpfung erhöht werden. Des weiteren lässt sich der Dämpfer auch entgegen der aufgeprägten Bewegung betätigen. Beispielsweise lassen sich damit Bewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 oder Fahrbahnunebenheiten kompensieren. Um die Pumpe 2 entgegen der Strömungsrichtung des Flüssigkeitsstroms zu betreiben, wird die elektrische Maschine 4 mit Strom aus dem Energiespeicher 6 versorgt. Die derart angetriebene elektrische Maschine 4 treibt nun ihrerseits die Pumpe 2 an.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei hoher Fahrgeschwindigkeit eine Fahrzeugabsenkung über die Pumpe 2 aktiviert. Diese Fahrzeugabsenkung kann mit der im Energiespeicher 6 gespeicherten Energie betrieben werden. Die Fahrzeugabsenkung kann über die Steuerelektronik 5 gesteuert oder geregelt werden. Damit ist eine dezentrale Niveaufunktion ohne zusätzliche Energiekosten und zusätzliche Elektronik darstellbar. Eine Absenkung des Fahrzeugs bei hoher Fahrgeschwindigkeit senkt den Kraftstoffverbrauch. Außerdem wird der Schwerpunkt des Fahrzeugs nach unten abgesenkt. Dies führt zu einer geringeren Bewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 bei Kurvenfahrt und plötzlichen Ausweichmanövern. Einem Überschlagen des Fahrzeugs wird vorgebeugt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Dämpferelements für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges, mit – einem Hydraulikzylinder (1, 9), der über – eine hydraulische Verbindung mit – einem Hydraulikspeicher (3) verbunden ist, wobei – einer in der hydraulischen Verbindung angeordneten Pumpe (2) eine elektrische Maschine (4) zugeordnet ist, welche die Bewegungsenergie der Pumpe (2) in Energie umwandelt und in einem Energiespeicher (6) speichert, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Pumpe (2) und/oder der elektrischen Maschine (4) als Maß für die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeugrad (10) und Fahrzeugaufbau (11) zur Darstellung einer adaptiven Dämpfung in einer Steuerelektronik (5) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4) und/oder die Pumpe (2) über die Steuerelektronik (5) unabhängig vom Flüssigkeitsstrom des Hydraulikmediums gesteuert oder geregelt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) bedarfsabhängig für ein schnelles Anlaufen beschleunigt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenrichtung der Pumpe (2) bedarfsweise entgegen dem Flüssigkeitsstrom aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei hoher Fahrgeschwindigkeit eine Fahrzeugabsenkung über die Pumpe (2) aktiviert wird.
Dämpferelement für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges, mit – einem Hydraulikzylinder (1, 9), der über – eine hydraulische Verbindung mit – einem Hydraulikspeicher (3) verbunden ist, wobei einer in der hydraulischen Verbindung angeordneten Pumpe (2) eine elektrische Maschine (4) zugeordnet ist, welche die Bewegungsenergie der Pumpe (2) in Energie umwandelt und in einem Energiespeicher (6) speichert, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) in den Hydraulikzylinder (1, 9) integriert ist.