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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Neigefahrzeug eines schienenungebundenen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Neigefahrwerk für ein schienenungebundenes Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
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Einspurige Fahrzeuge weisen gegenüber mehrspurigen Fahrzeugen die Eigenart auf, dass deren Fahrverhalten dessen Querneigung verlangt, insbesondere in die jeweilige Lenkrichtung. Durch die Neigung des Fahrzeugs in Richtung Kurvenmittelpunkt wird eine entsprechende Kraft erzeugt, welche der auf das Fahrzeug einwirkenden Fliehkraft entgegenwirkt. Ohne Querneigung würde ein einspuriges Fahrzeug aus der Kurve heraus gekippt.
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Bei mehrspurigen, insbesondere an wenigstens einer Achse zweispurigen Fahrzeugen mit geringer Spurbreite ergibt sich ein ähnliches Problem. Hier reicht das aus Fahrzeuggewicht und Spurbreite resultierende Gegenmoment ab einer individuellen Kurvengeschwindigkeit nicht mehr aus. Im Ergebnis verliert oder verlieren das oder die kurveninneren Räder ihren Kontakt zum Untergrund und das Fahrzeug droht umzukippen.
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In Bezug auf mehrspurige Neigefahrzeuge ist daher festzustellen, dass diese sich in ihrer aufrechten Position generell in einem labilen Gleichgewichtszustand befinden. Folglich reicht bereits die kleinste Anregung aus, um derartige Fahrzeuge aus ihrer aufrechten Position zu kippen oder gar deren Umfallen zu provozieren. Neben der Herabsetzung des Fahrzeugschwerpunktes wurden derartige Fahrzeuge daher bereits mit einer Neigetechnik ausgestattet, wodurch deren Aufbau wie ein Motorrad in die Kurven gelegt wird. Die auf diese Weise mögliche Stabilisierung kann beispielsweise durch die das Fahrzeug lenkende Person und/oder über ein geeignetes Hilfsmittel erfolgen.
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So ist aus der
US 4,351,410 A und der
DE 31 28 371 A1 ein Fahrzeug in Form eines dreirädrigen Motorrades bekannt, welches einen Neigungsmechanismus besitzt. Das Fahrzeug umfasst ein Hinterrad und zwei nebeneinander angeordnete Vorderräder.
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Die Vorderräder sind über eine im Wesentlichen als Parallelogramm ausgebildete Aufhängung mit einem Rahmen des Fahrzeugs verbunden. Das eigentliche Parallelogramm wird durch zwei nebeneinander angeordnete senkrecht ausgerichtete Lenkkopfrohre und zwei übereinander angeordneten waagerechte Querstreben gebildet. Die Lenkkopfrohre und die Querstreben sind jeweils endseitig gelenkig miteinander gekoppelt. In den beiden Lenkkopfrohren ist jeweils eine Vorderradgabel drehbar aufgenommen, welche sich auf jeweils einem der beiden Vorderräder abstützen. Dabei sind die beiden Querstreben des Parallelogramms derart an dem Rahmen des Fahrzeugs festgelegt, dass sie in Form von mittig gelagerten Waagebalken begrenzt rotierbar sind. Durch diese Anordnung sind die beiden Vorderradgabeln auch bei deren Neigung gegenüber dem Untergrund stets parallel zueinander ausgerichtet, während die Höhe der beiden Vorderräder zueinander variiert.
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Um die Aufhängung zu stabilisieren, sind zwei interagierende Hydraulikzylinder vorgesehen. Die Hydraulikzylinder sind V-förmig zueinander ausgerichtet, wobei sie sich jeweils zwischen dem Rahmen des Fahrzeugs und der oberen der beiden Querstreben erstrecken. Die jeweilige Neigung der Vorderradgabeln gegenüber dem Untergrund wird mechanisch auf ein mit einer Feder belastetes Schieberventil übertragen. Auf diese Weise ist die Durchflussmenge einer Hydraulikflüssigkeit zwischen den beiden Hydraulikzylindern geregelt. Die durch einen Kolben getrennten oberen und unteren Druckkammern der beiden Hydraulikzylinder sind dabei kreuzweise über Hydraulikleitungen mit dem Schieberventil verbunden. Hierdurch werden die Hydraulikzylinder je nach Neigung des Fahrzeugs und entsprechender Stellung des Schieberventils jeweils entgegengesetzt ein- oder ausgefahren. Der hierfür erforderliche Hydraulikdruck wird durch eine kontinuierlich mitlaufende Hydraulikpumpe bereitgestellt.
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Neben der notwendigen Stabilisierung soll so auch der Neigung des Fahrzeugs insofern entgegengewirkt werden, als dass dessen einfaches Aufrichten durch eine Gewichtsverlagerung der das Fahrzeug lenkenden Person ermöglicht ist.
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Die
US 5,390,121 A beschreibt ein regelbares Aufhängungssystem für ein Fahrzeug ohne Neigetechnik. Dieses beinhaltet wenigstens einen semi-aktiven Dämpfer, dessen Dämpfungscharakteristik über einen Wahlschalter veränderbar ist. Auf diese Weise kann die Härte des Aufhängungssystems eingestellt werden, um das gewünschte Fahrgefühl wie etwa komfortabel oder sportlich zu erhalten.
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Aus der
EP 1 362 779 A2 geht ein neigbares Fahrzeug mit zwei vorderen und zwei hinteren Rädern hervor. Die Räder sind einzeln über jeweils eine vertikal verschwenkbare Schwinge an einem Rahmen des Fahrzeugs gelenkig gelagert. An den Schwingen sind Ansatzpunkte in Form von Kragarmen angeordnet, mit denen jeweils ein Lenker gekoppelt ist. Um das Fahrzeug seitlich neigen zu können, sind sowohl die beiden hinteren Schwingen als auch die beiden vorderen Schwingen nur seitenweise und somit gegensätzlich zueinander Auf und Ab bewegbar. Hierfür sind beispielsweise die beiden hinteren Schwingen mit einem sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Waagebalken gekoppelt. Dieser ist um eine mittige Drehachse herum rotierbar gelagert, wobei dessen freien Enden über die Lenker mit den Ansatzpunkten der Schwingen gelenkig verbunden sind. Selbiges gilt für die vorderen Schwingen entsprechend.
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Um eine gleichzeitige Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der in Querrichtung benachbarten Schwingen zu ermöglichen, ist die Drehachse des Waagebalkens zudem an einer in Längsrichtung des Fahrzeugs verschieblichen, federbelasteten Lagerung angeordnet. In kritischen Fahrsituationen ist vorgesehen, dass die Schwingen entweder über Dämpfer oder durch eine auf die Lagerung der Schwingen wirkende Bremseinrichtung in ihrer Verschwenkbarkeit blockiert oder zumindest abgebremst werden. Weiterhin kann die Weite der Neigung des Fahrzeugs begrenzt werden, indem die Rotierbarkeit des jeweiligen Waagebalkens beeinflusst wird.
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In Bezug auf die vorderen Räder sind deren Schwingen als sich zum Untergrund hin öffnende, C-förmige Profile ausgestaltet. Hierdurch ist eine Lenkbewegung der vorderen Räder ermöglicht, indem während einer Lenkbewegung jeweils eines der beiden vorderen Räder seitlich zwischen die Schenkel der zugehörigen C-förmigen Schwinge einschwenken kann. Jedes der beiden vorderen Räder ist durch eine der Schwingen in Kombination mit einer im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Strebe abgestützt. Die Streben besitzen an ihren den vorderen Rädern gegenüberliegenden oberen Enden jeweils einen Ausleger, welche mit an dem Rahmen des Fahrzeugs angelenkten Dreieckslenkern gelenkig verbunden sind. Demgegenüber sind die oberen Enden der Streben mit Lenkstangen verbunden, wodurch die Streben in einer taumelnden Bewegung um ihre jeweilige obere Lagerung über die Ausleger an den Dreieckslenkern herum rotierbar sind. Insbesondere durch diese Ausgestaltung der vorderen Aufhängung wird eine Selbstausrichtung des Fahrzeugs erreicht, wobei dieses durch das Gewicht der fahrenden Person aus einer seitlichen Neigung heraus wieder aufgerichtet wird.
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Aus der
US 2010/0032914 A1 geht ein ähnlicher Aufbau für die vordere Aufhängung eines Fahrzeugs mit C-förmigen Schwingen wie in der
EP 1 362 779 A2 hervor. Bei dem hier gezeigten Fahrzeug geht es um ein dreirädriges Neigefahrzeug, welches ein hinteres Rad und zwei vordere Räder umfasst. Die beiden vorderen Schwingen sind jeweils mit einem Hydraulikzylinder gekoppelt, wodurch die Schwingen in ihren Schwenkbewegungen gegenüber einem Rahmen des Fahrzeugs abgestützt sind. Die miteinander interagierenden Hydraulikzylinder setzen sich in typischer Weise aus einem Zylinderrohr und einem darin angeordneten Kolben zusammen, an welchem eine Kolbenstange befestigt ist. Auf einer der Kolbenstange abgewandten Seite des Kolbens bildet dieses zusammen mit einem Abschnitt des Zylinderrohres eine Druckkammer, in welche Hydraulikflüssigkeit ein- und ausfließen kann. Die Druckkammern der beiden Hydraulikzylinder sind über eine Hydraulikleitung miteinander verbunden, welche zwei Sperrventile zwischen sich aufweisen. Bei einer Neigung des Fahrzeugs und entsprechender Längenveränderung der Hydraulikzylinder durch Anhebung sowie Absenkung der beiden Schwingen werden die Sperrventile gleichzeitig geöffnet. Auf diese Weise kann Hydraulikflüssigkeit von der Druckkammer des einen Hydraulikzylinders in die Druckkammer des jeweils anderen Hydraulikzylinders überfließen. Sofern nur eines der Sperrventile geöffnet wird, ist nur einer der Hydraulikzylinder aus- oder einfahrbar, während der jeweils andere in seiner aktuellen Position verharrt.
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Die
EP 1 702 773 A2 offenbart ein Verfahren zur Betrieb eines Neigefahrzeugs, welches einen Basiskörper sowie mehrere den Basiskörper gegenüber dem Untergrund abstützende Fahrwerksteile besitzt. Um eine Lenkbewegung durchzuführen, sind wenigstens einige der Fahrwerksteile beweglich angeordnet. Hierzu ist eine Rollenbremse vorgesehen, durch welche das Neigen des Basiskörpers und der beweglichen Fahrwerksteile gegenüber dem Untergrund zugelassen oder unterbunden werden kann. Das Neigefahrzeug weist ferner eine Reihe an Sensoren auf, um Informationen über die jeweilige Fahrdynamik zu erfassen. Die erfassten Informationen werden an ein Steuersystem weitergeleitet, welches für die Ansteuerung der Rollenbremse und der beweglichen Fahrwerksteile vorgesehen ist. Je nach Fahrverhalten werden die über eine Steuereinrichtung durch die das Neigefahrzeug lenkende Person vorgegebenen Lenkbewegungen entweder unverändert weitergeleitet (Direktlenkungs-Modus) oder zuvor durch die Fahrstabilität erhöhende Berechnungen der Steuereinrichtung (Gegenlenk-Modus) angepasst. Der Betrieb der Steuereinrichtung erfolgt in zwei möglichen Steuermodis, zwischen denen die Steuereinrichtung aufgrund von erfassten Betriebsparametern des Fahrzeugs wählen und umschalten kann: Im ersten Steuermodus ist die Rollenbremse derart beteiligt, dass ein Neigen des Basiskörpers verhindert wird und die beweglichen Fahrwerksteile nur im Gegenlenk-Modus arbeiten. Im zweiten Steuermodus ist die Rollenbremse ausgeschaltet, wodurch der Basiskörper und die beweglichen Fahrwerksteile gegenüber dem Untergrund neigbar sind. Weiterhin können im zweiten Steuermodus die die beweglichen Fahrwerksteile sowohl im Gegenlenk-Modus als auch im Direktlenkungs-Modus arbeiten.
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Zur Durchführung des Verfahrens besitzt das Neigefahrzeug eine vordere Aufhängung, welche geeignet ist, um Roll- und Hubbewegungen voneinander zu entkoppeln. Die Aufhängung umfasst ein Paar Winkelhebel, an deren im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Armen jeweils ein Vorderrad befestigt ist. Dabei sind die Winkelhebel so mit dem Basiskörper des Neigefahrzeugs gekoppelt, dass diese sowohl Lenkbewegungen als auch eine Neigung der Vorderräder zulassen. Zwischen sich im Wesentlichen senkrecht erstreckenden Armen der Winkelhebel ist ferner eine Feder angeordnet, so dass die Neigung des einen Winkelhebels auf den jeweils anderen Winkelhebel übertragen wird. Durch die elastische Kopplung der beiden Winkelhebel sind diese zudem gegenläufig beweglich, indem die Feder entweder komprimiert oder gestreckt wird. Die Feder weist ein Haltemittel auf, so dass die Feder in Bezug auf ihre Verlagerung beim Neigen der beiden Winkelhebel gehalten werden kann. Im Ergebnis wird hierdurch erreicht, dass die Neigung der Winkelhebel entweder zugelassen wird oder aber in der Ausgangsstellung sowie jeder möglichen Neigestellung festlegbar ist. Sofern die Feder in ihrer Bewegung durch das Haltemittel blockiert ist, kann die Neigung der beiden Winkelhebel nur noch begrenzt gegen die Kraft der Feder erfolgen.
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Die
WO 2008/065436 A1 zeigt eine Aufhängung für ein neigbares Fahrzeug mit hydraulischen Zylindern. Die Neigung des Fahrzeugs wird hierbei erreicht, indem die beiden miteinander interagierenden Zylinder gegenläufig zueinander angesteuert werden. Auf diese Weise wird jeweils einer der Zylinder eingefahren, während der jeweils andere ausgefahren wird. Die beiden Zylinder sind in ihrer Verlängerung mit jeweils einem Rohr verbunden, an deren freien Enden jeweils ein Vorderrad drehbar angeordnet ist. An ihren den Vorderrädern gegenüberliegenden Enden sind die beiden Rohre zudem über einen Waagebalken miteinander gekoppelt. Um eine federnde Wirkung zu erzielen, ist der Waagebalken mittig gelagert, wobei sich ein Rahmen des Fahrzeugs über eine Feder an dem Waagebalken abstützt. Im Betrieb sind die Kammern der beiden Zylinder mit einem permanenten Hydraulikdruck beaufschlagt, welcher durch eine geeignete Pumpe bereitgestellt wird.
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Der
US 2007/0150143 A1 ist ein Verfahren zur Regelung der Dämpferkraft bei Fahrzeugen mit einer Niveauregulierung zu entnehmen. Ziel ist die Bereitstellung einer hohen Verstellgeschwindigkeit und eine exakte Anpassung an das gewünschte Höhenniveau. Das Verfahren richtet sich an Fahrwerke ohne Neigetechnik mit aktiven oder semi-aktiven Dämpfern. Es wird vorgeschlagen, die Dämpferkraft während der Aktivität der Niveauregulierung zu verändern. Dies kann beispielsweise über ein an den Dämpfern angeordnetes, elektrisch aktuierbares Ventil erfolgen, welches durch ein während der Aktivität der Niveauregulierung erzeugtes Signal angesteuert wird.
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Die
US 7,706,941 B2 setzt sich mit einem Verfahren sowie mit einem System zur Koordination eines Fahrzeugstabilitätssteuerungssystem ohne Neigetechnik auseinander, welches ein Untersystem zur Federungsdämpfersteuerung besitzt. Letzteres dient der Ansteuerung mehrerer Dämpfer des Fahrzeugs. Über Sensoren werden einzelne Fahrzeugparameter erfasst, auf deren Grundlage über einen Leitcontroller entsprechende Fahrzeugdämpferbefehle erzeugt werden, welche wiederum zunächst an einen Dämpfercontroller übermittelt werden. Der Dämpfercontroller erzeugt auf Grundlage der erfassten Fahrzeugparameter geeignete Untersystemdämpferbefehle, mit welchen die einzelnen Dämpfer angesteuert werden. Auch ermittelt der Dämpfercontroller einen möglichen Vorrang eines Fahrzeugdämpferbefehls vor dem entsprechenden Untersystemdämpferbefehl, woraufhin dann ein modifizierter Untersystemdämpferbefehl an den jeweiligen Dämpfer übermittelt wird.
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Weiterhin offenbart auch die
US 2010/0063679 A1 ein Fahrwerk mit verstellbarer Dämpfkraft ohne Neigetechnik. Diese lehrt die Anordnung sowohl eines in seiner Dämpfkraft verstellbaren als auch eines unverstellbaren Schwingungsdämpfers an wenigstens einer der Fahrzeugachsen. Hierdurch kann beispielsweise bei der notwendigen Anordnung von vier Schwingungsdämpfern an einem Fahrzeug wenigstens einer dieser Schwingungsdämpfer unverstellbar sein, während die übrigen drei verstellbar ausgeführt sind. Auf diese Weise kann der Systempreis für ein solches Fahrwerk gesenkt werden, da unverstellbare Schwingungsdämpfer in der Regel kostengünstiger sind. Das sich hierdurch ergebende Fahrverhalten wird über eine Sensorik erfasst und durch eine geeignete Rechnereinheit überwacht, welche letztlich für die Ansteuerung der verstellbaren Schwingungsdämpfer vorgesehen ist. Hintergrund ist die Begrenzung von Fahrzeugaufbaubewegungen, welche auf einer Horizontierung der Fahrzeugebene zu der jeweiligen Untergrundebene basiert. Da eine Ebene bereits durch drei Vektoren ausrichtbar ist, kann somit auf einen vierten Vektor in Form des unverstellbaren Schwingungsdämpfers verzichtet werden.
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Aus der
JP 2010168000 A geht eine Aufhängung für ein Neigefahrzeug hervor. Diese umfasst zwei Dämpfer sowie zwei jeweils um die Kolbenstangen der Dämpfer herum angeordnete Federn. Die Achsschenkel zur Aufnahme von Rädern sind über einen unteren und einen oberen Querlenker angelenkt, welche mit einem Rahmen des Fahrzeugs gekoppelt sind. Über den oberen Querlenkern ist Waagebalken angeordnet, welcher um eine mittlere Achse herum begrenzt rotierbar ist. Zwischen den beiden unteren Querlenkern und dem Waagebalken erstrecken sich zu beiden Seiten der Aufhängung jeweils eine Koppelstange sowie die jeweilige Kombination aus Dämpfer und Feder. In einer waagerechten Stellung des Waagebalkens ist das Fahrzeug entsprechend vertikal ausgerichtet. Etwaige Federbewegungen sind dabei durch die Aufwärts- und Abwärtsbewegungen der angelenkten Achsschenkel gegen die Kraft der Dämpfer-Feder-Kombination ermöglicht. Bei einer Neigung des Fahrzeugs wird der Waagebalken um die mittlere Achse herum rotiert, so dass die Querlenker eines Achsschenkels angehoben und die jeweils anderen Querlenker entsprechend abgesenkt werden. Durch die Erfassung von Daten zur Fahrdynamik wird die jeweils angebrachte Neigung des Fahrzeugs gegenüber dem Untergrund berechnet und aktiv eingestellt. Hierzu ist der Waagebalken mit einem geeigneten Antrieb gekoppelt, durch welchen der Waagebalken um einen vorausberechneten Winkel rotiert wird.
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Auch der
EP 2 475 570 B1 ist ein dreirädriges Fahrzeug mit einer Kippsteuerung zu entnehmen. Das Fahrzeug weist ein hinteres und zwei parallel zueinander beabstandete vordere Räder auf, welche über eine Aufhängung mit einem Rahmen des Fahrzeugs verbunden sind. Die Aufhängung beinhaltet eine Lenk- sowie Federungseinrichtung, um die komfortable Manövrierbarkeit des Fahrzeugs zu gewährleisten. Dabei ist die Aufhängung so ausgebildet, dass der Rahmen des Fahrzeugs zwischen den beiden vorderen Rädern in Querrichtung neigbar ist. Weiterhin umfasst die Aufhängung zwei in ihrer Dämpfungskraft verstellbare und miteinander interagierende Dämpferelemente. Die Dämpferelemente sind dazu vorgesehen, den Neigezustand des Fahrzeugs aktiv über eine Relativbewegung von Rahmen und Querträger durch das Betriebsgewicht des Fahrzeugs und der das Fahrzeug lenkenden Person ohne aktiv betätigte Aktoren zu ändern. Hierfür sind die Dämpferelemente doppeltwirkend ausgebildet und über einen Hydraulikkreislauf miteinander verbunden. Der Hydraulikkreislauf beinhaltet zwei Sperrventile, über welche ein Ausgleich der Hydraulikflüssigkeit in den beiden Dämpferelementen erfolgen kann. Dabei sind die beiden Dämpferelemente so über den Hydraulikkreislauf miteinander verbunden, dass diese jeweils gegenläufig agieren. Auf diese Weise kann über eine geeignete Steuerung eine passive Dämpfung in Bezug auf die Neigung des Fahrzeugs erfolgen.
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Die damit bekannten Konzepte für solche Neigefahrwerke basieren auf einer Radaufhängung wie etwa einer Längslenker- oder Doppelquerlenkeraufhängung; zumeist in Kombination mit einem Koppelglied. Das Koppelglied dient der mechanischen Verbindung der sich an einer Achse parallel gegenüberliegenden Aufhängungsseiten mit je wenigstens einem Rad. Auf diese Weise wird eine gegenläufige Radbewegung erzeugt, so dass der Aufbau gegenüber dem jeweiligen Untergrund geneigt werden kann.
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Weiterhin wird in eine voll passive oder aktive Neigetechnik unterschieden. Hierbei stellen die voll passiven Neigefahrzeuge die einfachste Umsetzung dieser Technik dar. Bei dieser erfolgt das Neigen des Fahrzeugaufbaus zum Initiieren von Kurvenfahrten und zu dessen Stabilisieren wie bei einem Motorrad nur durch eine Lenkbewegung in Kombination mit einer entsprechenden Gewichtsverlagerung der das Fahrzeug lenkende Person. Aus diesem Grund sind derartige Systeme nur schwer zu fahren. Durch das zumeist höhere Gewicht und das Risiko eines etwaigen Überschlags funktionieren derartig einfach aufgebaute Neigefahrwerke zumeist nicht oder zumindest nicht zufriedenstellen.
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Demgegenüber bieten voll aktive Neigemechanismen ein Maximum an Unterstützung, da der Neigewinkel des Fahrzeugs zu jedem Zeitpunkt überwacht und bei Bedarf automatisch korrigiert wird. Diese Ausgestaltung erfordert einen geeigneten Aktuator, welcher die korrigierenden Eingriffe umsetzt und so auf die Radaufhängung überträgt. Hierfür ist eine permanente Kraftbeaufschlagung durch den Aktuator erforderlich, welcher hierfür entsprechend groß ausgebildet sein muss. Neben der damit einhergehenden Gewichtserhöhung sind zudem die hohen Kosten für eine derartige Neigetechnik zu nennen. Im Ergebnis lassen so ausgestattete Fahrzeuge zudem eine zumeist nur geringe Freude am Fahren aufkommen, was insbesondere aus dem unnatürlichen Fahrgefühl heraus resultiert.
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Angesichts der aufgezeigten Nachteile voll passiver und aktiver Neigesysteme bietet die Ausgestaltung der hierfür erforderlichen Technik daher durchaus noch Raum für Verbesserungen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung für ein Neigefahrwerk eines schienenungebundenen Fahrzeugs sowie ein Neigefahrwerk und ein entsprechend ausgestattetes Fahrzeug aufzuzeigen, welches günstig zu realisieren ist und neben einem sicheren Fahrverhalten einen erhöhten Fahrspaß zulässt. Insbesondere soll ein Neigefahrwerk für ein schienenungebundenes Fahrzeug vorgestellt werden, durch welches ein sicheres Fahrverhalten bei gleichzeitig erhöhtem Fahrspaß ermöglicht wird.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Radaufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und sowie mit einem Neigefahrwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Hierzu umfasst das Neigefahrwerk zunächst eine Radaufhängung, welche wenigstens zwei mit einem Rahmen oder Aufbau des Fahrzeugs koppelbare Radaufnahmen besitzt. Bei der Radaufhängung kann es sich bevorzugt um eine solche handeln, wie sie an nachfolgender Stelle noch näher beschrieben wird. Die Radaufhängungen sind zur Lagerung von zwei der parallel zueinander beabstandeten Räder ausgebildet. Dabei ist eine Querneigung des Fahrzeugs in dessen jeweilige Lenkrichtung ermöglicht, indem wenigstens ein mit den Radaufnahmen korrespondierendes Neigungsmittel in seiner Länge verändert wird. Erfindungsgemäß ist besagtes Neigungsmittel aus einem in seiner Länge veränderbaren semi-aktiven Dämpfer gebildet. Dessen Längenänderung wird dabei durch eine das Fahrzeug steuernde Person bewirkt. Insofern besteht die Möglichkeit, dass der semi-aktive Dämpfer passiv durch die das Fahrzeug steuernde Person in seiner Länge verändert werden kann. Dies kann in vorteilhafter Weise durch eine Einleitung der Neige- bzw. Kippbewegung des Fahrzeugs über die Lenkung erfolgen.
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Unter einem semi-aktiven Dämpfer wird im Rahmen der Erfindung ein Dämpfer verstanden, dessen Dämpfungscharakteristik im laufenden Betrieb einstellbar ist. Dabei handelt es sich nicht um einen voll-aktiven Aktuator, welcher entsprechende Längenänderungen nur kraftbetätigt und somit aktiv erreichen kann. Vielmehr können die Längenänderungen des semi-aktiven Dämpfers rein mechanisch von außen initiiert werden, beispielsweise durch eine Betätigung der Lenkung (analog zum Motorrad) oder durch eine Gewichtsverlagerung der das Fahrzeug lenkenden Person. Die Verstellung des semi-aktiven Dämpfers verändert dabei vielmehr dessen Manipulationsmöglichkeit in Bezug seiner Stauchung oder Streckung. Mit anderen Worten lässt der erfindungsgemäß verwendete semi-aktive Dämpfer eine Verstellung dahingehend zu, ob und/oder wie schnell dieser sich hinsichtlich seiner Länge dehnen oder stauchen lässt. Auf diese Weise kann die notwendige Stabilisierung des Fahrzeugs erfolgen, indem lediglich die Dämpfungscharakteristik des semi-aktiven Dämpfers automatisiert an die jeweilige Situation angepasst wird. Demgegenüber erfolgt die Neigung des Fahrzeugaufbaus in erster Linie auf Basis äußerer Einflüsse wie etwa der Betätigung der Lenkung (analog zum Motorrad) oder der Gewichtsverlagerung der das Fahrzeug lenkenden Person und nicht durch eine aktive Längenänderung des semi-aktiven Dämpfers.
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Der besondere Vorteil liegt hierbei zunächst in der Verwendung eines quasi autonomen semi-aktiven Dämpfers, welcher keinerlei Kopplung mit anderen semi-aktiven Dämpfern erfordert. Weiterhin kann der semi-aktiven Dämpfer direkt als Dämpfungsmittel eingesetzt werden, um den geforderten Fahrkomfort und die notwendige Sicherheit zu gewährleisten. Hierdurch ergibt sich die Realisierung eines überaus kostengünstigen Neigesystems, welches zudem überaus positive Fahreigenschaften aufweist. So erfährt die das Fahrzeug lenkende Person in kritischen Fahrsituationen eine ausreichende Unterstützung, welche auf einer rein automatisierten Anpassung der Dämpfungscharakteristik basieren kann. Auf der anderen Seite lässt sich das so ausgestattete Fahrzeug auf natürliche Weise bewegen, da die angeforderte Querneigung nicht erst durch einen Aktuator aktiv eingestellt werden muss. Im Ergebnis wird so auch ein direktes und ursprüngliches Fahrverhalten ermöglicht, welches den Fahrspaß insgesamt erhöht.
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So kann der semi-aktive Dämpfer wenigstens ein verstellbares Ventil besitzen, wobei die Dämpfkraft und/oder Dämpfgeschwindigkeit des semi-aktive Dämpfers dann durch eine Verstellung des Ventils veränderbar werden kann. Durch die Veränderung der Dämpfkraft und/oder der Dämpfgeschwindigkeit kann die Dämpferkennlinie des semi-aktive Dämpfers variiert werden.
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Weiterhin kann das Ventil beispielsweise geschlossen werden, um den semi-aktive Dämpfer zu blockieren. Auf diese Weise kann die Kippbewegung des Fahrzeugs kontrolliert gestoppt werden. Dieses Stoppen ist analog dem beim Fahren eines Motor- oder Fahrrades bekannten "Fuß herausnehmen" zu sehen.
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Alternativ oder in Kombination kann ferner eine fluidleitend mit dem semi-aktive Dämpfer verbundene Pumpe vorgesehen sein. Insofern kann der ansonsten durch fahrerseitige Vorgaben wie etwa einer Gewichtsverlagerung oder einer Lenkbetätigung manipulierbare semi-aktive Dämpfer um eine automatisierte, den Fluidfluss betreffende aktive Eigenschaft ergänzt sein. In Abgrenzung zu voll-aktiven oder voll-passiven Dämpfern kann der erfindungsgemäße semi-aktive Dämpfer somit dessen Manipulation einerseits durch eine äußere Beeinflussung (Gewichtsverlagerung/Lenken) sowie beispielsweise eine Veränderung seiner Ventileinstellung und andererseits über eine aktive Druckerhöhung durch die Pumpe erlauben.
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Bei der Anordnung von zwei oder mehr semi-aktive Dämpfern kann besagte Pumpe selbstverständlich auch mit wenigstens zwei oder mehr von diesen fluidleitend verbunden sein. Die Pumpe ist dafür vorgesehen, dass durch deren Betrieb ein Fluidfluss innerhalb des semi-aktiven Dämpfers erzeugt werden kann. Auch kann die Pumpe bei Bedarf dazu genutzt werden, den Fluiddruck innerhalb des semi-aktive Dämpfers zu erhöhen.
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Durch den somit vorgebaren Fluidfluss und den damit veränderbaren Fluiddruck des semi-aktiven Dämpfers kann dieser vielfältige Aufgaben übernehmen:
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So ist durch den semi-aktiven Dämpfer eine Unterstützung der das Fahrzeug fahrenden Person möglich, indem die Neigung des Fahrzeugs beispielsweise aus der aufrechten Position heraus aktiv eingeleitet werden kann.
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Demgegenüber kann der semi-aktive Dämpfer in Kombination mit der Pumpe dazu genutzt werden, um als aktive Aufrichthilfe zu fungieren. Mit anderen Worten ist hierdurch grundsätzlich die ideale Neigung des Fahrzeugs aktiv vorgebbar, indem ein Zuviel an Neigung durch einen Eingriff des semi-aktiven Dämpfers korrigiert werden kann. Neben dem Aufrichten ist folglich auch ein Stehenbleiben des Fahrzeugs in seiner geneigten Position durchführbar.
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Insofern kann der erfindungsgemäß verwendete semi-aktive Dämpfer auch als semi-passiv-aktiv Dämpfer bezeichnet werden. Im Rahmen der Erfindung wird dieser trotz der zuvor beschriebenen möglichen Bandbreite seiner aktiven sowie passiven Eigenschaften durchgehend als semi-aktiver Dämpfer bezeichnet.
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Sofern der semi-aktiven Dämpfer passiv – also ohne die Erzeugung einer Dämpfung – betrieben wird, ist das so ausgestattete Fahrzeug quasi wie ein einspuriges Fahrzeug zu führen. Auf diese Weise kann die jeweils notwendige Neigerichtung sowie die Stärke der Neigung über die Lenkung und/oder eine Gewichtsverlagerung eingeleitet werden.
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Des Weiteren kann durch eine Variation der Dämpferkennlinie das Kipptempo und damit die Geschwindigkeit der Neigung des Fahrzeugs beispielsweise verringert werden, um dessen Stabilität und der Fahrkomfort insgesamt zu verbessern.
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Letztlich kann ein Blockieren des semi-aktiven Dämpfer zum Stoppen einer Kipp- bzw. Neigebewegung genutzt werden, beispielsweise durch das Schließen des Ventils.
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Das Neigefahrwerk findet insbesondere für ein schienenungebundenes Fahrzeug Verwendung. Die Radaufhängung umfasst wenigstens zwei Radaufnahmen, welche zur Lagerung zweier parallel zueinander beabstandeter Räder ausgebildet sind. Die Räder sind über die Radaufnahmen beispielsweise mit einem Rahmen oder direkt mit dem Aufbau des Fahrzeugs koppelbar. Weiterhin ist wenigstens ein Neigungsmittel vorgesehen, welches entweder direkt oder indirekt mit den Radaufnahmen korrespondiert. Dabei ist das Neigungsmittel derart angeordnet, dass durch dessen Längenänderung eine Querneigung des Fahrzeugs in dessen jeweilige Lenkrichtung ermöglicht ist. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Neigungsmittel um einen semi-aktiven Dämpfer.
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Auf die vorbeschriebenen Vorteile wird vollumfänglich Bezug genommen. Dies gilt im Übrigen auch für die nachfolgend genannten vorteilhaften Weiterbildungen in Bezug auf die grundsätzliche erfindungsgemäße Radaufhängung.
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Gemäß einer bevorzugen Weiterentwicklung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens kann der semi-aktive Dämpfer wenigstens ein verstellbares Ventil besitzen. Besagtes Ventil ist dann dazu vorgesehen, dass die Dämpfkraft des semi-aktive Dämpfers durch eine Verstellung des Ventils verändert werden kann. Die Verstellung erfolgt dabei automatisiert. Hierfür können beispielsweise etwaige Parameter zur Fahrdynamik erfasst werden, aufgrund derer dann eine mögliche Ansteuerung des wenigstens einen Ventils erfolgt. Auf diese Weise wird ein überaus schlanker Aufbau für die Radaufhängung ermöglicht, da externe Ventilanordnungen wegfallen.
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In vorteilhafter Weise kann es sich bei dem semi-aktive Dämpfer um einen Hydraulikzylinder handeln. Da dieser mit einem nicht kompressiblen Fluid wie Öl betrieben wird, sind dessen Dämpfungseigenschaften sehr genau einstellbar. Durch den Einsatz wenigstens eines Ventils kann das im Inneren des semi-aktive Dämpfers angeordnete Öl dann in seinen Fließgeschwindigkeiten beeinflusst werden, um die erforderlichen Dämpfungseigenschaften zu realisieren. Auch kann der semi-aktive Dämpfer im Stand des Fahrzeugs derart über das Ventil geschlossen werden, dass keinerlei Ölfluss mehr möglich ist. Hierdurch wird das Fahrzeug in seiner Neigung festgelegt und kann problemlos ohne etwaiges Kippen abgestellt werden.
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Besonders bevorzugt können für die Radaufhängung zwei voneinander unabhängige semi-aktive Dämpfer vorgesehen sein. In dieser Konstellation ist dann jeder der semi-aktiven Dämpfer jeweils einer der Radaufnahmen zugeordnet. Diese Ausgestaltung kann dann dem Aufbau einer Einzelradaufhängung entsprechen, wobei jedes einzelne der beiden über die Radaufnahmen drehbar gelagerten Räder durch einen der semi-aktive Dämpfer gedämpft wird.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann ferner eine Pumpe vorgesehen sein. Diese ist dann mit dem semi-aktiven Dämpfer über entsprechende Leitungen fluidleitend verbunden. Ziel ist die Anregung eines Fluidflusses im Inneren des semi-aktive Dämpfers, welcher so durch den Betrieb der Pumpe bei Bedarf erzeugt werden kann. In Kombination mit wenigstens einem Ventil kann so ein weiter Dämpfungsbereich bereitgestellt werden, welcher von fast ohne Dämpfung bis hin zum geschlossenen Dämpfer ohne Möglichkeit seiner Längenänderung reicht. Je nach Bedarf kann durch die Pumpe ferner auch ein möglicher Fluiddruck aufgebaut werden, welcher die Dämpfungscharakteristik zusätzlich verändert.
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Die vorgestellte Radaufhängung verfolgt die Idee, die das Fahrzeug lenkende Person dessen Steuerung und Neigung vornehmen zu lassen. Hierzu ist im Regelfall keinerlei Dämpfungskraft erforderlich, welche zudem das Fahrverhalten oder Fahrgefühl negativ beeinflussen könnte. Die Dämpfungskraft ist erst dann erforderlich, sofern eine kritische Fahrsituation vorliegt, in welcher die das Fahrzeug lenkende Person entsprechende Unterstützung benötigt. Diese resultiert aus dem Ansteuern des wenigstens einen Ventils, um die Dämpfungscharakteristik des semi-aktive Dämpfers zu verändern. Auch können bei Bedarf über die Pumpe kleine aktive Dämpfungskräfte zur Korrektur aufgebracht werden. Im Ergebnis wird so ein günstiges, sicheres und mit Freude zu fahrendes Neigesystem bereitgestellt.
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Weiterhin ist die Erfindung auf ein Neigefahrwerk für ein schienenungebundenes Fahrzeug gerichtet, welches mindestens drei Räder aufweist. Das Neigefahrwerk umfasst hierfür wenigstens eine Radaufhängung. Bei der Radaufhängung kann es sich um eine Vordere oder hintere Radaufhängung handelt. Insbesondere kann es sich hierbei um eine wie zuvor beschriebene Radaufhängung handeln.
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Hierbei besitzt die Radaufhängung des Neigefahrwerks wenigstens zwei mit einem Rahmen oder einem Aufbau des Fahrzeugs koppelbare Radaufnahmen, welche zur Lagerung von zwei der parallel zueinander beabstandeten Räder ausgebildet sind. Mit anderen Worten weist das Fahrzeug dann wenigstens zwei beispielsweise zu einer Vorderachse oder Hinterachse zusammengefasste Räder auf, welche entsprechend der jeweiligen Spurbreite des Fahrzeugs zueinander beabstandet sind. Weiterhin ist wenigstens ein mit den Radaufnahmen korrespondierendes Neigungsmittel vorgesehen. Dieses Neigungsmittel ist dabei derart angeordnet, dass durch dessen Längenänderung eine Querneigung des Fahrzeugs in dessen jeweilige Lenkrichtung ermöglicht ist.
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Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Radaufhängung erläutert und gelten für das erfindungsgemäße Neigefahrwerk sowie das damit ausgestattete erfindungsgemäße schienenungebundene Fahrzeug mit einem solchen Neigefahrwerk entsprechend. Aus diesem Grund wird an dieser Stelle auf die vorherigen Ausführungen hierzu verwiesen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand wenigstens eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Neigungsmittel in Form eines erfindungsgemäßen semi-aktiven Dämpfers in einem Längsschnitt sowie,
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2 zwei Schaubilder mit der Darstellung von sich verändernden Dämpfungswerten des semi-aktiven Dämpfers aus 1 in Bezug auf einen in diesem erzeugbaren Fluidfluss.
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1 ist ein Neigungsmittel in Form eines erfindungsgemäßen semi-aktiven Dämpfers 1 zu entnehmen. Der im Längsschnitt schematisch dargestellte semi-aktive Dämpfer 1 umfasst ein sich in eine Längsrichtung x erstreckendes und mit einem Fluid gefülltes Zylinderrohr 2. Bei dem Fluid handelt es sich bevorzugt um Öl. In dem Zylinderrohr 2 ist eine sich ebenfalls in Längsrichtung x erstreckende Kolbenstange 3 angeordnet. An einem Ende des innerhalb des Zylinderrohres 2 angeordneten Abschnitts der Kolbenstange 3 ist ein Zylinderkolben 4 befestigt, dessen äußere Kontur an die zylindrische Ausgestaltung des Zylinderrohres 2 angepasst ist. Um einen fluiddichten Anschluss zwischen einer Innenfläche 5 des Zylinderrohres 2 und dem Zylinderkolben 4 zu erhalten, kann zwischen diesen bevorzugt eine nicht näher gezeigte Ringdichtung angeordnet sein. Eine weitere nicht gezeigte Ringdichtung kann innerhalb einer stirnseitigen Öffnung 6 des Zylinderrohres 2 angeordnet sein, aus welcher der dem Zylinderkolben 4 abgewandte Abschnitt der Kolbenstange 3 aus dem Zylinderrohr 2 heraus ragt.
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Durch die Lagerung der Kombination aus Kolbenstange 3 und Zylinderkolben 4 direkt in dem Zylinderrohr 2 oder mittelbare über die nicht dargestellten Ringdichtungen ist diese in eine Richtung "Ausfedern" A und in eine entgegengesetzte Richtung "Einfedern" E jeweils parallel zur Längsrichtung x relativ gegenüber dem Zylinderrohr 2 verschieblich. Hieraus ergibt sich eine entsprechende Längenänderung des semi-aktiven Dämpfers 1.
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Durch den Zylinderkolben 4 wird das Innere des Zylinderrohres 2 in zwei Druckkammern 7, 8 unterteilt; näherhin in eine obere Druckkammer 7 und in eine untere Druckkammer 8. In dem Zylinderkolben 4 kann ein nicht näher gezeigtes Druckbegrenzungsventil angeordnet sein, so dass sich ein etwaiger Überdruck in einer der beiden Druckkammern 7, 8 in die jeweils andere durch ein solches Druckbegrenzungsventil hindurch ausgleichen kann. Weiterhin kann der Zylinderkolben 4 ein ebenfalls nicht näher dargestelltes Rückschlagventil umfassen, welches den Durchgang des Fluids von der oberen Druckkammer 7 in die untere Druckkammer 8 durch dieses hindurch sperren kann. Demgegenüber kann der Durchfluss des Fluids von der unteren Druckkammer 8 in die obere Druckkammer 7 durch besagtes Rückschlagventil hindurch gegeben, sofern ein Einfedern E des semi-aktiven Dämpfers 1 stattfindet.
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Um nun eine Ansteuerung des semi-aktiven Dämpfers 1 vornehmen zu können, ist wenigstens ein Ventil 9 vorgesehen. Hierzu weist der semi-aktive Dämpfer 1 einen Fluidkreislauf 10 auf, durch welchen hindurch das in dem semi-aktiven Dämpfer 1 angeordnete Fluid von der oberen Druckkammer 7 in die untere Druckkammer 8 und umgekehrt gelangen kann. Dabei ist das Ventil 9 in einem die Druckkammern 7, 8 fluidleitend miteinander verbindenden Bypass 11 angeordnet. Der Fluidkreislauf 10 umfasst eine Pumpe 12, welche entsprechend fluidleitend in den Fluidkreislauf 10 integrierte und an diesen angebunden ist.
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Bei der Pumpe 12 kann es sich beispielsweise um eine solche handeln, welche eine Umwälzleistung von 1 bis 8 Litern pro Minute besitzt. Die Pumpe 12 weist zwei entgegengesetzte Pumprichtungen L, R auf. Auf diese Weise kann der Fluiddruck innerhalb einer der Druckkammern 7, 8 bei Bedarf erhöht werden.
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Die Pumpe 12 selbst wird über einen nicht näher gezeigten und an eine Stromquelle angeschlossenen Elektromotor angetrieben, welcher entsprechend Drehmoment übertragen mit der Pumpe 12 gekoppelt ist.
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Um einen Ausgleich sowie eine Bevorratung an Fluid zu ermöglichen, kann der Fluidkreislauf 10 ferner in nicht näher gezeigter Weise mit einem lokalen Speicher fluidleitend verbunden sein. Dieser kann dann bevorzugt eine entsprechende Membran aufweisen, um die schwankenden Volumenstände des Fluids innerhalb besagten lokalen Speichers zu kompensieren.
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Durch die Ansteuerung des verstellbaren Ventils 9 kann die Dämpfkraft des semi-aktiven Dämpfers 1 während des laufenden Betriebes individuell verändert werden. Hierzu kann eine nicht näher gezeigte Steuerung vorgesehen sein, welche auf Basis von erfassten Daten zur jeweiligen Fahrdynamik eine geeignete Reaktion berechnet und das verstellbare Ventil 9 entsprechend ansteuert.
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Eine weitere Veränderung der Dämpfkraft und damit der Dämpfungscharakteristik des semi-aktiven Dämpfers 1 ergibt sich durch den Betrieb der Pumpe 12. Durch deren Betrieb kann ein Fluidfluss innerhalb des semi-aktiven Dämpfers 1 und durch den Fluidkreislauf 10 hindurch erzeugt werden, so dass sich ein weiterer Dämpfungsbereich bereitstellen lässt. Auch kann bei Bedarf der Druck des Fluids innerhalb wenigstens einer Druckkammer 7, 8 des semi-aktiven Dämpfers 1 erhöht werden, sofern dies in der jeweiligen Fahrsituation notwendig erscheint.
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2 verdeutlicht beispielhaft die unterschiedlichen Dämpfungsbereiche S des semi-aktiven Dämpfers 1, welche durch Hinzuschaltung der Pumpe 12 erreicht werden können. Demgegenüber begrenzen die unterbrochenen Linien jenen Dämpfungsbereich, welcher mit einem standardmäßigen Aktuator abgedeckt werden kann. Dabei ist der sich senkrecht erstreckenden Ordinate y die Dämpfkraft F beispielsweise in der Einheit Newton (N) zu entnehmen, während die sich entsprechend waagerecht hierzu erstreckende Abszisse z die Dämpfungsgeschwindigkeit V beispielsweise in Metern pro Sekunde angibt. Die unterschiedlichen Kurven stehen hierbei stellvertretend für die einzelnen Zustände der Ansteuerung der Pumpe 12 und des Ventils 9.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Semi-aktiver Dämpfer (Neigungsmittel)
- 2
- Zylinderrohr von 1
- 3
- Kolbenstange von 1
- 4
- Zylinderkolben in 2 von 1
- 5
- Innenfläche von 2
- 6
- Öffnung in 2
- 7
- obere Druckkammer von 1
- 8
- untere Druckkammer von 1
- 9
- Ventil in 10
- 10
- Fluidkreislauf
- 11
- Bypass in 10
- 12
- Pumpe
- A
- Ausfedern
- E
- Einfedern
- F
- Dämpfkraft von 1
- V
- Dämpfungsgeschwindigkeit von 1
- L
- Pumprichtung von 12
- R
- Pumprichtung von 12
- S
- Dämpfungsbereich
- x
- Längsrichtung
- y
- Ordinate
- z
- Abszisse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3128371 A1 [0005]
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- JP 2010168000 A [0020]
- EP 2475570 B1 [0021]
