DE602005004658T2

DE602005004658T2 - Kraftfahrzeugaufhängung mit luftfeder-stossdämpferanordnungsreaktionssteuerung

Info

Publication number: DE602005004658T2
Application number: DE602005004658T
Authority: DE
Inventors: Paolo Dellacha
Original assignee: Ferrari SpA
Current assignee: Ferrari SpA
Priority date: 2004-05-03
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2025-05-03
Also published as: EP1750956B1; EP1750956A1; US7357396B2; US20070114732A1; JP4698669B2; DE602005004658D1; ITBO20040278A1; WO2005105489A1; JP2007536159A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugaufhängung.
HINTERGRUND
Hochleistungssportwagen weisen gegenwärtig vier unabhängige Aufhängungen auf, die normalerweise eine solche des Typs mit "vier Hebeln" für Kompaktheit und gute Straßenleistung sind.
Eine Vier-Hebel-Aufhängung verbindet eine Radnabe mit dem Fahrzeugrahmen und weist ein Radnabenhalteteil auf, das mechanisch mit dem Fahrzeugrahmen derart verbunden ist, dass es sich gegenüber dem Rahmen im Wesentlichen vertikal bewegt.
Der vertikalen Bewegung des Halteteils wirkt eine Federstoßdämpferbaugruppe entgegen, die an einer Seite an dem Fahrzeugrahmen befestigt ist und die an der anderen Seite mit dem Halteteil über ein Verbindungsmittel einer gegebenen Geometrie mechanisch verbunden ist.
Die Geometrie des Verbindungsmittels bestimmt das Aufhängungsverhältnis, das das Verhältnis zwischen der vertikalen Bewegung des Halteteils und einer entsprechenden Veränderung der Länge der Federstoßdämpferbaugruppe definiert, und ist entweder konstant oder entlang des Bewegungswegs der Federstoßdämpferbaugruppe in Abhängigkeit von der Geometrie des Verbindungsmittels variabel.
Die Reaktionscharakteristiken der Federstoßdämpferbaugruppe sind normalerweise konstant und bilden einen Ausgleich zwischen der optimalen dynamischen Leistung des Fahrzeugs und einem geeigneten Ausmaß des Komforts für die Fahrgäste.
In einem Versuch zur Anpassung der Reaktion der Federstoßdämpferbaugruppe an die gegenwärtigen Fahrbedingungen sind elektronisch gesteuerte Dämpfer zur Veränderung der Dämpfungsleistung der Stoßdämpfer vorgeschlagen worden, die für eine verringerte Dämpfung bei Renn- oder extremen Bedingungen (beispielsweise bei scharfem Abbremsen) und für eine vergrößerte Dämpfung bei normalem Straßenfarbedingungen sorgen.
Die Einstellung der Aufhängungsleistung unter Verwendung von elektronisch gesteuerten Stoßdämpfern ist jedoch beschränkt, weil keine Einstellung in Reaktion auf die Federn durchgeführt wird. Es ist daher vorgeschlagen worden, im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Stahlfedern Luftfedern zu verwenden. Durch Einstellung des Innendrucks einer Luftfeder ist es möglich, sowohl die Vorlast der Feder, und damit die Höhe des Fahrzeugs, als die Steifigkeit der Luftfeder einzustellen.
Luftfedern haben jedoch bei einem Vergleich mit herkömmlichen mechanischen Stahlfedern mehrere Nachteile: sie sind teuer, sperrig und weniger zuverlässig, haben eine kürzere Standzeit und sind insgesamt funktionell in einer Weise unterlegen, die die Verwendung bei Hochleistungs-Sportfahrzeugen verhindert. Jedoch ist die durch Einstellung des Innendrucks einer Luftfeder erreichte Einstellung der Steifigkeit ziemlich beschränkt und hängt irgendwie von der Einstellung der Höhe des Fahrzeugs ab.
DE 19 923 343 A1 offenbart ein Fahrzeug mit gefederten Rädern und mit einer Abweichung zwischen dem Hub der Räder und der Dämpfung oder dem Hub des Federteils. Das Fahrzeug weist Räder auf, die an mindestens einem Dämpfungs- oder Federteil abgestützt sind, das an einem Ende in einer solchen Weise befestigt ist, dass der Abstand zwischen der Karosserie und der Ratachse für unterschiedliche Lastzustände verändert werden kann; es gibt eine Abweichung zwischen dem Radhub und dem Hub des Dämpfungs- oder Federteils.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugaufhängung zur Verfügung zu stellen, die preiswert und leicht herzustellen ist und die gleichzeitig die oben angegebenen Nachteile überwindet.
Erfindungsgemäß ist eine Fahrzeugaufhängung wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht zur Verfügung gestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine nicht-einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit erfindungsgemäßen Aufhängungen;
2 eine schematische perspektivische Ansicht, mit zur Verdeutlichung vergrößerten Teilen, einer erfindungsgemäßen Aufhängung;
3 eine schematische Seitenansicht, mit zur Verdeutlichung weggelassenen Teilen, der Aufhängung von 1.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Das Bezugszeichen 1 in 1 bezeichnet ein Fahrzeug in seiner Gesamtheit mit einem Stützrahmen 2, mit dem vier Räder 3 verbunden sind, wobei zugehörige Aufhängungen 4 dazwischen angeordnet sind, die selektiv und unabhängig mittels einer elektronischen, zentralen Steuereinheit 5 in Reaktion auf Signale einer Anzahl von Sensoren (nicht dargestellt) zur Bestimmung der Fahrzustände des Fahrzeugs 1 gesteuert werden.
Das Fahrzeug 1 weist einen vorn liegenden, längsgerichteten Verbrennungsmotor 6 auf, der mit den hinteren Antriebsrädern 3 über einen Antriebsstrang 7 verbunden ist, der seinerseits eine trockene oder Ölbad-Kupplung 8 aufweist, die in einem Gehäuse zusammen mit dem Motor 6 untergebracht ist und die Ausgangswelle 9 des Motors 6 mit einer Antriebswelle 10 verbindet.
Die Welle 10 ist mit einem mechanischen Getriebe 11 verbunden, das sich am hinteren Teil befindet und mit einem der Differential 12 verbunden ist, das zwei Achsenwellen 13 in Umlauf versetzt, die von dem Differential 12 aus vorstehen und jeweils dazu dienen, ein zugehöriges hinteres Antriebsrad 3 in Umlauf zu versetzen.
Wie in 2 dargestellt ist, ist jede Aufhängung 4 eine solche des so genannten "vier-Hebel"-Typs, verbindet diese Aufhängung eine Radnabe 14 mit dem Rahmen 2, und weist diese Aufhängung ein Stützteil 15 zur Abstützung der Radnabe 14 auf, die an dem Stützteil 15 derart angebracht ist, dass sie sich um eine zugehörige zentrale Achse dreht.
Das Stützteil 15 ist mit dem Rahmen 2 über zwei Kurbeln 16 verbunden, deren jede am Rahmen 2 zur hin und her gehenden Bewegung gegenüber dem Rahmen 2 um eine im Wesentlichen horizontale Gelenksachse 17 parallel zu der Achse 17 der anderen Kurbel 16 angelenkt ist und in bekannter Weise mit dem Stützteil 15 verbunden ist, um lineare Bewegungen des Stützteils 15 in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung 18 zu gestatten.
Die Aufhängung 4 weist auch eine bekannte Federstoßdämpferbaugruppe 19 auf, die ihrerseits einen Stoßdämpfer 20 aufweist. Der Stoßdämpfer 20 ist an einem ersten Ende am Rahmen 2 zur hin und her gehenden Bewegung gegenüber dem Rahmen 2 um eine im Wesentlichen horizontale Gelenksachse 21 im Wesentlichen parallel zu den Achsen 17 angelenkt, an einem zweiten Ende mit dem Stützteil 15 über eine Verbindungseinrichtung 22, die nachfolgend detailliert beschreibt wird, verbunden und von einer Feder 23 umgeben ist.
Die Verbindungseinrichtung 22 weist eine Kurbelstange 24, die in bekannter Weise an einem ersten Ende mit dem Stützteil 15 verbunden ist, und einen Kurbelmechanismus 25 mit einer veränderbaren Geometrie auf, der zwischen dem Stoßdämpfer 20 und dem zweiten Ende der Kurbelstange 24 eingesetzt ist.
Der Kurbelmechanismus 25 weist eine erste Kurbel 26 auf, die sich zwischen den zwei Achsen 27 und 28 erstreckt, wobei die Achse 27 die Drehachse der Kurbel 26 gegenüber dem Rahmen 2 ist und die Achse 28 die Drehachse der Kurbel 26 gegenüber dem Stoßdämpfer 20 ist, eine zweite Kurbel 25, die sich zwischen der Achse 27 und einer Drehachse 30 der Kurbel 29 gegenüber der Kurbelstange 24 erstreckt, und eine Kurbelstange 31 auf, die sich zwischen den Achsen 28 und 30 erstreckt.
Die Kurbel 26 ist eine solche variabler Länge, die durch einen Stellzylinder 32 bestimmt ist, wobei die Kurbel eine Ausgangsstange 33, die zwischen einer zurückgezogenen Stellung und mindestens einer ausgefahrenen Stellung bewegbar ist, und eine Längsachse 34 aufweist, die einen Winkel a von nahezu 90° mit der Längsachse 35 des Stoßdämpfers 20 und einen Winkel b von mindestens 60° mit der Längsachse 36 der Kurbelstange 31 bildet (3).
Die Arbeit des Zylinders 32 verändert die Geometrie der Kurbeleinrichtung 25 und damit das Aufhängungsverhältnis, das durch das Verhältnis zwischen der Verschiebung des Stützteils 15 in der Richtung 18 bestimmt ist, und einer entsprechenden Veränderung der Länge der Federstoßdämpferbaugruppe 19.
In Verbindung mit den obigen Ausführungen ist darauf hinzuweisen, dass die vertikale Steifigkeit der Aufhängung 4 proportional zu dem relativen Aufhängungsverhältnis ist und dass das Aufhängungsverhältnis und damit die vertikale Steifigkeit der Aufhängung 4 zunehmen, wenn sich die Stange 33 aus der zurückgezogenen Stellung zu der ausgefahrenen Stellung bewegt, und umgekehrt abnehmen, wenn sich die Stange 33 aus der ausgefahrenen Stellung zu der zurückgezogenen Stellung bewegt.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass eine Veränderung des Aufhängungsverhältnisses jeder Aufhängung 4 auch die Dämpfung durch den Stoßdämpfer 20 koaxial mit der Feder 23 beeinflusst. Diese Wirkung ist jedoch positiv zu betrachten, weil allgemein gesprochen ein Bedürfnis für eine größere Steifigkeit bei einer erhöhten Dämpfungsleistung durch das System besteht. In einigen Fällen (bei Hochleistungssportwagen) kann die Wirkung tatsächlich so positiv sein, wie sie durch die Verwendung von aktiven und halb-aktiven Stoßdämpfern nicht zu gewährleisten ist. Die Verwendung von Stoßdämpfern mit variabler Dämpfung würde irgendwie den Freiheitsgrad bei der Veränderung der Dämpfungsleistung unabhängig von der Steifigkeit wieder einführen; in diesem Fall würde die Optimierung der Aufhängungsleistung die Integrierung der Steuersysteme der zwei aktiven Systeme bedeuten.
Der Stoßdämpfer 20 jeder Aufhängung 4 kann von der Feder 23 irgendwie getrennt sein, um die Leistung des Stoßdämpfers 20 von Veränderungen der vertikalen Steifigkeit unabhängig zu machen.
Wenn das Fahrzeug 1 fährt, bestimmt die elektronische, zentrale Steuereinheit 5 die Fahrbedingungen des Fahrzeugs 1 auf der Grundlage von Werten, die durch die Sensoren (nicht dargestellt) festgestellt werden, und auf der Grundlage einer bekannten Bewertung und von Voraussagealgorithmen und auf der Grundlage der Fahrbedingungen (normalerweise gegenwärtig und vorausgesagt) des Fahrzeugs 1, und verändert die zentrale Steuereinheit 5 das Aufhängungsverhältnis, d. h. die vertikale Steifigkeit, der vier Aufhängungen 4, um die dynamische Leistung des Fahrzeugs 1 zu optimieren.
Die Eignung zur unabhängigen Veränderung der vertikalen Steifigkeit der Aufhängungen 4 als Funktion der Fahrbedingungen des Fahrzeugs (seitlichen und längsgerichteten Beschleunigung, Giergeschwindigkeit, Roll- und Nickwinkel etc.) macht es möglich, dass die zentrale Steuereinheit 5 die Stellzylinder 32 der Aufhängungen 4 steuert, um eine Rollbewegung (beim Kurvenfahren) und/oder eine Nickbewegung (beim Beschleunigen oder Abbremsen) zu verhindern.
Beispielsweise kann diejenige Nickbewegung des Fahrzeugs 1, die typischerweise mit einer Beschleunigung des Fahrzeugs 1 verbunden ist, durch Erhöhung der Steifigkeit der Aufhängungen 4 der Hinterräder stark herabgesetzt werden; diejenige Nickbewegung des Fahrzeugs 1, die typischerweise mit dem Abbremsen des Fahrzeugs 1 verbunden ist, kann durch Erhöhung der Steifigkeit der Aufhängungen 4 der Vorderräder 3 stark herabgesetzt werden; und Rollbewegung des Fahrzeugs 1, die typischerweise mit einem Kurvenfahren verbunden ist, kann durch Erhöhung der Steifigkeit der Aufhängungen 4 der linken Räder 3 beim Fahren nach links und der rechten Räder 3 beim Fahren nach rechts stark herabgesetzt werden.
Das Fahrzeug 1 muss daher nicht mit einem Rollstab oder anderen mechanischen Antirollelementen ausgestaltet sein, deren Funktion durch dynamische Steuerung der vertikalen Steifigkeit der Aufhängungen 4 wirksam durchgeführt wird.
Bei einer ersten Ausführungsform steuert die elektronische, zentrale Steuereinheit 5 die Stellzylinder 32 jeder Aufhängung 4 mit einer Steuerfrequenz von etwa 6 Hz, was die maximale Hauptfrequenz der typischen Karosseriebewegungen des Fahrzeugs 1 ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform steuert die elektronische, zentrale Steuereinheit 5 die Stellzylinder 32 jeder Aufhängung 4 mit einer Steuerfrequenz von etwa 30 Hz, die auch für die Steuerung von Bewegungen ungefederter Gewichte mit verschiedenen Vorteilen in Hinblick auf den gesamten Komfort sorgt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass anders als bei bekannten Karosseriesteuersystemen eine elektronische, zentrale Steuereinheit 5 an der vertikalen Steifigkeit, im Gegensatz zu der Höhe, von Aufhängungen 4 mit offensichtlichen Vorteilen in Hinblick auf die Effizienz und Effektivität arbeitet.
Durch Integration der hinsichtlich der vertikalen Steifigkeit durch die zentrale Steuereinheit 5 gesteuerten Aufhängungen 4 besitzt das Fahrzeug 1 zahlreiche Vorteile: eine Verschiebung des Ausgleichs in Richtung zu einem leichteren Handling (das Fahrzeug 1 ist bei niedriger Geschwindigkeit und auf gerader Straße leichter zu handeln); verbesserte Steuerung der Rollbewegung beim Kurvenfahren und verbesserte Steuerung der Nickbewegung beim Beschleunigen oder Abbremsen; Einstellung der Rollbewegungssteifigkeit (vorn/hinten, links/rechts) zur Bewirkung einer Unter-/Übersteuerungs-Leistung (Kurvenuntersteuerung und Kurvendriften); verbessertes Fahren durch Änderung der Verteilung der Nickbewegungssteifigkeit (vorn/hinten); Ausschaltung der durch den Rollstab über unebener Straße verursachten Wirkung der hinteren Steifigkeit; verbessertes Abbremsen durch Änderung der Verteilung der Nickbewegungssteifigkeit (vorn/hinten); verbesserte konstante aerodynamische Leistung durch Verbesserung der Steuerung der Höhe des Fahrzeugs 1 über der Straße, und durch Beschränkung der vertikalen und der Nickbewegung bei hoher Geschwindigkeit durch Erhöhung der vorderen und hinteren Steifigkeit; und verbesserte nicht-konstante aerodynamische Leistung durch Verbesserung der Stabilität durch teilweise Rückgewinnung von Verlusten der Gesamtsteifigkeit.

Claims

Fahrzeugaufhängung zum Verbinden einer Radnabe (14) mit einem Rahmen (2) eines Autos (1), wobei die Aufhängung aufweist: ein Halteteil (15) zum Halten der Radnabe (14); erste Verbindungsmittel (16) zum mechanisch Verbinden des Halteteils (15) mit dem Rahmen (2), welche eine Bewegung des Halteteils (15) bezüglich des Rahmens (2) in im Wesentlichen vertikaler Richtung (18) erlauben; eine Federstoßdämpferbaugruppe (19), welche an dem Rahmen (2) befestigt ist; zweite Verbindungsmittel (22) mit einem Kurbelmechanismus (25) mit einer variablen Geometrie zum mechanisch Verbinden der Federstoßdämpferbaugruppe (19) mit dem Halteteil (15), um einer Bewegung des Halteteils (15) bezüglich des Rahmens (2) in der Richtung (18) entgegenzuwirken; und Stellmittel (32) zur selektiven Steuerung der Geometrie des Kurbelmechanismus (25) der zweiten Verbindungsmittel (22) zum Verstellen eines Aufhängungsverhältnis zwischen einer Vertikalbewegung des Halteteils (15) und einer entsprechenden Änderung in der Länge der Federstoßdämpferbaugruppe (19); wobei die Aufhängung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kurbelmechanismus (25) eine erste Kurbel (26), welche sich zwischen einer ersten Rotationsachse (27) des Kurbelmechanismus (25) bezüglich des Rahmens (2) und einer zweiten Rotationsachse (28) des Kurbelmechanismus (25) bezüglich der Federstoßdämpferbaugruppe (19) erstreckt, eine zweite Kurbel (29), welche sich zwischen der ersten Rotationsachse (27) und einer dritten Rotationsachse (30) erstreckt, und eine Kurbelstange (31) aufweist, welche sich zwischen der zweiten Rotationsachse (28) und der dritten Rotationsachse (30) erstreckt; dass die Stellmittel (32) wenigstens einen Stellzylinder (32) aufweisen, welcher die erste Kurbel (26) definiert; und dass die erste Kurbel (26) und die Federstoßdämpferbaugruppe (19) jeweils Längsachsen (34, 35) aufweisen, welche einen Winkel von nahezu 90° bilden.
Fahrzeugaufhängung nach Anspruch 1, wobei die zweiten Verbindungsmittel (22) eine Stange (24) aufweisen, welche zwischen dem Kurbelmechanismus (25) und dem Halteteil (15) angeordnet ist und um die dritte Rotationsachse (30) rotierbar ist.
Fahrzeugaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Kurbel (26) und die Kurbelstange (31) jeweils Längsachsen (34, 36) aufweisen, welche einen weiteren Winkel b von wenigstens 60° bilden.
Auto mit einem Rahmen (2), welcher vier Radnaben (14) hält, wobei zwischen jeder der Radnaben (14) und dem Rahmen (2) jeweils eine Aufhängungen (4) vorgesehen ist, wobei jede dieser nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist; wobei das Auto weiterhin eine Anzahl von Sensoren zum Feststellen der Fahrbedingungen des Autos und eine elektronische, zentrale Steuerungseinheit (5) aufweist, welche mit den Sensoren verbunden ist und zum Steuern der Stellmittel (32) jeder der Aufhängungen (4) in Abhängigkeit von Signalen von den Sensoren ausgebildet ist.
Auto nach Anspruch 4, wobei die Stellmittel (32) einer jeden Aufhängung (4) mit einer Steuerfrequenz im Bereich von 6 Hz steuerbar sind.
Auto nach Anspruch 4, die Stellmittel (32) einer jeden Aufhängung (4) mit einer Steuerfrequenz im Bereich von 30 Hz steuerbar sind.
Auto nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei mittels der elektronischen, zentralen Steuereinheit (5) die Stellmittel (32) jeder Aufhängung (4) zum Ausführen einer Antirollfunktion steuerbar sind.
Auto nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei mittels der elektronischen, zentralen Steuereinheit (5) die Steilmittel (32) jeder der Aufhängungen (4) zum Ausführen einer Antinickfunktion steuerbar sind.