DE19528565A1

DE19528565A1 - Integriertes aktives/passives Aufhängungssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19528565A1
Application number: DE19528565A
Authority: DE
Inventors: Cesare Sola; Fabrizio Amisano; Aurelio Molari
Original assignee: Magneti Marelli SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1995-08-03
Publication date: 1996-02-08
Also published as: ITTO940654A1; FR2723344B1; ITTO940654A0; FR2723344A1; IT1266915B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein aktive Aufhän gungssysteme für Kraftfahrzeuge, und insbesondere ein inte griertes aktives und passives Aufhängungssystem für ein Kraft fahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen.

Fahrzeugaufhängungssysteme sind typischerweise derart konstru iert und gebaut, daß sie folgende Funktionen erfüllen:

1) Minimierung von Beschleunigungen und Bewegungen der Fahr zeugkarosserie, die von Unebenheiten der Straßenoberfläche herrühren, so daß während der Fahrt für den Fahrzeugführer und die Passagiere Komfort gewährleistet ist.
2) Sicherstellung einer maximalen Lenkbarkeit und Manövrier barkeit des Fahrzeuges als Folge einer guten Straßenlage oder -haftung. Im folgenden soll der Begriff der maximalen Straßenhaftung als Minimierung der Schwankungen der vertikalen Kraft auf den Boden, die zwischen dem Reifen und der Straßen oberfläche auftreten, verstanden werden.
3) Zurechtkommen mit Lastwechseln, d. h. mit den vertikalen La sten, die durch Beschleunigungs-, Brems- und Lenkvorgänge auf die Räder einwirken und in Kippbewegungen sowie Rollbewegungen der Fahrzeugkarosserie umgesetzt werden.
4) Tragen der stationären Lasten des Fahrzeuges, beispielswei se des Gewichts der aufgehängten Masse, des Gewichts der Pas sagiere, des Gepäcks, sowie aerodynamische Kräfte.

Moderne passive Aufhängungen, die in der überwiegenden Zahl der gegenwärtig hergestellten Kraftwägen noch in breitem Um fang verwendet werden, sind in der Lage, alle vier der voran stehend aufgeführten Funktionen zu erfüllen. Sie erfüllen die se Funktionen jedoch nur dank eines Kompromisses zwischen den Merkmalen einer elastischen Steifigkeit (die normalerweise durch ein elastisches Element, beispielsweise eine mechanische Feder gewährleistet wird) und eine proportionale Dämpfung der Aufhängung (normalerweise mittels hydraulischer Stoßdämpfer).

Die Wahl der Steifigkeit hängt vor allem mit dem Erfordernis der Erfüllung der voranstehend erwähnten Funktionen 3) und 4) zusammen, wobei die Aufhängungen mit Lastwechseln und unter schiedlichem Zuladung des Fahrzeuges zurechtkommen müssen, wobei starke Bewegungen der Aufhängung vermieden werden. Dies bedeutet, daß im Normalfall der gewählte Steifigkeitswert den Funktionen 1) und 2) abträglich ist, für die die Wahl eines geringeren Steifigkeitsgrades vorteilhaft wäre.

Hieraus ergibt sich die Bedeutung des Dämpfungsfaktors, der erforderlich ist, um die unterschiedlichen funktionellen An forderungen, wie sie in den voranstehenden Punkten 1), 2) und 3), 4) zum Ausdruck gebracht wurden, miteinander in Einklang zu bringen.

Dieser Faktor kann jedoch nur in einem gegebenen dynamischen Bereich einen Beitrag leisten. Von der proportionalen Dämp fungswirkung ausgeschlossen sind diejenigen quasi-stationären Phänomene, die durch die elastischen Elemente der Aufhängung reguliert werden, und hochgradig dynamische Phänomene (d. h. hochfrequente Phänomene), innerhalb deren Bereich die gegen wärtig benutzten einfachen und zuverlässigen Dämpfungselemente nicht operieren können. Das Dämpfen von hochgradig dynamischen Phänomenen wird Elementen verschiedener Typen überlassen, wie Buchsen und Blöcken, bei denen Elastomerwerkstoffe als Dämp fungselemente eingesetzt werden.

Ein erheblicher Fortschritt bei der Optimierung der verschie denen funktionellen Anforderungen an Aufhängungen wurde durch Aufhängungen erzielt, die mit einer Adaptivsteuerung des Dämp fungsfaktors in Echtzeit versehen sind. Dies ermöglicht, noch im Bereich der vorher erläuterten Begrenzungen hinsichtlich des Dämpfungsfaktors, eine direkte Steuerung des Kraftaustau sches zwischen dem Rad und der Karosserie des Fahrzeuges mit sich daraus ergebenden Vorteilen bezüglich der Funktionen 1) und 3).

Es ist interessant zu bemerken, daß Dämpfungssteuerungsstrate gien in Echtzeit häufig, im Verlauf des Bewegungszyklus der Aufhängung, der durch Unebenheiten in der Straßenoberfläche induziert wird, dazu führen, daß die durch die Bewegung der Aufhängungsfeder erzeugte Bewegung der Kraft des Stoßdämpfers entgegengesetzt wird.

Dies bestätigt, daß die elastische Steifigkeit der primäre Faktor bei der Übertragung von dynamischen Belastungen von der Straße auf die Fahrzeugkarosserie ist. Eine Verringerung die ser Belastungen läßt sich durch eine Verringerung der Steifig keit des elastischen Elementes herbeiführen, jedoch mit den entsprechenden Nachteilen für die in den Punkten 3) und 4) erläuterten funktionellen Anforderungen.

Bei aktiven Aufhängungen der langsamen Typs (dem sogenannten langsam-aktiven Konzept) wird der Kompromiß zwischen diesen gegensätzlichen Anforderungen dadurch erreicht, daß eine Feder mit verringert er Steifigkeit in Reihe mit einem hydraulischen Stellglied angeordnet wird, dessen Aufgabe es ist, Bewegungen der Feder, die auf die stationären Lasten und Lastwechsel zu rückzuführen sind, zu kompensieren. Diese Lösung hat jedoch einen Nachteil aufgrund der Tatsache, daß die vollständige Kompensation der Lastwechsel eine hohe Leistungsabsorption erfordert.

Bei dem Konzept der vollständig aktiven Aufhängung (der soge nannten voll-aktiven Aufhängung) werden die Funktionen der elastischen Faktoren und Dämpfungsfaktoren virtuell durch dop pelt-wirkende hydraulische Stellglieder gewährleistet (es gibt keine passiven Dämpfungselemente und elastischen Elemente mehr). Bei einem System dieses Typs erfordert die Handhabung von Lastwechseln keine erhöhte Leistungsabsorption; um jedoch die Absorption der Unregelmäßigkeiten der Straßenoberfläche sicherzustellen, benötigt das gesamte hydraulische Regelsystem für die Stellglieder eine hohen Durchlaßbereich und die zen trale Steuereinheit des Systems muß eine hohe Rechenkapazität haben. Daher ist die Architektur von Aufhängungen nach dem voll-aktiven Konzept äußerst kostspielig und hat dennoch einen sehr hohen Bedarf an hydraulischer Leistung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein integriertes aktives und passives Aufhängungssystem bereitzustellen, mit dem alle voranstehend aufgezählten Probleme zufriedenstellend gelöst werden können.

Gemäß vorliegender Erfindung wird diese Aufgabe durch ein in tegriertes aktives und passives Aufhängungssystem gelöst, das die Merkmale hat, die in den auf die vorliegende Beschreibung folgenden Ansprüchen angegeben sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung erge ben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung un ter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die lediglich beispielhaften Charakter haben und daher die Erfindung nicht einschränken sollen.

Es zeigen

Fig. 1 eine nicht maßstabsgetreue schematische Darstellung, zum Teil im Schnitt, der wesentlichen Elemente des Systems gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen, zum Teil im Schnitt, einiger Komponenten des Systems aus Fig. 1 in zwei verschiede nen Betriebszuständen; und,

Fig. 4 und 5 zwei schematische Darstellungen, die ein Be triebsmerkmal des erfindungsgemäßen Systems zeigen.

Die vorliegende Erfindung umfaßt im wesentlichen eine neue Aufhängungsarchitektur, bei der die aktive Komponente, d. h. der Teil der Aufhängung, für dessen Betätigung externe Lei stungszufuhr benötigt wird, nicht in Reihe, sondern vielmehr parallel mit der passiven Komponente der Aufhängung angeordnet ist. Nachstehend wird der Einfachheit halber nur ein einziges Aufhängungssystem erläutert, obgleich das erfindungsgemäße System natürlich eine Vielzahl von Aufhängungen umfaßt (typi scherweise vier, d. h. eine für jedes Rad des Kraftfahrzeuges).

Die aktiven und passiven Komponenten der Aufhängung erfüllen im wesentlichen getrennte funktionelle Anforderungen, im ein zelnen:

- die passive Komponente (elastische Steifigkeit plus pro portionale Dämpfung): erfüllt die in den obenstehenden Punkten 1) und 2) erläuterten Funktionen
- die aktive Komponente: erfüllt die in den obenstehenden Punkten 3) und 4) erläuterten Anforderungen.

Da die passive Komponente der Aufhängung ausschließlich die in den Punkten 1) und 2) erläuterten Funktionen erfüllen muß, unterscheidet sich die Wahl der optimalen Werte für Steifig keit und Dämpfung erheblich von derjenigen, wie sie bisher für Aufhängungen aus dem Stand der Technik getroffen wurde. Ins besondere kann die elastische Steifigkeit erheblich geringer ausfallen, um die Energiemenge zu verringern, die aufgrund der Unebenheiten in der Straßenoberfläche an die Fahrzeugkarosse rie übertragen werden.

Die Bedeutung des Dämpfungsfaktors erhöht sich überdies wei ter, da er eine wichtigere Rolle bei der Optimierung der Lei stung der Aufhängung selbst einnimmt. Es besteht des weiteren die Möglichkeit einer adaptiv gesteuerten Dämpfung, sogar in Echtzeit, mit der Möglichkeit zur weiteren Verbesserung der Leistung der Aufhängung.

Soweit die aktiven Komponenten der Aufhängung betroffen sind, ist in der vorliegenden Erfindung eine direkte Regelung der zwischen dem Rad und der Karosserie aufgrund der Lastwechsel und Schwankungen des Ladungsgewichtes auf dem Fahrzeug ausge tauschten Kräfte vorgesehen. Die aktive Komponente soll gegen über Bewegungen der Aufhängung empfindlich sein, mit Merkma len, die im wesentlichen gleich derjenigen einer passiven Auf hängung mit elastischer Steifigkeit und Dämpfungsfaktor gleich Null sind.

Insbesondere muß die aktive Komponente die folgenden Funktio nen erfüllen:

- Sicherstellung der Lage des Kraftwagens im stationären Zustand bei Schwankungen stationärer vertikaler Lasten,
- Kompensation der Lastübertragung zwischen der Vorderauf hängung und der Hinteraufhängung aufgrund von Beschleuni gungen in Längsrichtung,
- Kompensation der Lastübertragung zwischen der Aufhängung an der Innenseite einer Kurve und der Aufhängung an der Außenseite einer Kurve aufgrund von Beschleunigungen in seitlicher Richtung, (in Kurven),
- Regelung der relativen Aufteilung der Übertragung von Last aufgrund von seitlich gerichteten Beschleunigungen zwischen Vorder- und Hinterachse, um einem Über-/Unter steuern des Kraftfahrzeuges in Kurven entgegenzuwirken und zu regeln.

Die passive Komponente muß optimiert sein, um die auf die Ka rosserie wirkenden Beschleunigungskräfte und die Schwankungen der Grundlast mittels einer Verringerung der Steifigkeit der mechanischen Feder, im Vergleich zu passiven Aufhängungen aus dem Stand der Technik, und, einer Anpassung der Dämpfungswerte des Stoßdämpfers zu verringern.

Die den aktiven Komponenten der Aufhängung zugewiesenen, vor anstehend aufgeführten Funktionen werden durch einen Kraftge nerator gewährleistet, dessen Aufgabe darin besteht, eine va riable Kraft zwischen dem Rad und der Karosserie zu erzeugen, die von einer zentralen elektronischen Steuereinheit geregelt und gesteuert wird, welche im Fahrzeuginneren vorgesehen ist, wobei diese Kraft in hohem Maße vom Betriebszustand der Auf hängung (Kompression und Geschwindigkeit) unabhängig sein muß.

In Fig. 1 ist für eine Mono-Aufhängung (d. h. eine unabhängige Aufhängung für ein einzelnes Rad) ein hydraulisches System gezeigt, das in der Lage ist, die erwähnte variable Kraft be reitzustellen. Dieses System umfaßt:

- einen hydraulischer Kraftübertrager 1,
- einen hydraulischen Kraftgenerator, der in einem Ka sten oder Gehäuse 3 untergebracht ist,
- eine hydraulische Versorgungseinheit 18, die aus einer Pumpe, einem Vorratsbehälter und einem Akkumu lator besteht,
- einen Sensor 19 zur Erfassung der Höhe des Kraft fahrzeuges,
- einen Hydraulikkreis 2 (abgedichtet oder anderen Typs) zur Übertragung von Lasten,
- einen Hydraulikkreis 20, der die hydraulische Ver sorgungseinheit 18 mit der Kraftgeneratoreinheit 3 verbindet.

Der hydraulische Übertrager 1, der im wesentlichen aus einem ölgefüllten Zylinder und einem Kolben besteht, ist zwischen der Fahrzeugkarosserie und einem Arm oder einer Strebe der Aufhängung derart eingefügt, daß Schwankungen der Position des Rades bezüglich der Karosserie sich in Schwankungen des Innen volumens des hydraulischen Übertragers 1 niederschlagen, mit entsprechendem Einsaugen bzw. Ausstoßen von Öl.

In einer gegenwärtig als bevorzugt erachteten Ausführungsform ist eine Stabilisierungsstange, die ursprünglich Teil des Fahrzeugs war, durch den hydraulischen Übertrager 1 ersetzt, der mit dem Arm oder der Strebe der Aufhängung an derselben Stelle verbunden ist, an der das Glied der Stabilisierungs stange normalerweise befestigt ist. Das andere Ende des hy draulischen Übertragers 1 ist über eine Schwenkverbindung mit der Karosserie eines Fahrzeuges verbunden, wie in Fig. 1 zu sehen ist.

Erforderlichenfalls kann aufgrund seiner Größe der hydrauli sche Übertrager 1 in der Stange eines Stoßdämpfers des Typs MacPherson positioniert werden.

Während einer Auslenkung des Rades bezüglich der Karosserie wird das im hydraulischen Übertrager 1 enthaltene Öl mittels eines biegsamen Schlauches in die im oben erwähnten Gehäuse 3 untergebrachte Kraftgeneratoreinheit geleitet, und insbesonde re in einen Zylinder 4 mit einem Kolben 5. Die Dimensionen des Zylinders 4 sind so bemessen, daß er ein Ölvolumen aufnehmen kann, welches durch Hübe in einer Größenordnung von (typi scherweise) 150-200 mm des Kolbens des hydraulischen Über tragers 1 mit einer Verschiebung des Kolbens 5 von ein paar Millimetern erzeugt wird.

In dem in Fig. 1 dargestellten spezifischen Fall wird, wenn das Rad bezüglich der Fahrzeugkarosserie hochgeht, und daher die passive Aufhängung und den hydraulischen Übertrager 1 zu sammendrückt, Öl aus diesem letztgenannten ausgestoßen und in die Kraftgeneratoreinheit 3 geleitet. Natürlich verhält es sich umgekehrt, wenn das Rad bezüglich der Fahrzeugkarosserie heruntergeht.

Auf den Kolben 5 wirkt eine Druckstange 6 ein, die als Verbin dung dient. Das andere Ende der Druckstange 6 ist über eine Schwenkverbindung 7 an einem Ende eines Hebels 8 befestigt. Am anderen Ende des Hebels 8 befindet sich sein Hebeldrehpunkt 9, der über ein doppelt-wirkendes hydraulisches Stellglied 10 entlang einer linearen Führung 21, die am Gehäuse 3 verankert ist, verschiebbar ist. Alternativ kann eine Vorbelastungsfeder für die Rückkehrbewegung eingesetzt werden, wenn nur ein ein fach wirkendes Stellglied verwendet werden soll.

Ein Ende des Hebels 14 wirkt über eine Rolle 13 auf den Hebel 8 ein; das andere Ende des Hebels 14 ist an einem festen Punkt 15 am Gehäuse 3 gelagert. An einer Zwischenstelle des Hebels 14 übt ein Federstapel 17 des vorgespannten Belleville-Typs eine Schubkraft über eine Kugel oder eine Druckstange 16 aus.

Alle beschriebenen Teile, mit Ausnahme des hydraulischen Über tragers 1, sind am abgedichteten Gehäuse 3 befestigt und wer den von diesem getragen. Es ist des weiteren zu betonen, daß durch die aktive Komponente keine architektonischen Modifika tionen der passiven Komponente der Aufhängung erforderlich werden, die daher herkömmlicher Natur sein kann.

Jedesmal, wenn durch Bewegung der Aufhängung Öl vom (bzw. an den) hydraulischen Übertragerzylinder 1 an den (bzw. vom) Zy linder 5 übertragen wird, wird die Druckstange 6 verschoben und die Hebel 8 und 14 drücken den Federstapel 17 zusammen (bzw. ziehen ihn auseinander). Da die Belleville-Federn 17 bei einer Veränderung der Verschiebung des Kolbens 5 eine in etwa konstante Last liefern, ist die von ihnen erzeugte Kraft un abhängig von der Position, zumindest in erster Näherung. Was die Auswirkungen von Unebenheiten der Straßenoberfläche anbe langt, kann daher die aktive Komponente der Aufhängung als Aufhängung mit elastischer Steifigkeit und Dämpfung gleich Null betrachtet werden. Wird der Hebeldrehpunkt 9 des Hebels 8 nach rechts verschoben, wie in Fig. 2 gezeigt, dann wird die vom Federstapel 17 erzeugte Kraft in größerem Umfang (Vergrö ßerung des Hebelarmes) an den Kolben 5 und daher an den hy draulischen Übertrager 1 übertragen.

Eine Verschiebung des Hebeldrehpunktes 9 nach links, siehe Fig. 3, erzeugt andererseits eine Verringerung der an den hydraulischen Übertrager 1 übertragenen Kraft bis auf einen Nullwert, wenn die Rolle 13 und der Hebeldrehpunkt 9 in der selben vertikalen Ebene liegen (dadurch, daß dies den Hebelarm gleich Null setzt).

Eine Verschiebung des Hebeldrehpunktes 9 wird durch das hy draulischen Stellglied 10 verursacht, von einem oder zwei Ma gnetventilen 12 mit proportionaler Flußrate gesteuert, die von der hydraulischen Versorgungseinheit 18 gespeist werden. Es versteht sich, daß möglicherweise Stellglieder anderen Typs als desjenigen des hydraulischen Stellglieds 10 verwendet wer den können, um die Verschiebung des Hebeldrehpunktes 9 für die Zwecke der vorliegenden Erfindung zu bewirken.

Somit ist es durch eine Verschiebung des Hebeldrehpunktes 9 möglich, den Anteil oder Prozentsatz der vom Stapel Bellevil le-Federn 17 ausgeübten Kraft zu verändern, die an den zwi schen der Fahrzeugkarosserie und dem Aufhängungsarm angeord neten hydraulischen Übertrager 1 übertragen wird. Dementspre chend wird der Teil der auf die Aufhängung wirkenden Last, der von der aktiven Komponente der Aufhängung selbst gehalten wird, verändert.

Mögliche Veränderungen der Last auf die Aufhängung können auf diese Weise von der aktiven Komponente absorbiert werden, mit tels einer Steuerung der zwischen dem Rad und der Karosserie ausgetauschten Kraft über den hydraulischen Übertrager 1. Es ist somit möglich, die Bewegungen der Aufhängung zu verringern oder auszuschalten, die derartige Veränderungen der Last bei einer ausschließlich passiven ähnlichen Aufhängung herkömmli cher Art verursachen würden.

Die für diese Anmeldung interessierenden Faktoren, die für Veränderungen der auf die Aufhängung wirkenden Last verant wortlich sind, sind zum Beispiel:

- Veränderungen des Zuladungsgewichts (Anzahl der Passagie re, Gepäck),
- aerodynamische Kräfte, (abhängig von der Fahrzeuggeschwin digkeit),
- Trägheitskräfte, die sich aus den Beschleunigungen in seitlicher Richtung (in Kurven) und längsgerichteten Be schleunigungen (Beschleunigung und Bremsung) ergeben.

Um zu verhindern, daß die Aufhängung in den voranstehend er wähnten Fällen unerwünschten Bewegungen ausgesetzt ist, muß die aktive Komponente der Aufhängung von einer elektronischen zentralen Steuereinheit ECU gesteuert werden. Die elektroni sche zentrale Steuereinheit ECU ist natürlich so aufgebaut, daß sie die Magnetventile 12 auf eine Art und Weise steuert, daß die von der aktiven Komponente der Aufhängung getragene Last verändert wird, wie voranstehend beschrieben. Zur Ausfüh rung dieser Funktion benötigt die elektronische zentrale Steu ereinheit ECU jedoch Informationen über den Zustand der Auf hängung und die auf sie einwirkenden Kräfte. Diese Informatio nen können durch Sensoren und/oder Wandler der im Stand der Technik bekannten Art erhalten werden.

Was die in den Punkten 1) und 2) angesprochenen Veränderungen der stationären Kraft anbelangt, so ist es vorteilhaft, einen Sensor 19 zur Bestimmung der Höhe der Karosserie zu verwenden, der ermöglicht, Abweichung niedriger Frequenz von einem Soll- Wert der Höhe des Rades bezüglich der Karosserie oder dem Chassis des Fahrzeuges zu bestimmen und diesen Soll-Wert durch entsprechende Steuerung der aktiven Komponenten der Aufhängung wiedereinzustellen.

Hinsichtlich der Veränderungen der Last aufgrund von Träg heitskräften ist es relativ leicht, sie durch einfache mathe matische Gleichungen in Betracht zu ziehen, aus denen sich un mittelbar die Größe der von den Rädern an der Innenseite einer Kurve an die Räder an der Außenseite einer Kurve übertragenen Last ergibt (siehe Fig. 4) im Falle einer Bewegung in einer Kurve und von einer Vorder- bzw. Hinterachse an die jeweils andere Achse im Falle eines Beschleunigungs- oder Bremsvorgan ges (siehe Fig. 5).

Mit Bezug auf Fig. 4 ist das Rollmoment MR gegeben durch

MR = M·ay·h

wobei M die Gesamtmasse des Kraftfahrzeuges ist, ay die seit liche Beschleunigung darstellt und h für die Höhe des Schwer punkts steht. Es ist zu beachten, daß die Gesamtveränderung (für die beiden Räder auf jeder Seite) zwischen Rädern an der Innenseite der Kurve und Rädern an der Außenseite der Kurve gegeben ist durch:

ΔFi = ΔFe = M·ay·h/L

wobei L die Spur des Fahrzeugs darstellt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 ist das Kippmoment gegeben durch:

MB = M·ax·h

wobei M die Gesamtmasse des Kraftfahrzeuges darstellt, ax die Beschleunigung in Längsrichtung bezeichnet und h die Höhe des Schwerpunkts angibt. Die Gesamtveränderung (für die beiden Räder einer jeden Achse) zwischen den Vorder- und Hinterrädern ist gegeben durch:

ΔFa = ΔFp = M·ax·h/L

wobei L der Radstand des Fahrzeugs ist.

Nach Erfassung der Höhe der Karosserie und der seitlichen und längsgerichteten Beschleunigungen mittels (nicht dargestell ten) Beschleunigungsmeßsensoren, ist daher die elektronische zentrale Steuereinheit ECU zu jedem Zeitpunkt in der Lage, die Größe der Kraft, die zwischen der Karosserie und dem Rad über den hydraulischen Übertrager 1 ausgetauscht werden muß, zu bestimmen, wodurch sie entsprechend die Position des Hebel drehpunktes 9 mittels des Magnetventils 12 regelt.

Im Fahrzeugbereich erfordert die aktive Komponente der Aufhän gung offensichtlich einen hydraulischen Übertrager 1 und eine Kraftgeneratoreinheit 3 für jede der vier Einzelaufhängungen, wohingegen es ausreicht, eine einzelne hydraulische Versor gungseinheit 18 bereitzustellen, die von einem Elektromotor oder einer Pumpe angetrieben wird, welche auf der An triebswelle des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs befestigt ist, und eine elektronische zentrale Steuereinheit ECU, die über Schnittstellen an die nachstehend aufgeführten Sensoren angeschlossen ist:

- vier Sensoren 19 zur Erfassung der Höhe der Karosserie,
- einen (möglicherweise zwei) Sensoren zur Erfassung der Seitwärtsbeschleunigung,
- einen Sensor zur Erfassung der längsgerichteten Be schleunigung,
- einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor,
- einen Sensor zur Erfassung des Einschlagwinkels des Lenk rades,
- einen Sensor zur Erfassung der Position des Gaspedals,
- einen Sensor zur Erfassung der Position des Bremspedals.

Die (nicht dargestellten) letztgenannten drei Sensoren sind nicht absolut erforderlich, aber sie haben die Funktion, die von den Beschleunigungsmeßsensoren eingehenden Informationen vorauszubestimmen und auf diese Weise die Reaktionsgeschwin digkeit der zentralen Steuereinheit ECU zu verbessern, die die aktive Komponente der Aufhängung steuert. Die Verwendung von zwei Sensoren zur Erfassung der Seitwärtsbeschleunigung dient zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Systems.

Für die Zwecke eines einfachen Aufbaus, eines einfachen Ein baus und einer Normung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Systems in verschiedenen Fahrzeugmodellen, können die beiden Kraftgeneratoreinheiten 3 für die Aufhängungen derselben Achse (Vorder- und Hinterachse) in einem einzigen Behälter unterge bracht werden.

Dadurch läßt sich die Anzahl hydraulischer Schläuche 20, die die Kraftgeneratoreinheiten 3 mit der hydraulischen Versor gungseinheit 18 verbinden, die im Motorbereich des Fahrzeuges untergebracht ist, sowie die der elektronischen Kabel an die zentrale Steuereinheit ECU verringern.

Aus dieser Sicht umfaßt das System vier Standardelemente: eine hydraulische Versorgungseinheit 18, zwei Kraftgeneratoreinhei ten 3 und eine zentrale elektronische Steuereinheit ECU. Die vier hydraulischen Übertrager 1 sind andererseits für jedes Fahrzeug individuell auszubilden, da ihre Geometrie und Befe stigungsanordnungen von den tatsächlichen Merkmalen der Auf hängung der Fahrzeuge abhängen.

Bei einer Systemkonfiguration wie dargestellt ist die zentrale elektronische Steuereinheit in der Lage, durch geeignete Steuerstrategien folgendes zu gewährleisten:

- Beibehaltung einer Soll-Höhe der Karosserie oder des Chassis unabhängig von den Schwankungen des Zuladungsge wichts und von aerodynamischen Effekten,
- Außerkraftsetzung der durch längsgerichtete Beschleuni gungen verursachten Kippbewegungen der Fahrzeugkarosse rie,
- Außerkraftsetzung des durch Seitwärtsbeschleunigungen verursachten Rollens der Karosserie,
- Regelung von Übersteuern/Untersteuern des Fahrzeuges bei Lastwechseln.

Die letztgenannte Funktion wird durch die dynamische Regelung der Aufteilung, zwischen Vorder- und Hinterachsen, des durch Seitwärtsbeschleunigung induzierten Moments sichergestellt, ausgedrückt durch die unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebene mathematische Gleichung. Insbesondere gilt: je größer die Grö ße des von der Vorderachse getragenen Moments, desto größer ist das Untersteuern des Fahrzeuges.

Die Strategien zur Steuerung lassen sich derart weiterentwic keln, daß sie, ebenso wie die obengenannten Funktionen, Ver änderungen in der Steifigkeit und Dämpfung der gesamten Auf hängung zum Zwecke des Eingreifens in Funktion 1) mit der ak tiven Komponente der Kraft ermöglichen; dies wird erhalten, indem die aktive Komponente der Kraft als Funktion der Bewe gung der Aufhängung, wie sie durch den Höhensensor 19 erfaßt wird, geregelt wird.

Derartige Strategien zur Steuerung sind von der Art eines Re gelkreises und im Stand der Technik sowie auf dem spezifischen Gebiet wohlbekannt. Aus diesen Gründen liegt die Auslegung einer elektronischen zentralen Steuereinheit ECU, die im typi schen Fall von einem digitalen Mikroprozessor gesteuert wird, sowie ihre Programmierung gemäß den erwähnten Strategien, um die festgelegten Ergebnisse zu erhalten, im Ermessen des Durchschnittsfachmannes und werden daher nachstehend nicht weiter beschrieben.

Wie voranstehend angegeben, kann das hier beschriebene System in Verbindung mit Stoßdämpfern mit variablem Dämpfungsfaktor verwendet werden, die im Stand der Technik bekannt sind, um die Leistung des Aufhängungssystems gemäß vorliegender Erfin dung zu erhöhen. Der Dämpfungsfaktor von Stoßdämpfern kann vorteilhafterweise durch dieselbe elektronische zentrale Steuereinheit ECU gesteuert werden, die zur Steuerung der Kraftgeneratoreinheit 3 vorgesehen ist. Des weiteren ermög licht das erfindungsgemäße System eine Steuerung der Höhe der Karosserie bezüglich der Räder, durch automatische Einstellung dieser Höhe und/oder unter der Steuerung des Fahrers gemäß den Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche oder Fahranforderungen.

Natürlich können bei gleichbleibendem erfinderischen Prinzip die Einzelheiten des Aufbaus und Ausführungsformen im Ver gleich zu den beschriebenen und dargestellten Beispielen weit gehend verändert werden, ohne hierbei vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzugehen.

Claims

1. Aufhängungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Aufhän gung der passiven Art, mit:

- einer elastischen Vorrichtung, die zwischen einem Rad und einer Karosserie oder einem Chassis des Fahrzeu ges eingefügt ist,
- einer proportionalen Dämpfungsvorrichtung, die zwi schen dem Rad und der Karosserie des Fahrzeuges eingefügt ist,
- wobei das Rad und die Karosserie so miteinander ver bunden sind, daß eine Verschiebung des Rades bezüglich der Karosserie möglich ist, zumindest entlang einer im wesentlichen vertikalen Achse, bezüglich einer Straßen oberfläche, auf der sich das Fahrzeug befindet,

dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren folgendes aufweist:

- eine hydraulische Übertragervorrichtung (1), die zwischen der passiven Aufhängung und dem Körper eingefügt ist und betrieben werden kann, um eine Verschiebung des Rades bezüglich der Karosserie entlang der im wesentli chen vertikalen Achse in eine Übertragung von Flüssig keit, die in der hydraulischen Übertragervorrichtung (1) enthalten ist, umzuwandeln,
- hydraulische Kraftgeneratorvorrichtungen (3), die hydraulisch mit der hydraulischen Übertragervorrichtung (1) verbunden sind und betrieben werden können, um die Übertragung der Flüssigkeit zwischen der hydraulischen Übertragervorrichtung (1) und den Kraftgeneratorvorrich tungen (3) zu ermöglichen, wobei eine Widerstandskraft derart entgegengesetzt wird, daß die hydraulische Über tragervorrichtung (1) wenigstens einen Teil der Kraft trägt, die durch die passive Aufhängung zwischen dem Rad und der Karosserie ausgetauscht wird,
- die hydraulische Kraftgeneratorvorrichtungen (3) derart konfiguriert sind, daß eine Änderung der Wider standskraft und folglich eine Änderung des Teils der zwi schen dem Rad und der Karosserie ausgetauschten Kraft, der von der hydraulischen Übertragervorrichtung (1) ge tragen wird, ermöglicht wird,
- eine Sensorvorrichtung (19), die so betrieben werden kann, daß sie wenigstens eine physikalischen Größe bezüg lich des Betriebs der Aufhängung erfaßt; und
- eine Prozessorvorrichtung (ECU), die im Betrieb so mit der Sensorvorrichtung (19) verbunden ist und derart betreibbar ist, daß sie die hydraulische Kraftgenerator vorrichtungen (3) derart steuert, daß die Widerstands kraft zum Zwecke der Steuerung der wenigstens einen phy sikalischen Größe auf einen vorbestimmten Wert verändert wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Kraftgeneratorvorrichtungen (3) die Widerstandskraft mittels einer im wesentlichen konstanten Kraft (17), die an einen Hebel (8) angelegt ist, ausüben und so betreibbar sind, daß sie die Widerstandskraft durch Änderung der Länge des Hebels (8) variieren.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die hydraulischen, Kraftgeneratorvorrichtungen (3) eine hydraulische Vorrichtung (4, 5) aufweisen, die hy draulisch mit der hydraulischen Übertragervorrichtung (1) verbunden ist, die betrieben werden kann, um die Wider standskraft auszuüben,
wobei die Widerstandskraft von einer elastischen Vorrich tung (17) erzeugt wird, die eine im wesentlichen konstan te Kraft ausübt, die über den Hebel (8) mit variierbarer Länge auf die hydraulische Vorrichtung (4, 5) wirkt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die hydraulische Vorrichtung ein mit der Flüssigkeit gefüllter hydraulischer Zylinder (4) ist, der mit der hydraulischen Übertragervorrichtung (1) verbunden ist und einen Kolben (5) aufweist,
und daß die elastische Vorrichtung (17), die eine im we sentlichen konstante Kraft ausübt, den Kolben (5) über den Hebel (8) mit variierbarer Länge derart bewegt, daß er einen variierbaren Druck auf die im Zylinder (4) ent haltene Flüssigkeit ausübt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hebel mit variierbarer Länge ein lineares Element (8) umfaßt, das an einem Ende (7) mit dem Kolben (5) ver bunden ist und am anderen Ende einen Hebeldrehpunkt (9) aufweist, der entlang einer Führung (21) bewegbar ist und in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Hauptachse des linearen Elementes (8) verschiebbar ist,
und daß die elastische Vorrichtung (17) die im wesentli chen konstante Kraft auf das lineare Element (8) in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse des linearen Elementes (8) und an einem Punkt des linearen Elementes (8) ausübt, der in Abhängigkeit von seiner Ver schiebung derart variierbar ist, daß die Länge des Hebel armes des Hebels mit variierbarer Länge verändert wird und somit auch die auf den Kolben (5) wirkende Kraft.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Vorrichtung ein Stapel Federn (17) des vorgespannten Belleville-Typs ist.

7. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Vorrichtung (17) die im wesentlichen konstante Kraft über ein Lastelement (14) länglicher Form, das über eine Kopplung (16) mit der elastischen Vorrichtung (17) verbunden ist, auf das lineare Element (8) ausübt, wobei das Lastelement (14) ein erstes, schwenkbar gelagertes Ende (15) und ein zweites Ende auf weist und in der im wesentlichen senkrechten Richtung be wegbar ist und ein Schiebeelement (13) trägt, welches auf dem linearen Element (8) aufliegt und betreibbar ist, um die von der elastischen Vorrichtung (17) an einem vari ierbaren Punkt des linearen Elementes (8) ausgeübte Kraft zu übertragen.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (21) eine lineare Führung ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein hydraulisches Stellglied (10) aufweist, wel ches zum Verschieben des Hebeldrehpunktes (9) betrieben werden kann.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Stellglied von einer hydraulischen Versorgungseinheit (18), die wenigstens eine Pumpe um faßt, über einen Hydraulikkreis (20), der mit mindestens einem Magnetventil (12) versehen ist, das von der Prozes sorvorrichtung (ECU) gesteuert wird, gespeist wird.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Stellglied (10) ein doppelt-wirken des hydraulisches Stellglied ist.

12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Übertragervorrichtung (1) einen mit der Flüssigkeit gefüllten und mit einem Kolben versehenen hydraulischen Zylinder umfaßt.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Öl ist.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Übertragervorrichtung (1) und der hydraulische Zylinder (4) über einen flexiblen Schlauch (2) miteinander verbunden sind.

15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dieselben Kraftgeneratorvorrichtungen in einem abge dichteten Behälter (3) untergebracht und gelagert sind.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Übertragervorrichtung (1) mit einem Arm der passiven Aufhängung anstelle einer Stabilisie rungsstange verbunden ist.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorvorrichtung wenigstens einen Sensor (19) aufweist, um die Höhe der Karosserie bezüglich des Rades zu erfassen, und die gesteuerte physikalische Größe diese relative Höhe ist.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert ein fester Wert ist.

19. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert ein variierbarer Wert ist.

20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert vom Benutzer des Fahrzeuges eingestellt wird.

21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorvorrichtung des weiteren Sensoren aufweist, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind:

- Sensor zur Erfassung der Seitwärtsbeschleunigung,
- Sensor zur Erfassung der Beschleunigung in Längs richtung,
- Sensor zur Erfassung des Einschlagwinkels des Lenk rades,
- Sensor zur Erfassung der Position des Gaspedals,
- Sensor zur Erfassung der Position des Bremspedals,
- Sensor zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit.

22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine physikalische Größe die Kraft umfaßt, die zwischen dem Rad und der Karosserie ausge tauscht wird.

23. System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessorvorrichtung (ECU) derartig konfiguriert ist, daß die unruhigen Bewegungen der Karosserie bis auf das Minimum verringert werden.

24. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessorvorrichtung (ECU) derart konfiguriert ist, daß die Lastübertragung zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern des Fahrzeuges gesteuert wird, um Kippbewegungen der Karosserie bei Bewegung des Fahrzeuges entgegenzuwirken.

25. System nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessorvorrichtung (ECU) derart konfiguriert ist, daß die Übertragung von Last zwischen den linken und rechten Rädern des Fahrzeuges und umgekehrt so gesteuert wird, daß Rolleffekten bei Bewegung des Fahrzeuges ent gegengewirkt wird.

26. System nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessorvorrichtung (ECU) derart konfiguriert ist, daß sie die Übertragung von Last zwischen den rech ten und linken Rädern des Fahrzeuges und umgekehrt derart steuert, daß während der Bewegung des Fahrzeuges in einer Kurve Übersteuer- und Untersteuereffekten entgegengewirkt wird.

27. System nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessorvorrichtung (ECU) derart konfiguriert ist, daß sie die Steifigkeit und Dämpfung des Aufhän gungssystems steuert.

28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die passive Aufhängung eine proportionale Dämpfungs vorrichtung mit variierbarem Dämpfungsfaktor umfaßt.

29. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung mit einem variierbaren Dämp fungsfaktor hydraulische Stoßdämpfer mit variierbarem Dämpfungsfaktor sind.

30. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessorvorrichtung (ECU) derart konfiguriert und im Betrieb mit den hydraulischen Stoßdämpfern verbun den ist, daß sie den variierbaren Dämpfungsfaktor der hy draulischen Stoßdämpfer steuert.

31. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessorvorrichtung eine zentrale elektronische Steuereinheit (ECU) mit mindestens einem Mikroprozessor umfaßt.