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Die Erfindung betrifft eine Anordnung/Lagerung eines aktiven Radführungslenkers, der einerseits am Rad eines Fahrzeuges und andererseits am Aufbau des Fahrzeuges (auch Chassis genannt) angebunden ist.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 015 169 A1 ist ein Radführungslenker für eine Achse eines Kraftfahrzeugs bekannt, der zwei Endbereiche mit jeweils zumindest einer Lageranordnung aufweist. Dabei ist die radseitige Lageranordnung als Elastomerlagerung in Kombination mit einem Kugelgelenk ausgebildet und die chassisseitige Lageranordnung erfolgt mittels zweier Kugelgelenke. Mit diesem Radführungslenker soll eine effektive Einleitung von Aktorkräften bzw. -momenten in den Radführungslenker bzw. in die Radaufhängung ohne Induktion nennenswerter elastischer Verformungen in der Radaufhängung realisiert werden.
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In der Druckschrift
DE 10 2006 054 874 A1 wird ausgeführt, dass bei Fahrzeugachsen, bei denen die Betätigung des Wankstabilisators unmittelbar durch einen mit dem Wankstabilisator verbundenen Radführungslenker erfolgt. Die Einfederungsbewegungen des Rades werden dabei jeweils im vollen Umfang in eine dementsprechende Torsionsbewegung des Stabilisators umgesetzt. Somit können bei derartigen direkt betätigten Stabilisatoreinrichtungen beispielsweise entsprechend dünnere und damit leichtere Stabilisatoren eingesetzt werden. Da Stabilisator und Stabilisatorlager jedoch zunächst nicht zur Aufnahme und Einleitung von Radführungskräften in das Fahrzeugchassis ausgelegt sind, müssen bei den bekannten Lösungen in Bezug auf Krafteinleitung und Schwingungsdämpfung im Allgemeinen erhebliche Kompromisse eingegangen werden. Daher wurde in
DE 10 2006 054 874 A1 eine Stabilisatoreinrichtung mit Radführungslenker beschrieben, wobei der Wankstabilisator starr mit dem chassisseitigen Endbereich des Radführungslenkers verbunden ist und zur Wankstabilisierung dient. Durch Einfederungsbewegungen des Radführungslenkers erfolgt unmittelbar eine tordierende Betätigung des Wankstabilisators. Nachteilig dabei ist, dass der Radführungslenker in Verbindung mit der Stabilisatoreinrichtung nicht für die Einleitung von Aktorkräften bzw. -momenten geeignet ist.
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Eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug, mit einem zwischen einem Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau angeordneten Lenker, der mit seinem einen Ende schwenkbar mit dem Fahrzeugrad und mit seinem anderen Ende schwenkbar mit dem Fahrzeugaufbau über einen hydraulisch betätigbaren Schwenkmotor verbunden und um die Schwenkachse des Schwenkmotors schwenkbar ist, wird in der Druckschrift
EP 1 306 237 B1 offenbart. Zusätzlich ist zwischen dem Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau eine Fahrzeugfeder angeordnet, die mit ihrem einen Ende mit dem Fahrzeugrad und mit ihrem anderen Ende mit dem Fahrzeugaufbau verbunden sowie mit ihrem einen Ende im Abstand zum Schwenkmotor an dem Lenker befestigt ist, wobei der Lenker eine über seine Anbindung an den Schwenkmotor hinausreichende Verlängerung aufweist, an welcher die Fahrzeugfeder mit ihrem einen Ende befestigt ist. Durch die erforderliche Verlängerung des Lenkers ergeben sich ein hohes Gewicht und ein großer Bauraumbedarf. Weiterhin wird der für die Betätigung der Schwenkmotore erforderliche Hydraulikdruck zentral über eine einen hohen Platzbedarf erfordernde Hydraulikpumpe erzeugt und muss an jeden dem jeweiligen Rad zugeordneten hydraulischen Schwenkmotor verteilt werden, was ebenfass relativ aufwendig ist.
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Es ist weiterhin eine Fahrwerkstechnologie, die als Active Body Control (ABC) bezeichnet wird, bekannt. Es handelt sich nach Wikipedia um ein auf einer Stahlfederung basierendes elektro-hydraulisches aktives Fahrwerkssystem, das neben der Federungs- und Dämpfungsfunktion einen Ausgleich der Nick- und Rollbewegungen des Fahrzeuges ermöglicht. Aufgrund der Horizontierung des Fahrzeugs durch das Hydrauliksystem brauchen ABC-Fahrzeuge keine konventionellen Stabilisatoren. Um die Funktionen zu erfüllen ist in jedem Federbein ein vertikal verstellbarer einseitig wirkender Hydraulikzylinder (Plunger) angebracht. Er regelt kontinuierlich die jeweilige Federvorspannung. Höherfrequente Schwingungen werden durch herkömmliche Schwingungsdämpfer (Stoßdämpfer) gedämpft. Der Systemdruck wird durch eine riemengetriebene Radialkolbenpumpe bereitgestellt. Der Regelbereich des aktiven Systems reicht bis maximal 5 Hz (siehe „DIE BIBLIOTHEK DER TECHNIK", Band 241, ABC-Active Body Control, Verlag Moderne Industrie, Seite 52). Der maximale Leistungsbedarf liegt bei ca. 9KW.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung eines aktiven Radführungslenkers zu entwickeln, die mit einem einfachen konstruktiven Aufbau ohne Verwendung eines Stabilisators einen direkten Ausgleich von Fahrzeugbewegungen ermöglicht, eine integrierte Dämpfung besitzt und ein schnelles Ansprechverhalten bei geringem Leistungsbedarf aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Anordnung eines aktiven Radführungslenkers, welcher ein erste Ende und ein zweites Ende aufweist wobei das erste Ende am Rad eines Fahrzeuges befestigt ist, wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass das andere zweite Ende des Radführungslenkers mit einem an der Karosserie befestigten elektromechanisch betätigbaren Schwenkmotor um dessen Schwenkachse schwenkbar verbunden ist, wobei der elektromechanisch betätigbare Schwenkmotor ein aktives Drehmoment und eine aktive Dämpfkraft erzeugt.
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Durch die Verwendung eines elektromechanischen Schwenkmotors ergeben sich erhebliche Vorteile zum Stand der Technik, denn mit dieser Lösung wird ein schnelles Ansprechverhalten garantiert. Weiterhin benötigt der elektromechanische Schwenkmotor wenig Bauraum und hat einen geringen Leistungsbedarf, da er als aktiver Drehschwingungsdämpfer lediglich den Bereich der Aufbaufrequenz von ca. 2 Hz und nicht auch den Bereich der hochfrequenten Radfrequenz aktiv dämpft, so wie es in
DE 103 06 228 B4 beschrieben ist. Dadurch ist es möglich, eine vollwertige aktive Skyhook-Regelung zu erzeugen, deren Leistungsbedarf um ca. ein Drittel niedriger ist als bei einer herkömmlichen aktiven Skyhook-Regeglung. Aufgrund der elektrischen und mechanischen Widerstände bewirkt der elektromechanische Schwenkmotor eine passive Dämpfung, welche die vertikalen Radhubbewegungen dämpft.
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Der Schwenkmotor wird vorzugsweise schwingungsentkoppelt, z.B. mit Elastomerelementen, an der Karosserie befestigt, was den Fahrkomfort weiter erhöht.
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Der Radführungslenker kann als federnder Lenkerarm ausgebildet sein, wodurch hochfrequente Radanregungen oder kurzen Fahrbahnstöße zusätzlich abgefedert werden. Der Schwenkmotor erzeugt im karosserieseitigen Lenkerauge des Radführungslenkers ein vom Steuergerät vorgegebenes aktives Drehmoment, das die Wank- Hub- und Nickbewegungen der Karosserie ausgleicht. Erzeugen Fahrzustände am Rad ein Drehmoment im Lenkerauge, welches das vorgegebene Schwenkmotormoment übersteigt, dreht sich der Lenkerarm in Gegenrichtung zum Vorgabemoment, weil die Kraft des elektrischen Feldes im Motor überwunden wird. Es entsteht somit weder durch das aktive Drehmoment noch durch die aktive Dämpfkraft eine Blockierung der vertikalen Radbewegung.
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Um die Drehbewegung des Schwenkmotors auf den Radführungslenker zu übertragen, ist das zweite Ende des Radführungslenkers mit dem Drehausgang des Schwenkmotors gekoppelt.
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Der Schwenkmotor weist ein Gehäuse auf, in dem eine Drehwelle drehbeweglich gelagert ist. Es besteht nun die Möglichkeit, das Gehäuse gestellfest an der Karosserie zu befestigen und das zweite Ende des Radführungslenkers drehfest mit der Drehwelle zu koppeln, die bei dieser Variante den Drehausgang bildet.
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Alternativ kann die Drehwelle gestellfest und drehfest an der Karosserie befestigt sein und das Gehäuse drehbar gelagert werden, welches in diesem Fall den Drehausgang bildet, wobei hier der Radführungslenker mit dem Gehäuse drehfest gekoppelt ist.
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Zur Befestigung am jeweiligen Drehausgang des Schwenkmotors weist das zweite Ende des Radführungslenkers mindestens eine Lagerausnehmung (Lagerauge) auf, die entweder mit der Drehwelle oder mit dem Gehäuse des Schwenkmotors drehfest verbunden ist, wobei die Längsachse der Lagerausnehmung mit einer Drehachse des Drehausgangs des Schwenkmotors im Wesentlichen fluchtet.
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Zusätzlich weist die erfindungsgemäße Anordnung eine Aufbaufeder mit Raddämpfer auf, die einerseits zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Radführungslenkers angreift und andererseits mit der Karosserie verbunden ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung in der Seitenansicht,
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2 eine dreidimensionale Ansicht.
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Aus den schematischen Darstellungen gemäß 1 und 2 ist ersichtlich, dass der Radführungslenker 1 an seinem ersten Ende 2 am Rad R eines Fahrzeuges befestigt ist. Das andere zweite Ende 3 des Radführungslenkers 2 ist mit einem an der Karosserie befestigten Aktuator, der als Schwenkmotor 4 ausgebildet ist, gekoppelt. Der Schwenkmotor 4 weist dabei einen Drehausgang auf, mit dem das zweite Ende 3 des Radführungslenkers 1 drehfest verbunden ist. Dazu ist in einem Gehäuse 5 des Schwenkmotors 4 eine Drehwelle 6 gelagert, die relativ zum Gehäuse 5 drehbeweglich gelagert ist. Es ist entweder gemäß 1 das Gehäuse 5 gestellfest und drehfest an der Karosserie befestigt und das zweite Ende 3 des Radführungslenkers 1 mit der Drehwelle 6 verbunden, die in diesem Fall den Drehausgang des Schwenkmotors 4 bildet oder alternativ die Drehwelle 6 gestellfest und drehfest an der Karosserie befestigt, wobei dann das zweite Ende 3 des Radführungslenkers 1 gemäß 2 mit dem Gehäuse 5 verbunden ist, welches nun den Drehausgang bildet.
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Der Aktuator (hier in Form eines Schwenkmotors 4 ausgeführt), ist bevorzugt schwingungsentkoppelt über Elastomerelemente 7 an der Karosserie K befestigt.
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Gemäß 1 und 2 besitzt das zweite Ende 3 des Radführungslenkers 1 eine Lagerausnehmung 3.1, die gemäß 1 mit der Drehwelle 6 und gemäß 2 mit dem Außendurchmesser des Gehäuses 5 drehfest verbunden ist. Die Lagerausnehmung 3.1 weist eine nicht bezeichnete Längsachse auf, die mit der nicht bezeichneten Drehachse der Drehwelle 6 gemäß 1 bzw. mit der nicht bezeichneten Drehachse des Gehäuses 5 gemäß 2 im Wesentlichen fluchtet.
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Gemäß 2 ist im Lagerauge (Lagerausnehmung 3.1) des karosserieseitigen zweiten Endes 3 des Radführungslenkers 1 das Gehäuse 5 des Schwenkmotors 4 befestigt.
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Das Gehäuse 5 ist drehbeweglich gelagert und die Drehwelle 6 gestellfest mit der Karosserie K gekoppelt. Wird der Schwenkmotor 4 betätigt, so rotiert dessen Gehäuse 5, wodurch das zweite Ende 3 des Radführungslenkers 1 um dessen Achse A geschwenkt wird und dadurch das erste Ende 3 auf das Rad ein Drehmoment überträgt, wodurch Fahrzeugbewegungen (Wank- Hub- und Nickbewegungen) ausgeglichen werden können.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 2, 3 des Radführungslenkers 1 greift eine Aufbaufeder 8 mit Raddämpfer an, die am anderen Ende mit der Karosserie K verbunden ist und welche die Aufbauschwingungen dämpft.
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Der Schwenkmotor ist bevorzugt ektromechanisch betätigbar.
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Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels ist es möglich, den Radführungslenker in Form eines federnd ausgeführten Lenkerarms auszubilden. Damit können bei hochfrequenten Radanregungen oder kurzen Fahrbahnstößen die Schwingungsanregungen für die Karosserie reduziert werden.
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Der Radführungslenker kann dazu beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff (Carbonfaserwerkstoff, Glasfaserwerkstoff, Aramidfaserwerkstoff usw. ….) ausgeführt sein.
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Durch die Betätigung des Schwenkmotors wird direkt im zweiten Ende des Radführungslenkers ein Drehmomenterzeugt. Es ist somit möglich, ohne Verwendung eines Stabilisators Wank-, Hub- und Nickbewegungen auszugleichen. Dazu wird in das System eine Skyhookregelung nach
DE 103 06 228 B4 integriert.
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Mit diesem neuartigen Skyhook-Prinzip werden der Aufbau aktiv und das Rad passiv gedämpft. Dadurch wird eine geringere Aktuatorleistung benötigt, weil die Regelung nur im Aufbaufrequenzbereich erforderlich ist.
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Die Simulation für Oberklasse-PKWs hat ergeben, dass sich dadurch die maximale Aktuatorleistung um ca. 35% für ein vollwertiges Skyhook-System reduzieren lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radführungslenker
- 2
- erstes Ende
- 3
- zweite Ende
- 3.1
- Lagerausnehmung
- 4
- Schwenkmotor
- 5
- Gehäuse
- 6
- Drehwelle
- 7
- Elastomerelemente
- 8
- Aufbaufeder
- K
- Karosserie
- R
- Rad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006015169 A1 [0002]
- DE 102006054874 A1 [0003, 0003]
- EP 1306237 B1 [0004]
- DE 10306228 B4 [0009, 0030]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „DIE BIBLIOTHEK DER TECHNIK“, Band 241, ABC-Active Body Control, Verlag Moderne Industrie, Seite 52 [0005]
