DE10353025A1

DE10353025A1 - Federungssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10353025A1
Application number: DE2003153025
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Acker; Frank Dipl.-Ing. Scheyhing; Friedhelm Dipl.-Ing. Schlüter; Rainer Dr. Uhler; Markus Dr. Zimmer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2005-06-16
Also published as: WO2005047032A1

Abstract

Es wird ein Federungssystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einem hydraulischen Stellglied, das eine Aufbaubewegung des Kraftfahrzeugs beeinflusst und das über eine erste Hydraulikleitung (15) mit einer Hydraulikpumpe (12), die über einen Motor angetrieben ist, verbunden ist, und einer Speichereinheit (17), die zur Aufnahme von Hydrauliköl vorgesehen ist und über eine zweite Hydraulikleitung (16) mit der Hydraulikpumpe verbunden ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist bei dem Federungssystem vorgesehen, dass der Motor als Elektromotor (13) ausgeführt ist. Der Elektromotor weist einen Rotor (36) auf, der mit der Hydraulikpumpe (12) gekoppelt und in zwei Drehrichtungen betreibbar ist, so dass Hydrauliköl entweder in das hydraulische Stellglied oder in die Speichereinheit (17) förderbar ist. DOLLAR A Anwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Patentschrift DE 199 54 819 C1 ist ein Federungssystem bekannt, das ein hydraulisches Stellglied, eine Speichereinheit und eine Motor-/Pumpeneinheit aufweist. Die Motor-/Pumpeneinheit umfasst einen Linearmotor mit einem beweglichen Translator, der als Druckkolben in eine Hydraulikleitung integriert ist.

Durch Bewegung des Druckkolbens sind die Ölvolumina in dem hydraulischen Stellglied und in der Speichereinheit variierbar.

Darüber hinaus ist eine den Linearmotor umgehende, über ein Ventil zu aktivierende Bypassleitung vorgesehen. Diese ist für eine Justierung des Translators erforderlich. Um sicherzustellen, dass das Verdrängervolumen des Translators ausreichend groß ist, ist die Position des Translators bezüglich des hydraulischen Stellglieds und der Speichereinheit bei geöffnetem Bypassventil regelmäßig einzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Federungssystem zur Verfügung zu stellen, das aus weniger Bauteilen besteht und einen regelmäßigen Einstellvorgang verzichtbar macht.

Diese Aufgabe wird durch ein Federungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Federungssystem zeichnet sich durch einen Motor, der als Elektromotor ausgeführt ist und einen Rotor aufweist, aus. Der Rotor ist mit einer Hydraulikpumpe gekoppelt und in zwei Drehrichtungen betreibbar, so dass Hydrauliköl entweder in ein hydraulisches Stellglied oder in eine Speichereinheit fördeurbar ist. Die Pumpe ist über eine erste Hydraulikleitung mit dem hydraulischen Stellglied und über eine zweite Hydraulikleitung mit der Speichereinheit verbunden. Die Drehrichtungsumkehr des Motors ermöglicht eine Umkehrung der Förderrichtung der Pumpe. Die Pumpe ist damit in der Lage, das Hydrauliköl aus der Speichereinheit in das hydraulische Stellglied oder in umgekehrter Richtung d.h. aus dem hydraulische Stellglied in die Speichereinheit zu fördern. Damit erfolgt eine Verstellung des hydraulischen Stellgliedes. Das hydraulische Stellglied ist zwischen einer Radführungsvorrichtung und einem Fahrzeugaufbau angeordnet.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Drehzahl des Elektromotors regelbar. Über eine Drehzahlregelung des Motors ist die Fördermenge der Pumpe und damit eine Verstellgeschwindigkeit des hydraulischen Stellgliedes variabel einstellbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor als elektronisch kommutierter Motor ausgeführt. Bürstenlose Motoren sind geräuscharm und verschleißfrei und daher für den Einsatz in Kraftfahrzeugen bevorzugt einzusetzen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor als Nassläufer ausgebildet. Bauteile des Elektromotors wie beispielsweise Rotor, Stator, Kugellager usw. sind ohne Abdichtung in Hydrauliköl anordenbar. Zum einen lässt sich damit eine aufwändige Abdichtung gegenüber den rotierenden Pumpenteilen einsparen und zum andern ist eine gute Kühlung des Elektromotors gewährleistet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Elektromotor eine Steuereinheit, die im oder am Elektromotorgehäuse angeordnet ist. Durch die Anordnung der Steuereinheit für Drehrichtungs- und Drehzahlsteuerung im oder am Elektromotorengehäuse ist wenig Verkabelungsaufwand zwischen Elektromotor und Steuereinheit erforderlich, so dass eine kostengünstige und platzsparende Elektromotor-/Steuerungseinheit darstellbar ist. Die Steuereinheit ist zur guten Kühlung im Hydrauliköl eines nasslaufenden Elektromotors anordenbar. Alternativ kann die Steuereinheit in oder an dem Elektromotorgehäuse in einem gekapselten Gehäuse angeordnet sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Hydraulikpumpe als Flügelzellenpumpe ausgeführt. Ein zylindrischer mit radialen Schlitzen versehener Flügelträger läuft in einem Gehäuse um. Das Gehäuse ist dahingehend gestaltet, dass sich die Flügelzwischenräume bei Rotation des Flügelträgers vergrößern und verkleinern und sich dadurch Hydrauliköl ansaugen und Öldruck aufbauen lässt. Flügelzellenpumpen sind als Standardbauelemente verfügbar. Sie arbeiten geräuscharm und sind für die Erzeugung hoher Drücke geeignet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Hydraulikpumpe als Zahnradpumpe ausgeführt. Je nach Bauraumverhältnissen ist eine Innen- oder Außenzahnradpumpe einsetzbar. Im Eingriff stehende Zahnräder laufen in einem Gehäuse um. Im Saugraum füllen sich die Zahnlücken mit Hydrauliköl, das entlang einer Gehäusewand zur Druckseite gefördert wird. Zahnradpumpen haben einen einfachen Aufbau und sind kostengünstig herstellbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Elektromotor und die Hydraulikpumpe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Durch die Anordnung von Hydraulikpumpe und Elektromotor in einem Gehäuse entsteht eine kompakte, vormontierbare Baueinheit. Das Gehäuse ist einteilig oder mehrteilig ausführbar und gegenüber der Umgebung öldicht ausgebildet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die von dem Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpe mit einem oder mehreren hydraulischen Stellgliedern verbunden. In Abhängigkeit von Bauraumverhältnissen, Systemdynamik und Kosten ist die Hydraulikpumpe mit allen hydraulischen Stellgliedern des Fahrzeugs, mit den hydraulischen Stellgliedern einer Achse oder jeweils nur mit einem hydraulischen Stellglied verbunden. Die Verbindung der hydraulischen Pumpe mit allen hydraulischen Stellgliedern bewirkt, dass sich alle Stellglieder gleichzeitig verstellen und damit eine gleichmäßige Anhebung und Absenkung eines Aufbaus erzielbar ist. Durch Einsatz zusätzlicher Ventile ist auch eine Ansteuerung jeweils von nur einem hydraulischen Stellglied darstellbar. Die Verbindung der hydraulischen Pumpe mit den hydraulischen Stellgliedern einer Achse ermöglicht einen beim Beladen erforderlichen Niveauausgleich oder den Ausgleich einer durch beispielsweise starkes Bremsen hervorgerufenen Nickbewegung. Durch zusätzliche Ventile ist auch hier eine einzelne Ansteuerung der hydraulischen Stellglieder erzielbar. Die Zuordnung einer Pumpe zu jedem hydraulischen Stellglied ermöglicht eine unabhängige Ansteuerung eines jeden Stellglieds und ermöglicht ohne Verwendung zusätzlicher Ventile einen Ausgleich der Aufbaubewegung in allen Fahrsituationen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet die Speichereinheit mit der Hydraulikpumpe und dem Elektromotor eine Baueinheit. Zur Verringerung der Teilevielfalt bei der Kraftfahrzeugmontage ist die Speichereinheit zusammen mit der Hydraulikpumpe und dem Elektromotor als eine vormontierbare Baueinheit ausgeführt. In vorteilhafter Ausführung sind alle Bauteile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Gehäuse können aber auch mehrteilig ausgeführt und zusammengefügt sein. Die Integration der Speichereinheit mit der Hydraulikpumpe macht lange Hydraulikleitungen überflüssig.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Speichereinheit als offenes System ausgeführt. Für eine kostengünstige Ausführung ist als Speichereinheit ein offenes System vorsehbar, d.h. in der Speichereinheit ist Hydrauliköl drucklos gespeichert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das hydraulische Stellglied in einem Federbein angeordnet. Das Federbein weist einen mit einer Feder parallel geschalteten Stoßdämpfer sowie einen Hydraulikzylinder auf. Durch Ansteuerung des Hydraulikzylinders ist die Vorspannung der Feder veränderbar. Die Integration des hydraulischen Stellgliedes in Form eines Hydraulikzylinders im Federbein nimmt sehr wenig Bauraum in Anspruch.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Federungssystems und
2 eine schematische Darstellung der Pumpen-Motoreinheit des Federungssystems aus 1.
Gleiche Bauteile in den 1 bis 2 sind im folgenden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist schematisch eine Radführungsvorrichtung dargestellt. Die Radführungsvorrichtung bildet das Bindeglied zwischen Aufbau 1 und Rad 2. Das Rad 2 ist an einem nicht gezeigten Radträger gelagert, der über ein Lenkerelement 3 beweglich am Aufbau 1 angebunden ist.
Zwischen dem Lenkerelement 3 und dem Aufbau 1 ist ein Federbein 4 angeordnet, das eine Feder 5, ein Dämpferelement 6 sowie als hydraulisches Stellglied einen einfach wirkenden Hydraulikzylinder 8, an dem ein erster Federteller 7 angeordnet ist, umfasst. Die Feder 5 ist zwischen dem ersten und einem zweiten Federteller 10 eingespannt. Durch Veränderung des Drucks im Druckraum 9 ist der Hydraulikzylinder 8 mit dem zugeordneten Federteller 7 derart bewegbar, dass die Vorspannung der Feder 5 vergrößer- oder verkleinerbar ist. Durch die Einstellung der Federkraft und der Geschwindigkeit der Federkraftänderung ist die Federung und Dämpfung des Aufbaus 1 beeinflussbar.
Der Druckraum 9 des Federbeins 4 ist über eine erste Hydraulikleitung 15 mit einer Hydraulikpumpe 12 einer Pumpen- Motoreinheit 11 verbunden. Ein Elektromotor 13 treibt eine Hydraulikpumpe 12 an, die als Zahnradpumpe ausführt ist. Der Elektromotor 13 ist als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Eine in 2 dargestellte, dem Elektromotor 13 zugeordnete Steuereinheit 14, umfasst die für die Ansteuerung erforderlichen Leistungsbauteile. Um den Elektromotor 13 mit einer vorgegebenen Kenngröße zu betreiben sind Sensoren 24 für Strom, Sensoren 25 für Drehzahl und nicht näher dargestellte Regler vorgesehen.
In einer modifizierten Ausführungsform ist der Motor als Asynchron- oder Synchronmaschine ausführbar.
Die Zahnradpumpe ist als Innenzahnradpumpe ausgebildet. Gemäß 2 weist die Zahnradpumpe ein treibendes Zahnrad 27 und ein getriebenes Zahnrad 26 in Form eines Hohlrades auf. Die Zahnräder sind in einem Pumpengehäuse 28, das ein Sichelelement 29 aufweist, gelagert.
Eine in 1 gezeigte Speichereinheit 17 ist über eine zweite Hydraulikleitung 16 mit der Hydraulikpumpe 12 verbunden. Die Speichereinheit 17 bevorratet Drucköl. Ein Gehäuse weist ein Volumen auf, das durch eine gasdichte Membran in einen mit Stickstoff gefüllten und in einen mit Drucköl gefüllten Bereich unterteilt ist. Der auf hohen Druck komprimierte Stickstoff setzt über die gasdichte Membran das in der Speichereinheit 17 gespeicherte Hydrauliköl unter Druck.
Ein Steuergerät 18 erfasst Sensorsignale, die vorzugsweise auf einem Fahrzeugbussystem (CAN) zur Verfügung stehen, die den momentanen Bewegungszustand des Aufbaus 1 beschreiben. Ein Längsbeschleunigungssensor ermittelt die momentane Verzögerung oder Beschleunigung, ein Querbeschleunigungs sensor ermittelt die momentanen Querkräfte, mindestens ein Vertikalbeschleunigungssensoren ermitteln die Wank-, Nick- und Hubbewegungen, mindestens ein Niveausensor ermittelt das aktuelle Fahrzeugniveau und ein Sensor je Federbein 4 bestimmt die aktuelle Lage des Hydraulikzylinders B. Aus diesen Informationen errechnet sich die Drehrichtung und die erforderliche Drehzahl des Elektromotors 13, der von dem Steuergerät 18 dementsprechend angesteuert ist.
In 2 ist schematisch der Aufbau einer Pumpen-Motoreinheit 11 gezeigt. Das Gehäuse 28 der Hydraulikpumpe 12 und ein Gehäuse 30 des Elektromotors 13 sind zusammen mit einem Pumpendeckel 31 und einem Elektromotordeckel 32 vorzugsweise durch nicht gezeigte Schrauben öldicht zusammengefügt. Die Steuereinheit 14 ist beispielsweise durch eine Schraub-, Steck- oder Schnappverbindung an dem Elektromotor 13 befestigt. Alternativ ist das Gehäuse der Steuereinheit 14 auch einteilig mit dem des Elektromotors 13 ausführbar. Die Pumpen-Motoreinheit 11 ist damit komplett vormontierbar. Bei der Montage sind lediglich die in 1 dargestellten hydraulischen Leitungen 15,16 mit den Anschlüssen 33a,33b zu verbinden. Die elektrische Verbindung zum Steuergerät 18 erfolgt über die elektrischen Leitungen 34. Der Elektromotor 13 weist einen Stator 35 und einen Rotor 36, der mit einer Welle 37 verbunden ist, auf. Die Welle 37 ist wie gezeigt in Gleitlagern 23 gelagert, alternativ können selbstverständlich auch Kugellager verbaut sein. Der in das Pumpengehäuse 28 ragende Teil der Welle 37 ist mit dem treibenden Zahnrad 27 der Hydraulikpumpe 12 verbunden. Die Drehzahl des Verbundes Rotor 36 mit Welle 37 und treibendem Zahnrad 27 und dessen Drehrichtung ist wählbar. Damit ist der Volumenstrom der Hydraulikpumpe 12 und die Förderrichtung variierbar.
Die in 2 gezeigte Ausführungsform der Pumpen-Motoreinheit 11 ist in Verbindung mit einer Speichereinheit 17 jedem Federbein 4 des Kraftfahrzeuges zuordenbar. Die Ansteuerung der Pumpen-Motoreinheiten 11 erfolgt über ein Steuergerät 18. Anhand der empfangenen Sensorsignale errechnet das Steuergerät 18, dass beispielsweise die Vorspannung der Feder 5 eines Federbeins 4 in einem festen Zeitraum auf einen neuen Wert zu erhöhen ist. Eine entsprechende Drehzahl- und Drehrichtungsvorgabe sendet das Steuergerät 18 an den Elektromotor 13. Die mit dem Elektromotor 13 gekoppelte Hydraulikpumpe 12 pumpt das Hydrauliköl aus der Speichereinheit 17 in den Ölraum 9 des Hydraulikzylinders 8. Durch die Druckänderung verschiebt sich der Federteller 7, wodurch der Einbauraum der Feder 7 verkürzt ist und dessen Vorspannung steigt. Eine Erhöhung der Vorspannung der Feder 5 hat ein Anheben des Aufbaus 1 bzw. eine härtere Federung zur Folge. Ein Absenken des Aufbaus 1 bzw. eine Reduzierung der Federhärte erfolgt dementsprechend durch eine Reduzierung der Federvorspannung.
Die Speichereinheit 17 liefert ein Grunddruckniveau. Bei Geradeausfahrt ist diese im wesentlichen ausreichend, bei einer Verstellung der Federvorspannung des Federbeins 4 hat die Hydraulikpumpe 12 nur den Differenzdruck zwischen dem Federbein 4 und der Speichereinheit 17 aufzubringen. Der Vorteil ist, dass die Leistungsaufnahme des Elektromotors 13 gegenüber einer Ausführung mit einem drucklosen Speicher gering und der Elektromotor 13 dementsprechend klein dimensionierbar ist.
Die Anordnung von Elektromotor 13 und hydraulischer Pumpe 12 bietet ferner die Möglichkeit der Rekuperation, d.h. der Energierückgewinnung.
Steht beispielsweise im Druckraum 9 des Federbeins 4 ein höherer Druck an als in der Speichereinheit 17, so strömt während eines Druckabbaus im Federbein 4 Hydrauliköl über die Hydraulikpumpe 12 in die Speichereinheit 17. Das durchströmende Hydrauliköl treibt die Zahnräder 26,27 der Hydraulikpumpe 12 an. Damit ist der Läufer 37 des Elektromotors 13 in Rotation versetzt, so dass der Elektromotor 13 elektrische Energie liefert, die in eine Batterie einspeisbar ist.

Claims

Federungssystem für ein Kraftfahrzeug, mit – einem hydraulischen Stellglied, das eine Aufbaubewegung des Kraftfahrzeugs beeinflusst und das über eine erste Hydraulikleitung (15) mit – einer Hydraulikpumpe(12), die über einen Motor angetrieben ist, verbunden ist, und – einer Speichereinheit (17), die zur Aufnahme von Hydrauliköl vorgesehen ist und über eine zweite Hydraulikleitung (16) mit der Hydraulikpumpe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor als Elektromotor (13) ausgeführt ist und dieser einen Rotor (36) aufweist, der mit der Hydraulikpumpe (12) gekoppelt ist und der in zwei Drehrichtungen betreibbar ist, so dass Hydrauliköl entweder in das hydraulische Stellglied oder in die Speichereinheit (17) förderbar ist.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Elektromotors (13) regelbar ist.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) als elektronisch kommutierter Motor ausgeführt ist.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) als Naßläufer ausgebildet ist.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) eine Steuereinheit (14) umfasst, die im oder am Elektromotorgehäuse (30) angeordnet ist.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (12) als Flügelzellenpumpe ausgeführt ist.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (12) als Zahnradpumpe ausgeführt ist.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Elektromotor (13) und die Hydraulikpumpe (12) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, so dass die Hydraulikpumpe (12) und der Elektromotor (13) eine Baueinheit bilden.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Elektromotor (13) angetriebene Hydraulikpumpe (12) mit einem oder mehreren hydraulischen Stellgliedern verbunden ist.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (17) mit der Hydraulikpumpe (12) und dem Elektromotor (13) eine Baueinheit bildet.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (17) als offenes System ausgeführt ist.
Federungssystem für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Stellglied in einem Federbein (4) angeordnet ist.