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QUERVERWEIS
AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung hängt
mit der anhängigen Internationalen
Anmeldung zur
DE
20 2004 001 614 U1 zusammen, die am 03. Februar 2004 eingereicht wurde,
und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gänze aufgenommen
ist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf ein aktives Rollsteuerungssystem
zur Verwendung in einem Fahrzeugaufhängungssystem und richtet sich spezieller
auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbesserung des dynamischen
Ansprechverhaltens eines derartigen aktiven Rollsystems.
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Bei
Fahrzeugaufhängungssystemen
besteht deren Zielsetzung darin, die Fahrwerkbewegung während des
Betrieb des Fahrzeugs zu steuern. Eine betriebsbezogene Bewegungskenngröße, die
von bekannten Aufhängungssystemen
gesteuert wird, ist das Rollen des Fahrwerks. Ein Fahrzeug erfährt ein Rollen
des Fahrwerks typischerweise während
eines Kurven- oder Seitenfahrtmanövers. Beim Rollen des Fahrwerks
kippt oder „rollt" das Fahrwerk um
die von vorne nach hinten verlaufende Achse des Fahrzeugs in eine
nach außen
führende
Richtung der Kurve.
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Es
ist bekannt, dem Rolleffekt des Fahrwerks entgegenzuwirken, indem
am Fahrwerk eine Gegenkraft bereitgestellt wird. Zur Aufbringung
der Gegenkraft sind verschiedene Verfahren bekannt. Ein Verfahren
schließt
das Aufbringen einer das Fahrwerk anhebenden Kraft über Winkelstellantriebe
ein, die sich an der Fahrzeugseite befinden, die an der Außenseite
der Kurve liegt, und/oder das Aufbringen einer das Fahrwerk absenkenden
Kraft über
Winkelstellantriebe, die an der Fahrzeugseite liegen, die sich an
der Innenseite der Kurve befindet.
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Ein
anderes bekanntes Verfahren besteht darin, einen Stabilisatorstab
zu verwenden, der sich seitlich über
das Fahrzeug erstreckt. Der Stabilisatorstab, der sich auch als
Rollsteuerstab bekannt ist, wirkt als Torsionsfeder zur Aufbringung
der Gegenkraft. Darüber
hinaus ist es bekannt, die Gegenkraft zu verändern, die der Stabilisatorstab
auf das Fahrwerk aufbringt. Eine Möglichkeit zur Veränderung
der Gegenkraft besteht darin, in der Anbindung des Stabilisatorstabs
einen oder mehrere hydraulische Stellantriebe zu verwenden und zu
steuern. Ein Beispiel für
ein derartiges System ist im US-Patent Nr. 5 362 094 von Jensen
gezeigt.
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Um
den Betrag der auf das Fahrwerk aufzubringenden, rollbezogenen Gegenkraft
zu bestimmen, benötigen
solche aktiven Fahrzeugaufhängungssysteme
eine Angabe bezüglich
der Seitenbeschleunigung, der das Fahrzeug während des Kurven- oder Seitenfahrtmanövers unterliegt.
In einem bekannten System wird ein abgeschätzter Wert der Seitenbeschleunigung
berechnet. Die Seitenbeschleunigungsberechnung benötigt einen
Sensoreingang von einem Winkelsensor eines lenkbaren Straßenrads,
einen Sensoreingang von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und
den Wert der Basisabmessung des Fahrzeugrads. In einem Beispiel
handelt es sich bei dem Straßenrad-Winkelsensor
um einen Lenkwellen-Winkelsensor, und bei dem Fahrzeugsgeschwindigkeitssensor
um einen Sensor am Antriebsstrang (z.B. am Getriebe). Solche Systeme können den
Einsatz von Pumpen und Steuerventilen beinhalten, die von einer
elektronischen Steuereinheit gesteuert werden. Ein System dieser
Art erfordert viele Bauteile und wird dadurch teuer.
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Es
sind sowohl hydraulische als auch elektromechanische Stellantriebe
bekannt. Ein Beispiel für
einen hydraulischen Stellantrieb ist ein Positionierzylinder, der
durch Hydraulikfluid betrieben wird. Der Vorteil eines solchen Systems
besteht darin, dass der Stellantrieb relativ klein baut, während er gleichzeitig
einen relativ hohen Wirkungsgrad hat. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben,
dass die Antriebsquelle, d.h. die Hydraulikpumpe, vom Stellantrieb
beabstandet sein kann. Es sind auch elektromechanische Stellantriebe
bekannt, insbesondere Linearantriebe. Bei hohen Leistungsanforderungen
benötigen
diese Linearantriebe jedoch vergleichsweise große Bauräume, weil in ihrem Fall die
Antriebsquelle, d.h. der Elektromotor, nicht vom Stellantrieb beabstandet
sein kann.
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Deshalb
wäre es
vorteilhaft, einen elektromechanischen Stellantrieb, insbesondere
einen Linearantrieb bereitzustellen, der durch einen relativ kleinen
Bauraum gekennzeichnet ist, während
er einen relativ hohen Wirkungsgrad hat, der einem System einen
verbessertes Fahrverhalten einschließlich einer Reduzierung des
Rollens der Karosserie verleiht, und der einfach und kostengünstig ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine Stellantriebseinheit für ein aktives Fahrwerk eines
Kraftfahrzeugs, das einen Stellantrieb umfasst. Der Stellantrieb
umfasst eine erste Zahnstange und eine zweite Zahnstange, und ein
Antriebsritzel, das mit der ersten und zweiten Zahnstange in Wirkeingriff
ist. Eine im Wesentlichen lineare Bewegung der ersten und zweiten Zahnstange
in entgegengesetzte Richtungen verursacht eine Drehbewegung des
Antriebsritzels. Die Einheit umfasst auch einen Feststellmechanismus, wobei
der Feststellmechanismus eine Drehung des Antriebsritzels und eine
Linearbewegung der Zahnstangen verhindert.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrzeugaufhängungssystem mit einem aktiven
Rollsteuerungsmechanismus, der eine Fahrzeugkarosserie, ein Fahrwerk,
einen Stabilisatorstab, der die Fahrzeugkarosserie mit dem Fahrwerk
verbindet, und eine Stellantriebseinheit umfasst. Die Stellantriebseinheit
ist triebschlüssig
zwischen dem Stabilisatorstab und der Fahrzeugkarosserie angeschlossen
und ist dahingehend betreibbar, zur Bereitstellung einer strukturellen
Abstützung
den Stabilisatorstab in einer Position relativ zum Fahrzeugfahrwerk
und zur Fahrzeugkarosserie zu arretieren bzw. zu entriegeln.
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Weitere
Vorteile dieser Erfindung ergeben sich dem Fachmann aus der nun
folgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, wenn sie in Zusammenschau
mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht eines ersten Stellantriebs zur Verwendung
in einem aktiven Rollsteuerungssystem mit einem Antriebsmotor.
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2A ist
eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts des ersten Stellantriebs
entlang der Linie 2-2 von 1, die den
Stellantrieb in einer Mittenposition zeigt.
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2B ist
eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts des ersten Stellantriebs
entlang der Linie 2-2 von 1, die den
Stellantrieb in einer voll ausgefahrenen Position zeigt.
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2C ist
eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts des ersten Stellantriebs
entlang der Linie 2-2 von 1, die den
Stellantrieb in einer voll eingezogenen Position zeigt.
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3 ist
eine Ansicht einer Stellantriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einem zweiten Stellantrieb, wobei ein Teil des Schneckenradgehäuses entfernt
ist.
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4 ist
eine Ansicht der Stellantriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung,
die den zweiten Stellantrieb in einer arretierten Position zeigt,
wobei ein Teil des Schneckenradgehäuses entfernt ist.
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5 ist
eine schematische Ansicht der Stellantriebseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in ein Fahrzeugaufhängungssystem eingegliedert ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein aktives Rollsteuerungssystem (ARC) offenbart.
Aufgrund der Gewichtsverlagerung, die durch eine auf die Aufhängung wirkende
Seitenbeschleunigung aufgebracht wird, neigen sich Fahrzeuge bei
einer Seiten- oder Kurvenfahrt zur Seite. Faktoren, die zum Rollwinkel
des Fahrzeugs beitragen, umfassen die Fahrzeughöhe und die Steifigkeit der
Aufhängung. Es
sind ARC-Systeme bekannt, bei denen auf Hydraulik und Elektronik
beruhende Technologien verwendet werden, um den Fahrzeugrollwinkel
bei der Seiten- oder Kurvenfahrt zu reduzieren oder zu eliminieren,
was wiederum das Fahrverhalten verbessert. ARC-Systeme kombinieren
typische Lenk- und Bremstechnologien wie etwa Pumpen und Drucksteuerventile
mit zusätzlichen
Sensoren, einschließlich
eines Seitenbeschleunigungsmessers und Lenkwinkelsensors, und mit
anderen Sensoren, die typischerweise bereits an vielen Fahrzeugen
vorhanden sind. ARC-Systeme
können
auch einen Stellantrieb an einem Ende eines vorderen und hinteren
Stabilisatorstabs beinhalten. Bei Lenkmanövern erfassen der Beschleunigungsmesser
und der Sensor bzw. die Sensoren die Rollkraft, die durch die Seiten-
oder Kurvenfahrt des Fahrzeugs erzeugt wird. Die Stellantriebe bringen
dann eine ausgleichende Kraft auf das Ende des Stabilisatorstabs
auf, um den Rollwinkel zu reduzieren und das Fahrzeug dahingehend
zu unterstützen,
einen stabilen Betriebszustand beizubehalten. Diese Stellantriebe
sind während
eines normalen Fahrzeugbetriebs gewissermaßen inaktiv, um ein weicheres
Fahren zu ermöglichen.
Wird allgemein geradeaus gefahren, kann sich der Stabilisatorstab frei
mit dem Radbewegungen bis zum Hub des Stellantriebs mitbewegen.
Da in den Stellantrieben kein Druck erzeugt wird, ist der Stab in
der Tat abgekoppelt. In diesem Zustand ist das Fahrverhalten des Fahrzeugs
deutlich verbessert, wobei sich nur ein geringeres oder gar kein „Hochschleudern
des Kopfes" und
eine bessere Einzelrad-Dämpfungsleistung
ergeben. Zusätzlich
ist für
den Gebrauch im Gelände auch
die Achsanlenkung verbessert.
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Zu
diesem Zweck ist in der deutschen Patenanmeldung
DE 20 2004 001 614 U1 ,
eingereicht am 03. Februar 2004, ein erster Stellantrieb, angegeben
bei
10, mit einer ersten Zahnstange
24, einer zweiten
Zahnstange
26 und einem Antriebsritzel
16 offenbart,
diese Elemente in
1 und
2A bis
2C dargestellt
sind. Das Antriebsritzel
16 greift triebschlüssig in
die beiden Zahnstangen
24 und
26 ein und ist dazu
angepasst, die zwei Zahnstangen in zueinander gegenläufige Richtungen
zu bewegen. Der erste Stellantrieb
10 zeichnet sich durch
den besonders kleinen Bauraum aus, den er benötigt. Die Größeneffizienz
des ersten Stellantriebs
10 wird erreicht, weil durch den
Einsatz zweier Zahnstangen
24 und
26, die sich
in zueinander gegenläufige
Richtungen bewegen, der effektive Arbeitshub des ersten Stellantriebs
10 im
Vergleich zu einem Stellantrieb mit einer einzelnen Zahnstange verdoppelt
wird. Mit Bezug auf den effektiven Hub des Stellantriebs ergibt dies
folglich einen geringeren Bedarf an Bauraum. Unter dem Begriff „Hub" versteht man auf
diesen Fachgebiet den Gesamtbetrag der Bewegungsstrecke der beiden
Zahnstangen
24 und
26, wenn sie sich innerhalb
des ersten Stellantriebs
10 bewegen. Das Antriebsritzel
16 kann
gleichzeitig durch einen elektrischen Antriebsmotor
22 angetrieben
werden, der vom ersten Stellantrieb
10 beabstandet oder
entfernt angeordnet und mit diesem über eine Antriebswelle
18 oder
eine andere geeignete Einrichtung verbunden ist. Folglich kann die
Antriebseinrichtung des ersten Stellantriebs
10 winkelmäßig und
räumlich vom
Motor
22 versetzt angeordnet sein, was zusätzliche
Vorteile in Bezug auf den für
den ersten Stellantrieb
10 erforderlichen Bauraum bietet.
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Mit
speziellerer Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1 der
erste Stellantrieb 10 gezeigt, der ein erstes Befestigungsauge
oder -element 12 und ein zweites Befestigungsauge oder
-element 14 umfasst. Wenn der erste Stellantrieb 10 in
einem aktiven Fahrwerksystem eines Fahrzeugs eingesetzt wird, kann
das erste Befestigungsauge 12 z.B. an einem Stabilisatorstab
(nicht gezeigt) des Fahrzeugfahrwerks (nicht gezeigt) angebracht
sein, und das zweite Befestigungsauge 14 an einer Fahrzeugkarosserie
(nicht gezeigt). Der erste Stellantrieb 10 umfasst ein
Antriebsritzel 16, das dahingehend wirksam ist, einen Linearhub
des ersten Stellantriebs 10 zu verursachen, der wiederum
dahingehend wirkt, eine Bewegung der beiden Befestigungsaugen 12, 14 aufeinander
zu oder voneinander weg zu verursachen. Das Antriebsritzel 16 wird über die
Antriebswelle 18 betätigt,
die an ein Getriebe 20 angeschlossen ist, welches mit dem
Antriebsmotor 22 verbunden ist. Bei der Antriebswelle 18 kann
es sich um eine Kardanwelle oder eine flexible Welle handeln, so
dass der Antriebsmotor 22 beabstandet vom ersten Stellantrieb 10 an
einer geeigneten Stelle im Fahrzeug untergebracht werden kann, insbesondere
an einer Stelle, wo genügend
Bauraum verfügbar
ist.
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In 2A ist
eine Schnittansicht durch einen Abschnitt des ersten Stellantriebs 10 dargestellt,
die den ersten Stellantrieb in einer Mittenposition oder normalen
Position zeigt. Wie dort gezeigt ist, greift das Antriebsritzel 16 triebschlüssig in
die beiden Zahnstangen 24, 26 ein, die triebschlüssig an
einen Mitnehmer 28 bzw. 30 gekoppelt sind. In
der dargestellten Ausführungsform
sind die beiden Mitnehmer 28 und 30 vorzugsweise
nach Art eines Teleskops montiert, d.h. der Mitnehmer 30 gleitet
in einer Aufnahme 32 des Mitnehmers 28, und der
Mitnehmer 28 gleitet in einer Aufnahme 34 des
Mitnehmers 30. Vorzugsweise ist zusätzlich eine sich teleskopartig
bewegende Außenabdeckung
bzw. Außengehäuse 36 vorgesehen.
Die Abdeckung 36 wird optional verwendet, um die darin
enthaltenen Bauteile des ersten Stellantriebs 10 vor einer
Beschädigung
und/oder Einwirkung von den Elementen, dem Wetter und dgl. zu schützen.
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Mit
Bezug auf 2A-2C wird
nun die Funktionsweise des ersten Stellantriebs 10 erläutert. Ausgehend
von der in 2 gezeigten Normalposition
definieren die beiden Befestigungsaugen 12, 14 einen
ersten Abstand D1 zwischen sich. Wenn dann das Antriebsritzel 16 im
Uhrzeigersinn gedreht wird (allgemein durch den Pfeil 27 in 2B angegeben), werden
die beiden Mitnehmer 28, 30 nach außen gedrängt oder
voneinander weg in eine ausgefahrene Position bewegt. In der ungefähr voll
ausgefahrenen Position, die in 2B dargestellt
ist, sind die beiden Befestigungsaugen 12, 14 dahingehend
wirksam, einen zweiten Abstand D2 zwischen sich zu definieren, der
größer ist
als der erste Abstand D1. Wenn das Antriebsritzel 16 in
die Gegenrichtung gedreht wird (allgemein durch den Pfeil 29 in 2C angegeben), werden
die beiden Mitnehmer 28, 30 nach Innen aufeinander zu
in eine eingezogene Position bewegt. In der 2C gezeigten,
voll eingezogenen Position sind die beiden Befestigungsaugen 12, 14 dahingehend
wirksam, einen dritten Abstand D3 zwischen sich zu definieren, der
kleiner als der erste Abstand D1 ist. Auf diese Weise ist ein linearer
Stellantrieb 10 gezeigt, der dahingehend funktionsfähig ist,
einen vergleichsweise großen
Hub bereitzustellen, während
er einen kleinen Bauraum hat.
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Mit
Bezug auf 3 und unter Verwendung der gleichen
Bezugszahlen zur Bezeichnung entsprechender Teile ist dort eine
allgemein mit 40 bezeichnete Stellantriebseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Auch die beiden Zahnstangen 24 und 26,
die einen Teil der Mitnehmer 28 bzw. 30 bilden
und wie sie in 2A-2C gezeigt
sind, sind innerhalb der Abdeckung 36 eines zweiten Stellantriebs 39 enthalten.
Der zweite Stellantrieb 39 umfasst die beiden Mitnehmer 28 und 30,
die teleskopartig montiert sind, wie vorstehend in Verbindung mit 1 und 2A-2C beschrieben
wurde, um den zweiten Stellantrieb 39 selektiv in eine
gewünschte
Hubposition zu bewegen. Die gewünschte Hubposition
des zweiten Stellantriebs 39 ist definiert durch die Position
der beiden Befestigungsaugen 12 und 14 in Bezug
aufeinander und ist eine beliebige Position aus der Anzahl von Positionen,
die zwischen in der in 2C gezeigten, voll eingezogenen
Position und der in 2B gezeigten, voll ausgefahrenen Position
definiert sind. In der vorliegenden Ausführungsform wird der zweite
Stellantrieb 39 vorzugsweise nicht durch einen Elektromotor
betätigt
und umfasst nicht die Antriebswelle 18, das Getriebe 20 und
den Elektromotor 22, die in Verbindung mit dem ersten,
in 1 dargestellten Stellantrieb 10 gezeigt sind,
sondern kann vielmehr vorzugsweise frei mit der Bewegung des Fahrzeugs
mitgehen. Die Stellantriebseinheit 40 kann aber auch durch
einen Elektromotor betätigt
werden, falls dies gewünscht
ist. Da in der bevorzugten Ausführungsform
kein motorischer Betrieb des zweiten Stellantriebs 39 vorliegt,
können sich
die Mitnehmer 28 und 30 einfach nur aufgrund der
Bewegung des Fahrzeugs frei aufeinander zu und voneinander weg bewegen,
und somit ohne den Einsatz eines Stabilisatorstabs im Fahrzeugaufhängungssystem.
Die Stellantriebseinheit 40 umfasst eine Antriebswelle 42,
die mit einem Schneckenrad 44 verbunden ist und dazu im
Wesentlichen koaxial angeordnet ist. Es sollte klar sein, dass das
Schneckenrad 44 und die Antriebswelle 42 einstückig als ein
Teil gebildet oder auch separate Bauteile sein können, die zur Betätigung der
Mitnehmer 28, 30 des zweiten Stellantriebs 39 triebschlüssig gekoppelt sind.
Außerdem
kann die Antriebswelle 42 über ein Antriebsritzel 56 verfügen, das
sich von der Antriebswelle 42 in die Abdeckung 36 des
zweiten Stellantriebs 39 erstreckt. Das Antriebsritzel 56 kann
einstückig
mit der Antriebswelle 42 gebildet sein, oder kann ein separates
Bauteil sein, das mit der Antriebswelle 42 zur gemeinsamen
Drehung mit dieser triebschlüssig
gekoppelt ist. Es sollte auch klar sein, dass das Schneckenrad 44 ohne
die Antriebswelle 42 direkt an das Antriebsritzel 56 gekoppelt
sein kann, falls dies so gewünscht
ist. In Form und Funktion ist das Antriebsritzel 56 vorzugsweise
im Wesentlichen dem Antriebsritzel 16 des ersten Stellantriebs 10 ähnlich, da
eine Drehung des Antriebsritzels 56 eine Axialbewegung
der Mitnehmer 28 und 30 verursacht und umgekehrt,
und zwar auf eine Art und Weise, die der vorstehend beschriebenen
entspricht.
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Wie
bei dem in 1 und 2A-2C gezeigten
ersten Stellantrieb 10 drehen sich bei Bewegung der Mitnehmer 28 und 30 das
Antriebsritzel 56 und die Antriebswelle 42 in
Uhrzeigerrichtung oder in der Gegenuhrzeigerrichtung, je nachdem,
ob die Befestigungsaugen 12 und 14 sich aufeinander zu
oder voneinander weg bewegen. Da das Schneckenrad 44 Teil
der Antriebswelle 42 ist oder damit gekoppelt ist, führt eine
solche Bewegung der Antriebswelle 42 zu einer gemeinsamen
Drehung des Schneckenrads 44 mit der Antriebswelle 42.
Bei einer Geradeausfahrt kann sich der Stabilisatorstab (in 5 schematisch
durch das Bezugszeichen 66 gezeigt) frei mit der Bewegung
des Fahrzeugrades mitbewegen, bis hin zum vollen oder gesamten Arbeitshub
des zweiten Stellantriebs 39. Da im zweiten Stellantrieb 39 kein
Druck erzeugt wird, ist der Stabilisatorstab in der Tat vom Fahrzeugaufhängungssystem 68 entkoppelt,
und die Stellantriebseinheit 40 bewegt sich wie hier beschrieben.
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Mit
Bezug auf 3 und 4 ist es
erwünscht,
dass der Stabilisatorstab an einer Position im Fahrzeugaufhängungssystem
arretiert werden kann. Wenn der Stabilisatorstab arretiert ist,
sind die Mitnehmer 28 und 30 im Wesentlichen an
einer Bewegung behindert. Um die Mitnehmer 28 und 30 zu arretieren
und eine solche Bewegung zu verhindern, umfasst die Stellantriebseinheit 40 einen
Stift 48, um die Bewegung des Schneckenrads 44 zu
sperren, wodurch deren Drehung verhindert ist. Um die Bewegung und
die Positionierung des Stifts 48 in Einklang mit dem Schneckenrad 44 zu
steuern, hat Letzteres vorzugsweise eine Außenfläche 43 mit einer darauf ausgebildeten
Spur 41. Die Spur 41 wird dazu verwendet, eine
Bahn für
den Stift 48 bereitzustellen, die er entlangläuft, bis
er in einer Linie mit einer am Schneckenrad 44 gebildeten
Aussparung 46 liegt (wie in 4 gezeigt).
Die Spur 41 kann wie ein Gewindegang aussehen, der an der
Außenfläche 43 des Schneckenrads 44 gebildet
ist. Vorzugsweise wird die Spur 41 jedoch nur dazu verwendet,
die Bahn für den
Stift 48 während
der Drehung der Antriebswelle 42 und des Schneckenrads 44 festzulegen.
Deshalb ist die Breite der Spur 41 vorzugsweise im Wesentlichen
gleich der Breite eines Kopfs 58 des Stifts 48, so
dass der Stift 48 im Wesentlichen in der richtigen Ausrichtung
gehalten wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Oberfläche 43 des
Schneckenrads 44 eine Aussparung 46, die zur Aufnahme
des Stifts 48 ausgelegt ist. Wie nachstehend beschrieben
wird, wirkt bei Eingriff des Stifts 48 in die Aussparung 46 dieses Zusammenspiel
als Feststellmechanismus zur Verhinderung einer Drehung des Schneckenrads 44, und
von daher zur Verhinderung einer Drehung der Antriebswelle 42 und
des Antriebsritzels 56. Der Stift 48 ist an einer
Magnetspule 50 angeschlossen und wird von dieser selektiv
derart gesteuert, dass die Magnetspule 50 in eine betätigungsfreie
Position oder eine Stellbewegungsposition gebracht werden kann,
um den Stift 48 in eine ausgefahrene Position bzw. eingezogene
Position zu bewegen. Die Magnetspule 50 ist vorzugsweise
in einem Gehäuse 47 enthalten,
um sie gegenüber
der Umgebung zu schützen.
Alternativ dazu könnte
die Magnetspule 50 an den Stift 48 über eine
Gelenkanordnung (nicht gezeigt) angeschlossen sein, die es dem Stift 48 ermöglicht,
der Spur 41 zu folgen, selbst wenn die Magnetspule 50 ortsfest
ist. Das Schneckenrad 44 ist vorzugsweise in einem Gehäuse 49 enthalten,
welches das Schneckenrad 44 gegenüber den Elementen und der Umgebung
abschirmt. Das Gehäuse 49 umfasst
vorzugsweise eine Öffnung 51,
entlang der sich der Stift 48 und die Magnetspule 50 bewegen
können,
weil sich bei Drehung des Schneckenrads 44 der Stift 48 seitlich
entlang der Länge
des Schneckenrads 44 in der Spur 41 bewegt. Eine
solche Bewegung ist in 3 und 4 deutlich
zu sehen. Obwohl gezeigt ist, dass sich die Magnetspule 50 und der
Stift 48 teilweise außerhalb
des Gehäuses 49 befinden,
sollte klar sein, dass die Magnetspule 50 und der Stift 48 auch
innerhalb des Gehäuses
angeordnet sein können
oder irgendeine andere Anordnung haben können.
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Wie
in 3 dargestellt ist, ist der Stift 48 in einer
teilweise ausgefahrenen Position, wenn die Magnetspule 50 nicht
betätigt
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
ist die Magnetspule 50 normalerweise in der betätigungsfreien
Position. Eine Feder 52 der Magnetspule 50 beaufschlagt
den Stift 48 in Richtung zum Schneckenrad 44 und
in Kontakt mit der Oberfläche 43 des
Schneckenrads 44, wobei der Stift 48 demnach in
der teilweise ausgefahrenen Position positioniert ist. Wie in 4 gezeigt
ist, wenn der Stift 48 also in Ausrichtung mit der Aussparung 46 gelangt
(die Position des Eingriffs des Stifts in der Aussparung), dann
beaufschlagt die Feder 52 den Stift 48 in die
voll ausgefahrenen Position, so dass zumindest ein Teil des Stifts 48 in
der Aussparung 46 aufgenommen ist. Von daher wird auch
bevorzugt, dass die Aussparung 46 vorzugsweise eine solche Tiefe
hat, dass sie einen wesentlichen Teil des Kopfs 58 des
Stifts 48 aufnehmen kann. Durch die Positionierung des
Stifts 48 in der Aussparung 46 ist das Schneckenrad 44 arretiert
oder im Wesentlichen an einer Drehung gehindert. Ist das Schneckenrad 44 arretiert,
kann sich auch die Antriebswelle 42 nicht drehen, und folglich
bewegen sich auch die Aufnehmer 28 und 30 nicht.
In der Verriegelungsposition ist durch den zweiten Stellantrieb 39 der
Stabilisatorstab relativ zum Fahrzeugfahrwerk eingerastet. Deshalb ist
die Stellantriebseinheit 40 dahingehend wirksam, auf das
Ende des Stabilisatorstabs eine ausgleichende Kraft aufzubringen,
durch die der Rollwinkel des Fahrzeugs reduziert wird und das Fahrzeug
bei der Beibehaltung eines stabilen Betriebszustandes Unterstützung erhält.
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Durch
Aktivierung der Magnetspule 50 kann der Stift 48 aus
der Aussparung 46 herausgezogen werden, wodurch das Schneckenrad 44 freikommt und
es sich drehen kann. Wenn die Magnetspule 50 aktiviert
ist, wird die Feder 52 zusammengedrückt, wodurch der Stift 48 gegen
die Kraft der Feder 52 in Richtung zur Magnetspule 50 und
von dem Schneckenrad 44 weg gezogen wird. Hat sich der
Stift 48 aus der Aussparung 46 zurückgezogen
und verlässt das
Schneckenrad die Position des Eingriffs des Stifts in der Aussparung,
kann die Magnetspule 50 in ihre normale betätigungsfreie
Position zurückgestellt werden,
in der sich der Stift 48 in die teilweise ausgefahrene
Position und in Kontakt mit der Oberfläche 43 des Schneckenrads 44 bewegt.
Wenn der Stift 48 wegen der Drehbewegung des Schneckenrads 44 erneut
auf die Aussparung 46 trifft, und die Aussparung 46 zur
Position des Eingriffs des Stifts in der Aussparung zurückkehrt,
fährt der
Stift 48 erneut vollständig
aus und greift in die Aussparung 46 des Schneckenrads 44 ein,
um dessen Drehung zu verhindern. Mit dem Einsatz eines wie hier
beschriebenen mechanischen Feststellmechanismus sind keine Sensoren
zur Erfassung einer Feststellposition erforderlich. Der Stift 48 bewegt
sich automatisch in den Eingriff in die Aussparung 46,
um das Schneckenrad 44 (und somit die Stellantriebseinheit 40)
zu arretieren, wenn sich das Schneckenrad 44 in der richtigen vorbestimmten
Position befindet. Wenn das Schneckenrad 44 und somit der
zweite Stellantrieb 39 entriegelt ist, sind das Schneckenrad 44 und
der Stellantrieb 39 im Wesentlichen ungehindert und können sich
daher frei mit der Bewegung des Fahrzeugs und des Fahrzeugfahrwerks
mitbewegen.
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Die
Aussparung 46 sitzt vorzugsweise entlang des Schneckenrads 44 an
einer vorbestimmten Stelle, um die Konstruktionsaspekte des ARC-Systems
zu erzielen, die gewünscht
sind. Wird das Schneckenrad 44 beispielsweise in der Mittenposition
(2A) arretiert, kann durch den Stabilisatorstab
eine zusätzliche
Rollsteifigkeit in das Fahrzeugsaufhängungssystem eingebracht werden.
Die Vorteile der Verwendung des Stabilisatorstabs z.B. während einer
Seitenfahrt sind im Stand der Technik bekannt. Deshalb ist der Stift 48 vorzugsweise
in der Aussparung 46 in Eingriff, wenn das Steuersystem mittels
eines Seitenbeschleunigungsmessers, eines Lenkradwinkelsensors und
eines Fahrgeschwindigkeitssensors Veränderungen erfasst. Die Aussparung 46 sollte
am Schneckenrad 44 daher so positioniert sein, dass der
Stabilisatorstab den gewünschten
Betrag an Abstützung
während
eines Lenkmanövers
bereitstellt, das einer Stabilisierung bedarf.
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Es
wird klar sein, dass die Aussparung 46 an der Oberfläche 43 des
Schneckenrads 44 so gebildet sein kann, dass die Stellantriebseinheit 40 arretiert werden
kann, indem man das Schneckenrad 44 mit dem Stift 48 so
in Eingriff bringt, dass das Schneckenrad an einer ausgefahrenen
Position, einer Mittenposition, oder einer eingezogenen Position
arretiert ist. Die möglichen
anderen Stellen der Aussparung sind in unterbrochener Linie bei 60 angegeben. Zusätzlich können gegebenenfalls
mehrere Aussparungen vorgesehen werden. Sind mehrere Aussparungen
vorgesehen, könnte
die Magnetspule 50 so gesteuert werden, dass der Stift 48 zur
Arretierung des Schneckenrads 44 nur an bestimmten Positionen
in die Aussparungen eingreift, und zwar je nach den anderen Betriebskenngrößen des
Fahrzeugs. Ein solcher Vorgang wird vorzugsweise über ein Steuersystem 62 gesteuert,
das Eingänge
von mehreren Sensoren enthält,
wie zuvor beschrieben wurde. Eine Arretierung der Stellantriebseinheit 40 mit
einem kleineren Abstand zwischen den Mitnehmern 28 und 30 (2C)
oder eine Arretierung der Stellantriebseinheit 40 mit einem
größeren Abstand
zwischen den Mitnehmern 28 und 30 (2B)
verändert die
Arbeitslänge
des zweiten Stellantriebs 39 und kann dadurch Einfluss
auf die Position des zugeordneten Stabilisatorstabs nehmen. Deshalb
kann die Position des zweiten Stellantriebs 39 abhängig von der
gewünschten
Position des Stabilisatorstabs gewählt werden. In der bevorzugten
Aussparungsform ist die Aussparung 46 so angeordnet, dass über das Schneckenrad 44 die
Stellantriebseinheit 40 in einer Mittenposition arretiert
wird (entsprechend dem in 2A Gezeigten).
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Es
wäre festzuhalten,
dass die Stellantriebseinheit 40 gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Motor oder eine andere geeignete Vorrichtung zum Antreiben
des Ritzels 42 umfasst, falls dies so gewünscht ist.
Ein zusätzliches
Merkmal wie etwa ein Elektromotor (nicht gezeigt, kann aber allgemein ähnlich dem
in 1 gezeigten Elektromotor 22 sein) ermöglicht es,
dass die Stellantriebseinheit selektiv über den Motor gesteuert wird.
Ein leistungsgesteuertes System steuert den Rollwinkel des Fahrzeugs durch
ein progressives Ausfahren oder Komprimieren des zweiten Stellantriebs 39 im
Ansprechen auf die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs, was den Fahrzeugrollwinkel
reduziert oder eliminiert. Das Hinzufügen eines Motors zum Antreiben
des Ritzels 42 würde
es deshalb ermöglichen,
die Stellantriebseinheit 40 selektiv und aktiv den Fahrzeugrollwinkel
reduzieren zu lassen. Eine Kombination aus einem Motor und der Stellantriebseinheit 40 gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
deshalb entweder eine motorische Steuerung der Stellantriebseinheit 40 oder
eine mechanische Arretierung der Stellantriebseinheit 40 wie
vorstehend beschrieben.
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In 5 ist
schematisch ein allgemein mit 70 bezeichnetes Fahrzeugaufhängungssystem
dargestellt. Es ist ein Teil der in 3 und 4 gezeigten Stellantriebseinheit 40 gezeigt,
inklusive des ersten Befestigungsauges oder -elements 12 und
eines zweiten Befestigungsauges oder -elements 14. Wenn
die Stellantriebseinheit 40 in einem aktiven Fahrwerksystem
eines Fahrzeugs verwendet wird, kann das erste Befestigungsauge 12 z.B.
an einem Stabilisatorstab (schematisch durch die Bezugszahl 66 dargestellt)
des Fahrzeugfahrwerks (schematisch durch die Bezugszahl 68 dargestellt)
angebracht sein, und das zweite Befestigungsauge 14 kann
an der Fahrzeugkarosserie (schematisch durch Bezugszeichen 64 dargestellt)
angebracht sein. Der vorstehend beschriebene zweite Stellantrieb 39 ist
dahingehend wirksam, einen Linearhub zu verursachen, der wiederum
dahingehend wirksam ist, eine Bewegung der beiden Befestigungsaugen 12, 14 aufeinander
zu oder voneinander weg zu verursachen. Wie auch vorstehend beschrieben
wurde, können
sich der Stabilisatorstab 66 und das Fahrzeugfahrwerk 68 in
Bezug auf die Fahrzeugkarosserie 64 frei bewegen, wenn
die Stellantriebseinheit 40 eine Entriegelungsposition
einnimmt. Wenn die Stellantriebseinheit arretiert ist, wird der
Stabilisatorstab 66 zu einer Hilfseinrichtung innerhalb
des ARC-Systems, um so die Systemsteifigkeit zu erhöhen.
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Es
sollte klar sein, dass die Stellantriebseinheit 40, und
insbesondere der Stift 48 des Feststellmechanismus, auch
als Sicherheitsmechanismus verwendet werden können. Beispielsweise kann der Stift 48 dazu
verwendet werden, das Schneckenrad 44 in der Stellantriebseinheit 40 zu
arretieren, was wiederum den Stabilisator einrasten lässt, wenn
das Antriebsritzel 56 bricht oder anderweitig ausfällt.
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Gemäß den Bereitstellungen
der grundlegenden Aussagen des Patents sind das Prinzip und die
Wirkungsweise dieser Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen
erläutert
und dargestellt worden. Es sollte jedoch klar sein, dass diese Erfindung
auch anderweitig als im Einzelnen erläutert und dargestellt wurde,
in die Praxis umgesetzt werden kann, ohne von ihrem Sinngehalt oder
Umfang abzuweichen.
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Zusammenfassung
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Aktives Rollsteuerungssystem
für ein
Fahrzeugaufhängungssystem
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Es
ist eine Stellantriebseinheit (40) für ein aktives Fahrwerk eines
Kraftfahrzeugs offenbart, welches einen Stellantrieb (39)
beinhaltet. Der Stellantrieb umfasst eine erste Zahnstange (24)
und eine zweite Zahnstange (26), und ein Antriebsritzel
(16), das in Wirkeingriff mit der ersten und zweiten Zahnstange
steht. Eine im Wesentlichen lineare Bewegung der ersten und zweiten
Zahnstange in entgegengesetzte Richtungen verursacht eine Drehbewegung
des Antriebsritzels. Die Einheit umfasst auch einen Feststellmechanismus
(44, 48, 50), wobei der Feststellmechanismus
eine Drehung des Antriebsritzels und eine Linearbewegung der Zahnstangen
verhindert.