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Die
Erfindung betrifft ein entkuppeltes Antiwanksystem, und insbesondere
ein entkuppeltes Antiwanksystem, bei dem eine linke Wank-Stabilisator-Stange
und eine rechte Wank-Stabilisator-Stange nur
dann miteinander gekuppelt sind, wenn die Fahrzeugkarosserie wankt,
wodurch der Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs und dessen Lenkverhalten
verbessert sind.
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Üblicherweise
wird eine Feder mit einer kleinen Federkonstanten verwendet, um
ein komfortables Fahrverhalten eines Fahrzeugs bereitzustellen. Jedoch
bewirkt die eine geringe Federkonstante aufweisende Feder, dass
das Fahrzeug in einer Kurve als Folge einer Zentrifugalkraft um
einen Winkel in Richtung zur Außenseite
der Räder
wankt.
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Insbesondere
ist bei einem Fahrzeug mit Einzelradaufhängung eine Wank-Stabilisator-Stange vorgesehen,
um ein Radwanken zu reduzieren und während einer Kurvenfahrt die
Balance der Fahrzeugkarosserie aufrechtzuerhalten.
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Die
Wank-Stabilisator-Stange ist eine Hilfsfeder, die während eines
Wankens eines Fahrzeugs eine einer Hubdifferenz zwischen dem linken
Rad und dem rechten Rad entsprechende Federwirkung generiert. Die
Wank-Stabilisator-Stange ist eine ⊏-förmige, gebogene Stahlstange,
deren Mittenbereich als Torsionsstab verwendet wird, wobei die beiden
Enden der gebogenen Stahlstange an einem linken Aufhängungsarm
bzw. an einem rechten Aufhängungsarm
befestigt sind. Die Wank-Stabilisator-Stange
wirkt nicht als eine Feder, solange sich das linke Rad und das rechte
Rad simultan vertikal bewegen. Wenn sich jedoch das linke Rad und
das rechte Rad jeweils in entgegengesetzte Richtungen vertikal bewegen
oder unterschiedliche Hübe
aufweisen, reduziert die Wank-Stabilisator-Stange
die Neigung der Fahrzeugkarosserie mittels einer durch einen Torsionsvorgang
erzeugten Federkraft.
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Jedoch
besteht bei der oben beschriebenen Wank-Stabilisator-Stange ein Nachteil darin,
dass die linke und die rechte Wank-Stabilisator-Stange miteinander
gekuppelt sind, so dass sowohl während
eines Wankens des Fahrzeugs als auch während einer unabhängigen Aufwärtsbewegung
oder Abwärtsbewegung
des linken Rades oder des rechten Rades Fahrbahnstöße, die
an einer Radseite auftreten, auf die andere Radseite übertragen
werden, wodurch der Fahrkomfort und das Lenkverhalten des Fahrzeugs verschlechtert
sind.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antiwanksystem für ein Fahrzeug
zu schaffen, bei dem eine Übertragung
von an einer Fahrzeugseite auftretenden Fahrbahnstößen und dergleichen
auf die andere Fahrzeugseite vermieden ist, wodurch der Fahrkomfort
des Fahrzeugs und das Lenkverhalten des Fahrzeugs verbessert sind.
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Dies
wird erfindungsgemäß durch
ein entkuppeltes Antiwanksystem erreicht, dass eine linke Wank-Stabilisator-Stange, die mit einem
Ende an einem linken Aufhängungsarm
befestigt ist, und eine rechte Wank-Stabilisator-Stange aufweist,
die mit einem Ende an einem rechten Aufhängungsarm befestigt ist. Ferner
ist eine Kupplung vorgesehen, um die linke Wank-Stabilisator-Stange
mit der rechten Wank-Stabilisator-Stange
zu kuppeln oder diese voneinander zu entkuppeln. Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtungen
sind vorgesehen (insbesondere jeweils eine pro Rad), die während eines
Fahrzeugwankens Öldruck
erzeugen. Ein Akkumulator bzw. Druckspeicher ist mit der Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung verbunden.
Stellglieder aktivieren die Kupplung über den mittels der Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung
erzeugten Öldruck,
um die linke Wank-Stabilisator-Stange und die rechte Wank-Stabilisator-Stange miteinander
zu kuppeln oder voneinander zu entkuppeln. Solenoidventile sind
vorgesehen, um Zusatz-Fluidpassagen
zu öffnen
bzw. zu schließen,
die zwischen dem Akkumulator und der Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung
angeordnet sind, und um Betätigungs-Fluidpassagen
zu öffnen
bzw. zu schließen, die
zwischen der Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung und
den Stellgliedern angeordnet sind. Sensoren sind vorgesehen, um
eine Aufwärtsbewegung
bzw. eine Abwärtsbewegung
der Fahrzeugachse in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie zu erfassen.
Eine Steuervorrichtung steuert die Solenoidventile in Reaktion auf
ein Signal von den Sensoren.
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Bevorzugt
weisen die Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtungen
jeweils auf: einen ölgefüllten Zylinder,
der mit einem Ende an der Fahrzeugachse (d.h. an einem mit dem Rad
vertikal mitbewegten Achsenteil, wie z.B. einem Achslenker) befestigt
ist, eine Kolbenstange, die mit einem Ende an der Fahrzeugkarosserie
befestigt ist und deren Kopf mit Öffnungen und Ventilen ausgebildet
ist, die innerhalb des Zylinders gleiten können und die gemäß dem durch
die Öffnungen
und die Ventile hindurchströmenden Ölstrom ein
Absorbieren von Stößen bewirken,
und eine Druckstange, die in eine innerhalb der Kolbenstange und
entlang deren Längsrichtung
ausgebildete Druckkammer eingesetzt ist und über welche, wenn die Kolbenstange
nach unten gleitet, unter Druck stehendes Öl an die Stellglieder gefördert wird.
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Bevorzugt
weist jedes Stellglied einen Zylinder auf, in welchen von der Druckstange Öldruck eingegeben
wird. In den jeweiligen Zylindern der Stellglieder gleitet jeweils
eine Kolbenstange, wobei die Kolbenstangen die Kupplung gemäß dem von
den Druckstangen in die Zylinder der Stellglieder eingegebenen Öldruck aktivieren.
Ein für
jedes Stellglied vorgesehenes Druckbegrenzungsventil führt Öl an den
Akkumulator ab und reduziert den Innendruck des Zylinders des jeweiligen
Stellgliedes, wenn der Druck innerhalb des Zylinders infolge einer
starken Ölzufuhr
von der jeweils zugeordneten Druckstange einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Bevorzugt
weist die Kupplung eine Mehrzahl von bewegbaren Kupplungsscheiben
auf, die in Reaktion auf die Bewegung der jeweiligen Kolbenstangen
der Stellglieder bewegt und gekuppelt werden. An einem Ende der
linken Wank-Stabilisator-Stange und
an einem Ende der rechten Wank-Stabilisator-Stange ist jeweils eine
Passiv-Kupplungsscheibe ausgebildet, die die bewegbaren Kupplungsscheiben in
Reaktion auf eine Bewegung der bewegbaren Kupplungsscheiben, d.h.
infolge von deren Steuerbarkeit, kontaktieren kann, wobei die Oberfläche jeder
Kupplungsscheibe schraubenförmig
geneigt ist, so dass an einem vorbestimmten Abschnitt jeweils eine
Stufe ausgebildet ist.
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Die
Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezugnahme auf
die beigefügte
Zeichnung detaillierter beschrieben.
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1 zeigt einen schematischen Ölfluss-Schaltplan
des entkuppelten Antiwanksystems gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigt eine schematische
Schnittansicht einer Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung
gemäß der Ausführungsform
der Erfindung.
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3 zeigt eine schematische
Ansicht des Betriebs einer Kupplung gemäß der Ausführungsform der Erfindung während eines
Nachrechtswankens.
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4 zeigt eine schematische
Ansicht des Betriebs der Kupplung gemäß der Ausführungsform der Erfindung während eines
Nachlinkswankens.
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5 zeigt eine perspektivische
Ansicht einer Kupplungsscheibe gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
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6 zeigt eine Ansicht, in
der ein Verriegelungszustand zwischen den Kupplungsscheiben gemäß der Ausführungsform
der Erfindung dargestellt ist.
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Wie
in 1 bis 6 gezeigt, weist ein erfindungsgemäßes, entkuppeltes
Antiwanksystem eine linke Wank-Stabilisator-Stange 10,
die mit ihrem einen Ende an einem linken Aufhängungsarm befestigt ist, und
eine rechte Wank-Stabilisator-Stange 20 auf,
die mit ihrem einen Ende an einem rechten Aufhängungsarm befestigt ist. Ferner
ist eine Kupplung 30 vorgesehen, um die linke Wank-Stabilisator-Stange 10 mit
der rechten Wank-Stabilisator-Stange 20 zu kuppeln oder
diese voneinander zu entkuppeln. Eine linke Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 40 und eine
rechte Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 50 erzeugen
während
eines Fahrzeugwankens jeweils Öldruck.
Ein Akkumulator 60 ist über
Fluidpassagen mit der linken Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 40 und mit
der rechten Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 50 verbunden.
Ein linkes Stellglied 70 und ein rechtes Stellglied 80 aktivieren über den
von der linken Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 40 und
von der rechten Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 50 jeweils
erzeugten Öldruck
die Kupplung 30, so dass die linke Wank-Stabilisator-Stange 10 und
die rechte Wank-Stabilisator-Stange 20 miteinander
gekuppelt oder voneinander entkuppelt werden. Für jede Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 40, 50 sind
Solenoidventile 91 vorgesehen, um eine Zusatz-Fluidpassage 83 zu öffnen bzw.
zu schließen,
die jeweils zwischen dem Akkumulator 60 und der jeweiligen Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 40, 50 angeordnet
ist, und um eine Betätigungs-Fluidpassage 85 zu öffnen bzw.
zu schließen,
die jeweils zwischen der jeweiligen Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 40, 50 und
dem jeweiligen Stellglied 70, 80 angeordnet ist.
Auf beiden Seiten der Fahrzeugachse sind Sensoren 93 vorgesehen,
die eine Aufwärtsbewegung
und eine Abwärtsbewegung
der Fahrzeugachse in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie erfassen.
Eine Steuervorrichtung 92 steuert die Solenoidventile 91 in
Reaktion auf ein Signal von den Sensoren 93.
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Die
beiden Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtungen 40, 50 weisen
jeweils einen ölgefüllten Zylinder 41, 51 auf,
wobei die beiden ölgefüllten Zylinder 41, 51 einander
gegenüberliegend
mit ihrem einen Ende jeweils an einer Seite der Fahrzeugachse befestigt sind.
In den jeweiligen Zylindern 41, 51 ist jeweils eine
Kolbenstange 43, 53 vorgesehen, wobei die Kolbenstangen 43, 53 jeweils
an einer Seite der Fahrzeugkarosserie befestigt sind, und wobei
ein Kolbenstangenkopf der jeweiligen Kolbenstange 43, 53 mit Öffnungen
und Ventilen ausgebildet ist, die innerhalb des jeweiligen Zylinders 41, 51 gleiten
können
und die gemäß dem durch
die Öffnungen
und die Ventile hindurchströmenden Ölstrom ein
Absorbieren von Stößen bewirken.
Druckstangen 47, 57 sind in innerhalb der Kolbenstangen 43, 53 und
entlang deren Längsrichtung
ausgebildete Druckkammern 45, 55 eingesetzt und
stellen den Stellgliedern 70, 80, wenn die Kolbenstangen 43, 43 nach
unten gleiten, unter Druck stehendes Öl bereit.
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Jede Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung
wirkt als eine Dämpfungsvorrichtung
und ersetzt somit einen üblichen
Stoßdämpfer. Die Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtungen
erzeugen jeweils einen Ölstrom gemäß den Volumenänderungen
der jeweiligen Druckkammern 45, 55.
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Die
Druckstangen 47, 57 weisen die Betriebs-Fluidpassagen 85 und
die Zusatz-Fluidpassagen 83 auf, die mit den Stellgliedern 70, 80 bzw.
mit dem Akkumulator 60 verbunden sind. Während sich die
Fahrzeugachse aufwärts
bewegt, wird durch die Relativbewegung der Kolbenstangen 43, 53 in
Bezug auf die Druckstangen 47, 57 ein hoher Öldruck erzeugt,
der durch die Betätigungs-Fluidpassagen 85 hindurch
an die Stellglieder 70, 80 geliefert wird. Andererseits
wird, wenn sich die Fahrzeugachse abwärts bewegt, infolge der Relativbewegung
der Kolbenstangen 43, 53 in Bezug auf die Druckstangen 46, 57 vom
Akkumulator 60 durch die Zusatz-Fluidpassagen 83 hindurch Öldruck geliefert.
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Die
Zusatz-Fluidpassagen 83 und die Betätigungs-Fluidpassagen 85 werden durch
jeweils darin angeordnete Solenoidventile 91 geöffnet/geschlossen.
Die Solenoidventile 91 werden über eine Steuervorrichtung 92 gesteuert,
die ein Signal von den jeweiligen Sensoren 93 empfängt, die
eine Aufwärtsbewegung
und eine Abwärtsbewegung
der Fahrzeugachse in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie erfassen.
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Die
Stellglieder 70, 80 weisen jeweils einen Zylinder 71, 81 auf,
in welchen von der jeweiligen Druckstange 47, 57 gelieferter Öldruck eingegeben wird.
In den Zylindern 71, 81 der Stellglieder 70, 80 gleitet
jeweils eine Kolbenstange 73, 82, wobei die Kolbenstangen 73, 82 die
Kupplung 30 durch den von den Druckstangen 47, 57 zu
den Zylindern 71, 81 gelieferten Öldruck aktivieren
können.
Ein jeweiliges Druckbegrenzungsventil 75, 88,
das an dem jeweiligen Zylinder 71, 81 der Stellglieder 70, 80 vorgesehen
ist, führt Öl an den
Akkumulator 60 ab und reduziert den Öldruck innerhalb des jeweiligen
Zylinders 71, 81, wenn der Öldruck innerhalb des Zylinders 71, 81 durch
eine starke Ölzufuhr
von der jeweils zugeordneten Druckstange 47, 57 einen
vorbestimmten Wert überschreitet.
Innerhalb der Zylinder 71, 81 ist jeweils eine
Feder 77, 87 vorgesehen, so dass die Kolbenstangen 73, 82 zwischen
den beiden Zylindern 41, 51 zentralisiert sind.
Mit anderen Worten stellen die beiden Federn 77, 87 ein
Kräftegleichgewicht
zwischen den beiden einander entgegenwirkenden Kolbenstangen 73, 82 her,
so dass diese in Bezug aufeinander in eine Mittenposition ausgerichtet
sind.
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Die
Kupplung 30 weist eine Mehrzahl von bewegbaren Kupplungsscheiben 31, 32, 33 auf,
die sich gemeinsam, d.h. in Zusammenwirkung, mit den Kolbenstangen 73, 82 der
Stellglieder 70, 80 bewegen. An einem Ende der
linken Wank-Stabilisator-Stange 10 und
an einem Ende der rechten Wank-Stabilisator-Stange 20 ist
jeweils eine Passiv-Kupplungsscheibe 11, 21 ausgebildet,
die die bewegbaren Kupplungsscheiben 31, 32, 33 in
Abhängigkeit
von deren Bewegung kontaktieren kann. Die Oberflächen, d.h. die Seiten- bzw. Wirkflächen, der
Kupplungsscheiben 11, 21, 31, 32 und 33 sind
schraubenförmig
geneigt, so dass an einem vorbestimmten Abschnitt jeweils eine Stufe 13 ausgebildet
ist und die einander kontaktierenden Kupplungsscheiben einen Spalt
mit einem bestimmten Winkel bilden, der bei einem Fahrzeugwanken
ein vorbestimmtes Ausmaß überschreitet,
so dass die Kupplungsscheiben mittels der jeweils an der Oberfläche der
jeweiligen Kupplungsscheiben 11, 21, 31, 32 und 33 ausgebildeten Stufe 13 miteinander
verriegelt bzw. gekuppelt werden. Mit anderen Worten liegen, wenn
zwei der Kupplungsscheiben 11, 21, 31, 32 und 33 miteinander
in Eingriff sind, die den jeweiligen Absatz bildenden Flächen der
beiden Stufen 13 der beiden Kupplungsscheiben aneinander
an, so dass eine Drehmomentübertragung
möglich
ist.
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Der
Betrieb und die Wirkungen des entkuppelten Antiwanksystems gemäß der Erfindung
werden nun beschrieben.
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Die
Vertikalbewegungen der Kolbenstangen 43, 53 der
Zylinder 41, 51 der Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtungen 40, 50 während eines
Wankens der Fahrzeugkarosserie bewirken durch eine Verringerung
oder eine Vergrößerung des
Volumens der Druckkammern 45, 55 der Kolbenstangen 43, 53 einen Ölsrom. Der
auf diese weise verursachte Ölstrom
verhindert, wenn die Kupplung 30 aktiviert ist, d.h. in
Eingriff ist, ein Wanken der Fahrzeugkarosserie.
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Wenn
sich während
des Wankens der Fahrzeugkarosserie die linke Seite der Fahrzeugachse aufwärts bewegt,
wohingegen sich deren rechte Seite abwärts bewegt, erfassen die Sensoren 93 jene Aufwärtsbewegung
und jene Abwärtsbewegung.
Die Steuervorrichtung 92 betätigt die Solenoidventile 91 so,
dass die linke und die rechte Zusatz-Fluidpassage 83 geschlossen
werden und die linke und die rechte Betätigungs-Fluidpassage 85 geöffnet werden.
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Wenn
sich die Druckstange 47 der linken Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 40 aufwärts bewegt, reduziert
sich das Volumen der linken Druckkammer 45. Dadurch strömt das Öl durch
die Betätigungs-Fluidpassage 85 hindurch
in den Zylinder 71 des linken Stellgliedes 70.
Gleichzeitig bewegt sich die Druckstange 57 der rechten Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 50 abwärts, so
dass sich das Volumen der rechten Druckkammer 55 vergrößert und
das Öl
vom Zylinder 81 des rechten Stellgliedes 80 aufnehmen kann.
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Durch
den so verursachten Ölstrom
bewegen sich die Kolbenstangen 73, 82 der Stellglieder 70, 80 in
Richtung der rechten Seite der Fahrzeugachse. Ferner bewegen sich
die mit den Stellgliedern 70, 80 gekuppelten,
bewegbaren Kupplungsscheiben 31, 32, 33 so,
dass sie mit den voneinander entkuppelten Passiv-Kupplungsscheiben 11, 21 der
linken Wank-Stabilisator-Stange 10 und
der rechten Wank-Stabilisator-Stange 20 in
Verbindung treten, d.h. in Eingriff kommen, und auf diese Weise dem
Wanken der Fahrzeugkarosserie entgegenwirken, d.h. die Fahrzeugkarosserie
gegen ein Wanken versteifen.
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Wenn
sich die rechte Seite der Fahrzeugachse aufwärts bewegt und sich die linke
Seite der Fahrzeugachse abwärts
bewegt, wird in gleicher Weise eine Wanksteifigkeit der Fahrzeugkarosserie
bewirkt.
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Wenn
sich die linke Seite und die rechte Seite der Fahrzeugachse simultan
aufwärts
bewegen, schließt
die Steuervorrichtung 92 die linke und die rechte Zusatz-Fluidpassage 83 und öffnet die
linke und die rechte Betätigungs-Fluidpassage 85,
so dass der gesamte, sowohl von der linken Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 40 als
auch von der rechten Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 50 erzeugte Öldruck in
die Zylinder 71, 81 der Stellglieder 70, 80 eingeleitet
wird.
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Wenn
sich der Öldruck
in den beiden Zylindern 71, 81 der Stellglieder 70, 80 simultan
erhöht, bewegen
sich die Kolbenstangen 73, 82 der Stellglieder 70, 80 nicht.
Jedoch wird, wenn der Öldruck
in den Zylindern 71, 81 der Stellglieder 70, 80 einen
vorbestimmten Wert überschreitet,
das Öl über die Druckbegrenzungsventile 75, 88 an
den Akkumulator 60 zurückgeführt.
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Demgemäß ist die
Kupplung 30 außer
Betrieb und die Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtungen 40, 50 wirken
nur als Stoßdämpfer, um
auf Basis der Wirkung der Öffnungen
und der Ventile der Druckstangen 47, 57 Fahrbahnstöße zu mildern.
Wenn sich andererseits die linke Seite und die rechte Seite der Fahrzeugachse
gleichzeitig abwärts
bewegen, öffnet die
Steuervorrichtung 92 die linke und die rechte Zusatz-Fluidpassage 83 und
schließt
die linke und die rechte Betätigungs-Fluidpassage 85.
Auf diese Weise kann Öl
aus dem Akkumulator 60 in die Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtungen 40, 50 gefördert werden.
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Auch
in diesem Fall ist die Kupplung 30 nicht aktiviert, d.h.
nicht in Eingriff, und die Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtungen 40, 50 wirken
nur als Stoßdämpfer, um
auf Basis der Wirkung der Öffnungen und
der Ventile der Druckstangen 47, 57 Fahrbahnstöße zu mildern.
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Wenn
sich entweder die linke oder die rechte Seite der Fahrzeugachse
aufwärts
bewegt, erfasst die Steuervorrichtung 92 über den
jeweiligen Sensor 93 die Bewegung und steuert ein Öffnen und
ein Schließen
der Solenoidventile 91. Wenn sich beispielsweise nur die
rechte Seite der Fahrzeugachse aufwärts bewegt, steuert die Steuervorrichtung 92 die
Solenoidventile 91 so, dass die linke und die rechte Betätigungs-Fluidpassage 85 sowie
die linke Zusatz-Fluidpassage 83 geschlossen werden und
die rechte Zusatz-Fluidpassage 83 geöffnet wird. Der von der rechten Öldruck-Erzeugungs-Vorrichtung 50 erzeugte Öldruck wird
nicht dem Zylinder 81 des rechten Stellgliedes 80 zugeführt sondern
dem Akkumulator 60.
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Demgemäß wird,
solange die Kupplung 30 nicht aktiviert ist, über die
Wank-Stabilisator-Stangen 70, 80 kein Versteifen
der Fahrzeugkarosserie gegen ein Wanken bewirkt, wodurch keine negativen
Effekte auf das Lenkverhalten und den Fahrkomfort verursacht werden.
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Wie
vom Vorhergehenden ersichtlich, hat das erfindungsgemäße Antiwanksystem
den Vorteil, dass die linke Wank-Stabilisator-Stange
und die rechte Wank-Stabilisator-Stange einer Fahrzeugachse, wenn
sich die Fahrzeugkarosserie in einem Balance-Zustand befindet, voneinander
entkuppelt sind, jedoch während
eines Wankens der Fahrzeugkarosserie miteinander gekuppelt werden,
wodurch der Fahrkomfort und das Lenkverhalten des Fahrzeugs verbessert
sind.