WO1998030405A9 - Vorrichtung zur stabilisierung eines fahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung zur stabilisierung eines fahrzeugs

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WO1998030405A9
WO1998030405A9 PCT/EP1998/000129 EP9800129W WO9830405A9 WO 1998030405 A9 WO1998030405 A9 WO 1998030405A9 EP 9800129 W EP9800129 W EP 9800129W WO 9830405 A9 WO9830405 A9 WO 9830405A9
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Definitions

  • the invention relates to a device for stabilizing a vehicle, in which each wheel of the vehicle is associated with a spring element and a stabilizing element by which the ground clearance of a body of the vehicle can be changed radweise.
  • vehicle stability plays a major role in achieving high driving safety.
  • the vehicle stability is influenced by the body stability and driving stability, the body stability in turn under the aspect of rocking stability, ie the stability to a rotation about a transverse axis, the roll stability, ie the stability against rotation about a longitudinal axis in the transverse direction, the yaw stability, ie the stability
  • the lifting stability ie the stability in the height direction
  • the balance problem is of paramount importance, which determines the stability of the vehicle to the highest degree.
  • the heading stability is of particular importance, which is at risk when an effect of increased influence of the mass distribution of a vehicle occurs.
  • the device according to the invention can be used in an advantageous manner with known spring elements of the vehicle. It allows a high improvement of the conventional suspension by the known spring elements by an active, dynamic control system is created, which leaves the known spring elements their function, even a reduction of their stiffness allowed and in addition the spring elements with the advantageous property of active body stabilization and a any level control equips.
  • the measures according to the invention produce active safety and comfort, as supported by the inventive measures the spring action of the known spring elements and only the compensation required by in-vehicle and / or vehicle-external influences disturbance required restoring forces in the Gegenfederungs antique be generated for maximum vehicle stability.
  • the device according to the invention is in an advantageous manner continue unrestricted vehicle use possible, while in known devices, especially in hydraulic suspension suspension systems whose failure leads to significant restrictions in vehicle use, so that in this case only an emergency use of such a vehicle is possible in the rule.
  • Figure 1 shows an embodiment of the invention in a schematic
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a first embodiment of a stabilizing element
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a second embodiment of a stabilizing element
  • FIG. 4 shows an installation of the first embodiment of the stabilization element in a front wheel of a Daimler-Benz 190 vehicle
  • FIG. 5 shows an installation of the first embodiment of the stabilizing element in a rear wheel of a vehicle of the type Daimler-Benz 190
  • FIG. 6 shows a schematic representation of various movements of a body of the vehicle
  • FIG. 7a shows a schematic illustration of a rocking motion occurring in the prior art
  • FIG. 7b shows a schematic representation of the rocking movement occurring in the exemplary embodiment of the invention
  • Figure 8a is a schematic representation of the rolling motion occurring in the prior art
  • 9a is a schematic representation of a level control according to the prior art
  • 9b is a schematic representation of a level control according to the invention.
  • FIG. 10a shows a schematic representation of a load-dependent body spring deflection according to the prior art
  • FIG. 10b a schematic representation of a load-dependent level control according to the invention
  • Figure 11a is a schematic representation of a body spring deflection according to the prior art
  • FIG. 11b is a schematic representation of a body suspension according to the invention.
  • FIG. 12 a is a schematic illustration of a prior art body spring caused by braking
  • FIG. 12b shows a schematic illustration of a body-induced deflection caused by braking according to the invention
  • 13 is a schematic representation of the operation of the embodiment
  • 14a is a schematic representation of a front axle of a BMW vehicle of the 7-series
  • Figure 14b is a schematic representation of a rear axle of a BMW vehicle of the 7 Series.
  • the body stability is essentially subdivided into a rocking stability, ie, a stability with respect to a rocking motion WB about a transverse axis QA, into a roll stability, ie a stability to a rolling movement RB about a longitudinal axis LA, a yaw stability, that is to say a stability with respect to a yawing movement GB about a vertical axis HA, and with a stability of the stroke, ie a stability with respect to a stroke movement HB in the direction of the vertical axis HA.
  • a rocking stability ie
  • a roll stability ie a stability to a rolling movement RB about a longitudinal axis LA
  • a yaw stability that is to say a stability with respect to a yawing movement GB about a vertical axis HA
  • a stability of the stroke i
  • a rocking moment WM occurs about the transverse axis QA, which must be absorbed by the spring elements FE of the vehicle FZ.
  • the spring elements FE must compensate for the rolling moment RM occurring during a rolling movement RB (see FIG. 8a) about the longitudinal axis LA of the vehicle FZ.
  • this lifting movement HB namely the rise or fall of the vehicle FZ in the direction of the vertical axis HB, must also be absorbed by the spring elements FE.
  • FIG. 1 In order to be able to stabilize the vehicle FZ even when such movements WB, RB, GB, HB occur, the embodiment shown in FIG. 1 is now schematic illustrated device for vehicle stabilization:
  • This has a control unit 5 with a microprocessor to which the signals of several sensors are supplied.
  • One or more acceleration sensors 4 measure the currently occurring acceleration of the vehicle FZ, a compression travel sensor 4a provided on each spring element FE, which is designed as a helical spring 13 in the case shown here, preferably as gas valve potentiometer 10 (see FIGS.
  • a steering angle sensor 4b preferably designed as an optoelectronic sensor measures the steering angle of the front wheels VR1, VR2 of the vehicle FZ
  • a brake sensor 4c supplies a sensor signal characterizing the deceleration of the vehicle to the control device 5
  • a speed sensor 4d transmits a sensor signal characterizing the current speed of the vehicle FZ to the control device 5
  • a yaw rate sensor 4e supplies a sensor signal characterizing the current yawing movement GB of the vehicle FZ
  • a lateral acceleration sensor 4f supplies the lateral acceleration of the vehicle FZ characterizing sensor signal.
  • the control device 5 then calculates from the sensor signals supplied to it corresponding control signals for a stabilization device S, which - as will be described below - performs control actions to keep the vehicle in an indifferent equilibrium by generating corresponding restoring forces corresponding to a deflection of the vehicle counteract the indifferent equilibrium or restore the indifferent equilibrium.
  • the thus formed vehicle stabilization system thus brings the vehicle FZ back into dynamic equilibrium.
  • the one high-pressure hydraulic system 2 (preferably up to 10 MPa) with a tank 6 and a pressure accumulator 7 for the hydraulic oil having stabilizing device S causes, for example - as shown in Figures 7a and 7b - at a rocking motion caused by the Wippmoment WM WB of Vehicle FZ the body K of the vehicle FZ in the region of the front wheels VR1 and VR2 is raised by the adjusting elements ST1, ST2, while - if necessary - the body K in the region of the two rear wheels HR1 and HR2 by acting on these wheels actuator ST3 and ST4 is lowered.
  • the stabilizing device S provides that the desired ground clearance of the body K of the vehicle F2 in its vertical axis HA is raised and / or lowered by the adjusting elements ST1-ST4 the restoring force R generated by these is generated.
  • the rocking motion WB, the rolling motion RB and / or the lifting movement HB of the body K lead to different wheel loads, with a strong shifting of the weight to a wheel of the axle the vehicle FZ towards or from axis to axis causes a counter-suspension.
  • the stabilization device S now provides that the body spring is counteracted by a corresponding movement of the adjusting elements ST1 and ST2 and the influences caused by the rocking motion WB, the rolling motion RB or the lifting movement HB are compensated, so that the driving stability - in particular in extreme driving - is increased.
  • the described device for vehicle stabilization also allows a stabilizing asymmetric or diagonal adjusting movement, for example, when rebounding on a wheel of the front axle rebounding on the diagonally opposite wheel of the rear axle (eg when cornering) is compensated.
  • the actuating element ST1-ST4 and the spring element FE are separate components, so that a conventional spring element can continue to be used for the spring element FE.
  • This measure not only has the advantage that in this way a cost-effective design is achieved.
  • the described separation of spring elements FE and stabilizing element ST1-ST4 makes it possible to install the described system for stabilizing a vehicle FZ in a particularly simple manner, without requiring a change in the bodywork or chassis construction.
  • the structure described has the advantage that even existing vehicles can be retrofitted with the described system for stabilizing the vehicle FZ.
  • the stabilizing element ST1 shown in Figure 2 consists essentially of a holder 9 which attaches to the upper end 13a of the coil spring 13 with its central portion 9a and merges into a substantially parallel to the longitudinal direction of the coil spring 13 extending outer portion 9b.
  • An end portion 9 c of the holder forms an abutment for a concentric to
  • Coil spring 13 arranged, the coil spring 13 surrounding pressure cylinder 1, which has a housing 2 with a cylinder 4.
  • an annular piston 5 is slidably mounted, which has a piston rod 6, which emerges through a seal closure 8 from the housing 2 and the end 9c of the holder 9 acts.
  • pressure supply lines are provided, wherein in the upper part of a pressure supply line 3 and at the bottom of a pressure supply line 7 are present.
  • the pressure cylinder 1 divided by the annular piston 5 into two piston halves 1 ', 1 "has pressure discharge lines 11 and 12 elsewhere, the pressure discharge line 11 in the upper piston half 1' and the pressure discharge line 12 in the lower piston half 1 "is arranged.
  • a double-acting impression cylinder 1 is formed, which allows an active displacement of the piston rod 6 both upwards and downwards.
  • the attached via screws 15 to the pressure cylinder 1 body K actively discontinued when the lower piston half 1 "on the pressure supply line 7 with a pressurized pressurized hydraulic medium is applied, which causes the annular piston 5 is pushed upward, causing the piston rod 6 moves back into the interior of the printing cylinder 1.
  • the return line 11 of the upper piston half 1 ' is preferably opened in order to facilitate the backflow of the hydraulic medium possibly contained therein.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a spring element FE 'equipped with the described location element ST, which in terms of its structure and function substantially corresponds to the first embodiment, so that corresponding parts can be given the same reference numbers.
  • the difference between these two embodiments is essentially that the spring element FE 'shown in Figure 3 except the coil spring 13 still has a corresponding damper 16 which is connected to the body K via a screw connection 17.
  • Figure 5 shows such a construction on a rear wheel of the aforementioned vehicle model.
  • FIGS. 14a and 14b show the corresponding installation for an automobile of the BMW 7 series.
  • the described device for vehicle stabilization creates an active, dynamic system which effects a stabilization of the vehicle by the application of an additional restoring force R in order to maintain or bring the vehicle into indifferent equilibrium ,
  • the use of double-acting pressure cylinders 1 has the advantage that the body K - independent of the respective wheel load - can be moved both down and up.

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, bei dem einem jeden Rad (VR1, VE2, HR1, HR2) des Fahrzeugs (FZ) ein Federelement (FE, FE') sowie ein Stabilisierungselement (ST1-ST4) zugeordnet ist, durch das sich der Bodenabstand einer Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) radweise verändern läßt. Es ist vorgesehen, daß das Stellelement (ST1-ST4) zwischen der Karosserie (K) und dem Federelement (FE, FE') angeordnet ist, und daß durch das Stellelement (ST1-ST4) für jedes Rad (VR1, VR2, HR1, HR2) zum Ausgleich von fahrzeuginternen und/oder fahrzeugexternen Störkräften eine zwischen dem jeweiligen Rad (VR1, VR2, HR1, HR2) und der Karosserie (K) wirkende, die Rückstellkraft des Federelements (FE, FE') ergänzende Rückstellkraft (R) erzeugbar ist, so daß durch die Wirkung des oder der Stellelemente (ST1-ST4) die Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) von einem labilen Gleichgewicht in ein indifferentes Gleichgewicht bringbar oder im indifferentes Gleichgewicht haltbar ist.

Description

Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, bei dem einem jeden Rad des Fahrzeugs ein Federelement sowie ein Stabilisierungselement zugeordnet ist, durch das sich der Bodenabstand einer Karosserie des Fahrzeugs radweise verändern läßt.
Es ist bekannt, daß zur Erzielung einer hohen Fahrsicherheit die Fahrzeugstabili- tat eine große Rolle spielt. Die Fahrzeugstabilität wird von der Karosseriestabilität und der Fahrstabilität beeinflußt, wobei die Karosseriestabilität ihrerseits unter dem Aspekt der Wippstabilität, also der Stabilität gegenüber einer Drehung um eine Querachse, der Rollstabilität, also die Stabilität gegenüber einer Drehung um eine Längsachse in Querrichtung, der Gierstabilität, also die Stabilität
ORIGINAL UNTERLAGEN gegenüber einer Drehung um die Hochachse, und der Hubstabilität, also der Stabilität in Höhenrichtung, zu betrachten ist. Für die Fahrzeugdynamik ist die Gleichgewichtsproblematik von maßgebender Bedeutung, die im höchsten Maße die Stabilität des Fahrzeugs bestimmt. Unter den vielen Aspekten der Fahrstabili- tat ist die Kursstabilität von besonderer Bedeutung, die in Gefahr ist, wenn ein Effekt aus vermehrtem Einfluß der Masseverteilung eines Fahrzeugs auftritt.
Um eine maximale Beibehaltung der Kursstabilität und der Steuerbarkeit des Fahrzeugs und somit eine möglichst hohe aktive Sicherheit zu erreichen, ist z.B. aus der DE-OS 42 31 641 bekannt, daß ein Regelsystem erforderlich ist, das in schwierigen Fahrsituationen das dabei auftretende labile Gleichgewicht, also ein Gleichgewicht, in dem der Schwerpunkt fällt und nicht mehr in seine alte Position zurückkehrt, in ein indifferentes Gleichgewicht, also ein gegenüber Störungen unempfindliches Gleichgewicht, überzuführen versucht.
Bis jetzt wurde bei Fahrzeugen mit Schraubenfederung vorgesehen, daß bei dem in andauernder Rückkopplungsaktion wirkende Regelsystem zur dynamischen Gleichgewichtswiederherstellung im wesentlichen als Gegenkräfte die Gegenfederung der Schraubenfederung/dämpfung und die eingebaute Fahrzeugsteifheit wirken. Bei den bekannten Regelsystemen ist daher ein spezieller Aufbau der Federungselemente des Fahrzeugs erforderlich, welcher zu erhöhten Herstellungs- kosten führt. Außerdem ist es hierbei nötig, Karosserieeinfederungen mit passiver Aktion des Schraubenfederungsregelsystems mit mangelnder Systemeffizienz zu erdulden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß besonders einfach eine effiziente Fahrzeugstabilisie- rung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß anstatt einer dynamischen Fahrzeuginstabilität, die bei den bekannten Fahrzeugen durch den Kompromiß, der bei den Federelementen und der Fahr- werkskonstruktion eingegangen werden muß, hervorgerufen wird, eine dynamische Stabilität des Fahrzeugs dadurch erzeugt wird, indem der passiven Regelwirkung der Federelemente eine dynamische Rückstellkraft durch die Stellelemente beigefügt wird, so daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung es ermög- licht wird, die Fahrzeugstabilität dynamisch zu erhöhen, ohne daß es eines Eingriffs in die Karosserie oder in die Fahrwerkskonstruktion bedarf.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in vorteilhafter Art und Weise mit bekannten Federelemten des Fahrzeugs anwendbar. Sie erlaubt eine hohe Verbesserung der konventionellen Federung durch die bekannten Federelemente, indem ein aktives, dynamisches Regelsystem geschaffen wird, welches den bekannten Federelementen ihre Funktion beläßt, sogar eine Reduktion von deren Steifheit erlaubt und zusätzlich die Federelemente mit der vorteilhaften Eigenschaft der aktiven Karosseriestabilisierung und einer beliebigen Niveauregulierung ausstattet.
Weiter mit der Erfindung erzielbare Vorteile bestehen darin, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine aktive Sicherheit und einen Komfort erzeugen, da durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Federwirkung der bekannten Federelemente unterstützt und lediglich die zum Ausgleich der durch fahrzeuginterne und/oder fahrzeugexterne Einflüsse hervorgerufenen Störung erforderliche Rückstellkräfte in der Gegenfederungsleistung zur maximalen Fahrzeugstabilität erzeugt werden. Im Fall eines Ausfalls der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in vorteilhafter Art und Weise weiterhin eine uneingeschränkte Fahrzeugnutzung möglich, während bei bekannten Vorrichtungen, insbesondere bei hydraulischen Federungsfahrwerksystemen, deren Ausfall zu erheblichen Einschränkungen in der Fahrzeugnutzung führt, so daß bei diesem im Regelfall nur eine Notnutzung eines derartigen Fahrzeugs möglich ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungbeispiel zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer
Darstellung,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Stabilisierungselements,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Stabilisierungselements,
Figur 4 einen Einbau der ersten Ausführungsform des Stabilisierungselement bei einem Vorderrad eines Fahrzeugs der Type Daimler-Benz 190,
Figur 5 einen Einbau der ersten Ausführungsform des Stabilisierungselement bei einem Hinterrad eines Fahrzeugs der Type Daimler-Benz 190,
Figur 6 eine schematische Darstellung verschiedener Bewegungen einer Karosserie des Fahrzeugs,
Figur 7a eine schematische Darstellung einer beim Stand der Technik auftretenden Wippbewegung,
Figur 7b eine schematische Darstellung der bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung auftretenden Wippbewegung, Figur 8a eine schematische Darstellung der beim Stand der Technik auftretenden Rollbewegung
Figur 8b eine schematische Darstellung der beim Ausführungsbeispiel der Erfindung auftretenden Rollbewegung,
Figur 9a eine schematische Darstellung einer Niveauregulierung gemäß dem Stand der Technik,
Figur 9b eine schematische Darstellung einer Niveauregulierung gemäß der Erfindung,
Figur 10a eine schematische Darstellung einer belastungsabhängigen Karos- serieeinfederung gemäß dem Stand der Technik,
Figur 10b eine schematische Darstellung einer belastungsabhängigen Niveauregulierung gemäß der Erfindung,
Figur 11a eine schematische Darstellung einer Karosserieeinfederung gemäß dem Stand der Technik
Figur 11b eine schematische Darstellung einer Karosserieeinfederung gemäß der Erfindung,
Figur 12a eine schematische Darstellung einer durch Bremsen hervorgerufenen Karosserieeinfederung gemäß dem Stand der Technik,
Figur 12b eine schematische Darstellung einer durch Bremsen hervorgerufe- nen Karosserieeinfederung gemäß der Erfindung,
Figur 13 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels, Figur 14a eine schematische Darstellung einer Vorderachse eines BMW-Fahrzeugs der 7er-Reihe,
Figur 14b eine schematische Darstellung einer Hinterachse eines BMW-Fahrzeugs der 7er-Reihe.
Bevor nun das in Figur 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs beschrieben wird, soll diesen Erläuterungen eine kurze Beschreibung der die Fahrzeugstabilität des Fahrzeugs im wesentlichen beeinflussenden Faktoren vorangestellt werden.
Wie in Figur 6 schematisch dargestellt ist, unterteilt sich die Karosseriestabilität im wesentlichen in eine Wippstabilität, also in eine Stabilität gegenüber einer Wippbewegung WB um eine Querachse QA, in eine Rollstabilität, also eine Stabilität gegenüber einer Rollbewegung RB um eine Längsachse LA, eine Gierstabilität, also eine Stabilität gegenüber einer Gierbewegung GB um eine Hochachse HA, und in eine Hubstabilität, also eine Stabilität gegenüber einer Hubbewe- gung HB in Richtung der Hochachse HA. Wie aus der Figur 7a ersichtlich ist, tritt bei einem nicht mit der beschriebenen Vorrichtung ausgestatteten Fahrzeug FZ ein Wippmoment WM um die Querachse QA auf, das von den Federelemten FE des Fahrzeugs FZ aufgefangen werden muß. In entsprechender Art und Weise müssen die Federelemente FE das bei einer Rollbewegung RB (siehe Figur 8a) auftretende Rollmoment RM um die Längsachse LA des Fahrzeugs FZ ausgleichen. Bei einer Hubbewegung HB des Fahrzeugs FZ in Richtung der Hochachse HA (siehe Figur 9a) muß auch diese Hubbewegung HB, nämlich das Steigen oder das Sinken des Fahrzeugs FZ in Richtung der Hochachse HB, durch die Federelemente FE aufgefangen werden.
Um nun auch beim Auftreten derartiger Bewegungen WB, RB, GB, HB das Fahrzeug FZ stabilisieren zu können, dient nun die in Figur 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zur Fahrzeugstabilisierung: Dieses weist eine Regelungseinheit 5 mit einem Mikroprozessor auf, dem die Signale mehrerer Sensoren zugeführt werden. Ein oder mehrere Beschleunigungssensoren 4 messen die aktuell auftretende Beschleunigung des Fahrzeugs FZ, ein an jedem Federelement FE, das in dem hier gezeigten Fall als Schraubenfeder 13 ausgebildet ist, vorhandener, vorzugsweise als Gasventil-Potentiometer 10 (siehe Figur 2, 3) ausgebildeter Einfederwegsensor 4a mißt den aktuellen Einfederweg eines jeden Federelements FE des Fahrzeugs FZ, ein vorzugsweise als optoelektronischer Sensor ausgebildeter Lenkwinkelsensor 4b mißt den Einlenkungwinkel der Vorderräder VR1 , VR2 des Fahrzeugs FZ, ein Bremsensor 4c liefert ein die Verzögerung des Fahrzeugs charakterisierendes Sensorsignal an die Regeleinrichtung 5, ein Geschwindigkeitssensor 4d übermittelt ein die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs FZ charakterisierendes Sensorsignal an die Regeleinrichtung 5, ein Giergeschwindigkeitssensor 4e liefert ein die aktuelle Gierbewegung GB des Fahr- zeugs FZ charakterisierendes Sensorsignal und ein Querbeschleunigungssensor 4f liefert ein die Querbeschleunigung des Fahrzeugs FZ charakterisierendes Sensorsignal.
Die Regeleinrichtung 5 berechnet nun aus den ihr zugeführten Sensorsignalen entsprechende Stellsignale für eine Stabilisierungseinrichtung S, die - wie nach- stehend beschrieben wird - Stellaktionen ausführt, um das Fahrzeug in einem indifferenten Gleichgewicht zu halten, indem entsprechende Rückstellkräfte erzeugt werden, die einer Auslenkung des Fahrzeugs aus dem indifferenten Gleichgewicht entgegenwirken bzw. das indifferente Gleichgewicht wiederherstellen. Das derart gebildete Fahrzeug-Stabilisierungssystem bringt also das Fahrzeug FZ wieder in dynamisches Gleichgewicht zurück.
Die eine Hochdruck-Hydraulik 2 (vorzugsweise bis zu 10MPa) mit einen Tank 6 und einen Druckspeicher 7 für das Hydrauliköl aufweisende Stabilisierungseinrichtung S bewirkt z.B., daß - wie aus den Figuren 7a und 7b ersichtlich - bei einer durch das Wippmoment WM hervorgerufenen Wippbewegung WB des Fahrzeugs FZ die Karosserie K des Fahrzeugs FZ im Bereich der Vorderräder VR1 und VR2 durch die Stellelemente ST1, ST2 angehoben wird, während - falls erforderlich - die Karosserie K im Bereich der beiden Hinterräder HR1 und HR2 durch die an diesen Rädern angreifenden Stellelement ST3 und ST4 abgesenkt wird.
Bei einer in den Figuren 8a und 8b dargestellten Rollbewegung RB des Fahrzeugs FZ ist vorgesehen, daß die Karosserie K des Fahrzeugs FZ durch das Fahrzeugstabilisierungssystem aus ihren in der Figur 8a strichliertn dargestellten Position in ihre in Figur 8b durchgezogen dargestellte Position gebracht wird, in- dem die Stelleinrichtung S bewirkt, daß die Karosserie K durch die entsprechenden Stellelemente, in dem hier gezeigten Fall die Stellelemente ST2 und ST4 angehoben und ggf. auf der anderen Seite durch die Stellelemente ST1 , ST3 abgelenkt wird.
Bei der in den Figuren 9a und 9b dargestellten Hubbewegung HB des Fahrzeugs FZ sieht die Stabilisierungseinrichtung S vor, daß der gewünschte Bodenabstand der Karosserie K des Fahrzeugs F2 in seiner Hochachse HA durch ein Anheben und/oder Absenken der Karosserie durch die Stellelemente ST1-ST4 mittels der von diesen erzeugten Rückstellkraft R erzeugt wird.
Dem Fachmann ist selbstverständlich klar ersichtlich, daß die drei oben genann- ten Bewegungsvorgänge nur einen kleinen Ausschnitt aus der Vielzahl der denkbaren Regelungsvorgänge sind. Im praktischen Fahrbetrieb ist natürlich in der Regel eine Kombination der oben genannten Einwirkungen vorhanden. Z.B. ist bei den in den Figuren 10a und 10b dargestellten Situation einer an Vorderachse und Hinterachse unterschiedlichen Radbelastung eine entsprechende Niveaure- gulierung erforderlich, um die Karosserie K in einem indifferenten Gleichgewicht zu halten bzw. sie in ein indifferentes Gleichgewicht zu bringen. Während z.B. bei einem die beschriebene Fahrzeugstabilisierungseinrichtung nicht aufweisenden Fahrzeug FZ eine größere Belastung im Bereich der Hinterräder HR1 und HR2 bewirken würde, daß sich die Karosserie K in die in Figur 10a strichliert gezeigte Stellung absenken würde, wird bei einem die beschriebe- ne Stabilisierungseinrichtung S aufweisenden Fahrzeug FZ durch eine entsprechende Stellbewegung der hinteren Stellelemente ST3 und ST4 bewirkt, daß die Karosserie K im hinteren Bereich angehoben wird und somit in ihr indifferentes Gleichgewicht gebracht.
Beim Fahren durch eine Kurve, bei Seitenwind oder beim Fahren über eine Fahr- bahn mit Schrägneigung tritt - wie anhand der Figuren 11a und 11 b erläutert wird - u.a. eine Rollbewegung RB der Karosserie K auf, die zu einer unterschiedlichen Radbelastung führt. Bei einem konventionellen Fahrzeug FZ werden bei der in den Figuren 11a und 11 b dargestellten Fahrsituation die linken Räder VR1 und HR1 stärker belastet als die rechten Räder VR2 und HR2, so daß sich die Karos- serie K in die in Figur 11a strichliert dargestellte Stellung absenken würde. Indem nun die Stabilisierungseinrichtung S vorsieht, daß die Karosserie K durch die Stellelemente ST1 und ST3 angehoben wird, gelangt die Karosserie K wieder in ihr indifferentes Gleichgewicht.
Bei der in den Figuren 12a und 12b dargestellten Fahrsituation, die beim Brem- sen und Beschleunigen auftritt, führen die Wippbewegung WB, die Rollbewegung RB und/oder die Hubbewegung HB der Karosserie K zu unterschiedlichen Radbelastungen, wobei eine starke Gewichtsverlagerung zu einem Rad der Achse des Fahrzeugs FZ hin oder von Achse zu Achse eine Gegenfederung verursacht. Die Stabilisierungseinrichtung S sieht nun vor, daß durch eine entsprechende Bewegung der Stellelemente ST1 und ST2 der Karosserieeinfederung entgegengetreten wird und die von der Wippbewegung WB, der Rollbewegung RB oder der Hubbewegung HB hervorgerufenen Einflüsse kompensiert werden, so daß die Fahrstabilität - insbesondere bei extremer Fahrweise - erhöht wird. Die beschriebene Vorrichtung zur Fahrzeugstabilisierung ermöglicht auch eine stabilisierende asymmetrische oder diagonale Stellbewegung, z.B. dann, wenn bei einem Einfedern an einem Rad der Vorderachse ein Ausfedern an dem diagonal gegenüberliegenden Rad der Hinterachse (z.B. bei Kurvenfahrt) ausgeglichen wird.
Dem Fachmann ist aus den vorstehenden Erläuterungen klar ersichtlich, daß stets zum Ausgleich der von fahrzeugexternen und/oder fahrzeuginternen Stör- kräften bewirkten Einflüsse eine zwischen dem jeweiligen Rad VR1 , VR2, HR1 , HR2 und der Karosserie K wirkende Rückstellkraft R durch die Stellelemente ST1 -ST4 erzeugt wird, um durch die Wirkung des oder der Stellelemente
ST1-ST4 die Karosserie K des Fahrzeugs FZ von einem labilen Gleichgewicht in ein indifferentes Gleichgewicht zu bringen oder im indifferenten Gleichgewicht zu halten, wobei wesentlich ist, daß die Rückstellkräfte R die jeweilige Rückstellkraft des Federelements FE ergänzen. Dies besitzt den Vorteil, daß die beschriebene Stabilisierungseinrichtung S und die Stellelemente ST1-ST4 an bereits bestehenden Federelementen nachgerüstet werden können, oder daß bekannte Fahr- werkskonstruktionen mit der beschriebenen Stabilisierungseinrichtung S und den Stellelementen ST1-ST4 ausgerüstet werden können.
Um die beschriebene Stellbewegung der Stellelemente ST1-ST4 durchzuführen, ist vorgesehen, daß diese vorzugsweise wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind. Diese beiden Figuren zeigen ein Federelement FE bzw. FE', das in dem hier gezeigten Fall eine Schraubenfeder 13 aufweist. Die Schraubenfeder 13 steht in an und für sich bekannter Art und Weise mit ihrem unteren Ende mit dem Rad und mit ihrem oberen Ende 13a mit der Karosserie K in Wirkverbindung. Ein derartiger Aufbau ist bekannt und muß daher nicht näher beschrieben werden.
Um nun in besonders einfacher Art und Weise ein die Stellbewegungen der Fahrzeugsstabilisierungsvorrichtung durchführendes Stellelement ST1-ST4 auszubilden, ist vorgesehen, daß das Stellelement ST1-ST4 und das Federelement FE separate Bauteile sind, so daß für das Federelement FE weiterhin ein konventionelles Federelement verwendet werden kann. Diese Maßnahme besitzt nicht nur den Vorteil, daß hierdurch ein kostengünstiger Aufbau erreicht wird. Vielmehr ermöglicht es die beschriebene Trennung von Federelementen FE und Stabilisie- rungselement ST1-ST4, daß das beschrieben System zur Stabilisierung eines Fahrzeugs FZ besonders einfach eingebaut werden kann, ohne daß hierzu eine Änderung in der Karosserie- oder Fahrwerkskonstruktion erforderlich wäre. Außerdem besitzt der beschriebene Aufbau den Vorteil, daß auch bereits existierende Fahrzeuge mit dem beschriebenen System zur Stabilisierung des Fahrzeugs FZ nachgerüstet werden können.
Das in Figur 2 dargestellte Stabilisierungselement ST1 besteht im wesentlichen aus einem Halter 9, der am oberen Ende 13a der Schraubenfeder 13 mit seinem zentralen Bereich 9a ansetzt und in einen im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Schraubenfeder 13 verlaufenden äußeren Abschnitt 9b übergeht. Ein Endabschnitt 9c des Halters bildet ein Widerlager für einen konzentrisch zur
Schraubenfeder 13 angeordneten, die Schraubenfeder 13 umgebenden Druckzylinder 1 aus, der ein Gehäuse 2 mit einem Zylinder 4 aufweist. Im Zylinder 4 ist ein Ringkolben 5 verschiebbar gelagert, der eine Kolbenstange 6 aufweist, die durch einen Dichtungsverschluß 8 aus dem Gehäuse 2 austritt und den Endbe- reich 9c des Halters 9 beaufschlagt. Beidseitig des Ringkolbens 5 sind Druckzuleitungen vorgesehen, wobei im oberen Bereich eine Druckzuleitung 3 und im unteren Bereich eine Druckzuleitung 7 vorhanden sind. In entsprechender Art und Weise weist der durch den Ringkolben 5 in zwei Kolbenhälften 1', 1" geteilte Druckzylinder 1 an anderer Stelle Druckableitungen 11 und 12 auf, wobei die Druckableitung 11 in der oberen Kolbenhälfte 1' und die Druckableitung 12 in der unteren Kolbenhälfte 1" angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird ein doppelwirkender Druckzylinder 1 ausgebildet, der eine aktive Verschiebung der Kolbenstange 6 sowohl nach oben als auch nach unten erlaubt. So wird z.B. die über Schrauben 15 an dem Druckzylinder 1 befestigte Karosserie K aktiv abgesetzt, wenn die untere Kolbenhälfte 1" über die Druckzuleitung 7 mit einem unter Druck stehenden Hydraulikmedium beaufschlagt wird, was bewirkt, daß der Ringkolben 5 nach oben gedrückt wird, wodurch sich die Kolbenstange 6 in das Innere des Druckzylinders 1 zurückbewegt. Es ist dem Fachmann klar ersichtlich, daß bei einer Druckbeaufschlagung der unteren Kolbenhälfte 1" die Rückleitung 11 der oberen Kolbenhälfte 1' vorzugsweise geöffnet ist, um ein Zurückströmen des evtl. sich darin befindlichen Hydraulikmediums zu erleichtern.
Soll nun die Karosserie angehoben werden, so wird die obere Kolbenhälfte 1' über die Druckzuleitung 3 mit dem unter Druck stehenden Hydraulikmedium beaufschlagt, so daß sich der Ringkolben 5 nach unten verschiebt, wodurch die Kolbenstange 6 aus dem Druckzylinder 1 herausbewegt wird und am Endbereich 9c des Halters 9 ansetzt und derart die Karosserie K nach oben bewegt.
In der Figur 3 ist eine zweite Ausführungsform eines mit dem beschriebenen Stellenelementen ST ausgerüsteten Federelements FE' dargestellt, die hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion im wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, so daß einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen werden können. Der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen besteht im wesentlichen darin, daß das in Figur 3 dargestellte Federelement FE' außer der Schraubenfeder 13 noch einen entsprechenden Dämpfer 16 aufweist, der mit der Karosserie K über eine Schraubenverbindung 17 verbunden ist.
In der Figur 4 ist nun das beschriebene Stellelement ST1 und das Federelment FE dargestellt, wie es bei einem Vorderrad eines Daimler-Benz 190-Fahrzeuges ausgebildet ist.
In entsprechender Art und Weise zeigt die Figur 5 eine derartige Konstruktion an einem Hinterrad des vorher genannten Fahrzeugmodells. In den Figuren 14a und 14b ist der entsprechende Einbau für ein Automobil der 7er-Baureihe der Firma BMW dargestellt.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß durch die beschriebene Vorrichtung zur Fahrzeugstabilisierung ein aktives, dynamisches System geschaffen wird, das ei- ne Stabilisierung des Fahrzeugs durch das Aufbringen einer zusätzlichen Rück- stellkraft R bewirkt, um das Fahrzeug im indifferenten Gleichgewicht zu halten oder in dieses zu bringen.
Die Verwendung eines vom eigentlichen Feder/Dämpfungselement FE, FE' getrennten Stabilisierungselements ST1-ST4 besitzt den Vorteil, daß die bereits be- stehende Fahrzeug- oder Fahrwerkskonstruktion nicht geändert werden muß, wenn ein Fahrzeug mit der beschriebenen Vorrichtung ausgerüstet oder nachgerüstet werden soll. Die Verwendung von doppelwirkenden Druckzylindern 1 besitzt den Vorteil, daß die Karosserie K - von der jeweiligen Radlast unabhängig - sowohl nach unten als auch nach oben bewegt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, bei dem einem jeden Rad (VR1 , VR2, HR1, HR2) des Fahrzeugs (FZ) ein Federelement (FE, FE') sowie ein Stabilisierungselement (ST1-ST4) zugeordnet ist, durch das sich der Bo- denabstand einer Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) radweise verändern läßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (ST1-ST4) zwischen der Karosserie (K) und dem Federelement (FE, FE') angeordnet ist, und daß durch das Stellelement (ST1-ST4) für jedes Rad (VR1, VR2, HR1, HR2) zum Ausgleich von fahrzeuginternen und/oder fahrzeugexternen Störkräften eine zwischen dem jeweiligen Rad (VR1 , VR2, HR1 , HR2) und der Karosserie (K) wirkende, die Rückstellkraft des Federelements (FE, FE' ) ergänzende Rück- stellkraft (R) erzeugbar ist, so daß durch die Wirkung des oder der Stellelemente (ST1-ST4) die Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) von einem labilen Gleichgewicht in ein indifferentes Gleichgewicht bringbar oder im indifferen- ten Gleichgewicht haltbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß durch die Stellelemente (ST1-ST4) eine Wippbewegung (WB) der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FK) ausgleichbar ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Vorrichtung eine Rollbewegung (RB) der Karosserie (K) des
Fahrzeugs (FZ) ausgleichbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Vorrichtung eine Gierbewegung (GB) der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) ausgleichbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Vorrichtung eine Hubbewegung (HB) der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) ausgleichbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Erzeugung der Rückstellkräfte (R) durch die Stellelemente
(ST1-ST4) dynamisch erfolgt.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Regeleinrichtung (5) aufweist, der Sensorsignale mindestens eines Sensors (4, 4a-4f) zuführbar sind, und durch die in Abhängigkeit von den ihr zugeführten Sensorsignalen ein eine Aktion mindestens eines der Stellelemente (ST1-ST4) bewirkendes Stellsignal erzeugbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor ein Beschleunigungssensor (4), ein Einfederwegsensor (4a), ein Lenkwinkelsensor (4b), ein Verzögerungssensor (4c), ein Geschwindigkeitssensor (4d), ein Gierbewegungssensor (4e) oder ein Querbeschleunigungssensor (4f) ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stellelement (ST1-ST4) ein von der Regeleinrichtung (5) ansteuerbares Steuerventil (3) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Hydraulikeinrichtung (2) mit Druckspeicher (7) und Tank (6) für das Hydraulikmedium aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Stellelemente (ST1-ST4) einen Halter (9) aufweist, der einen zentralen Bereich (9a) aufweist, der am Federelement (FE, FE') montierbar ist, der einen Endbereich (9c) aufweist, der ein Widerlager für einen ringförmigen, mit seinem einen Ende (1b) auf dem Endbereich (9c) des Halters (9) aufsetzenden Druckzylinder (1) ausbildet, und daß der Druckzylinder (1 ) mit seinem anderen Ende (1a) an der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) montierbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Bereich (9a) und der Endbereich (9c) des Halters (9) durch einen sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Federelements (FE; FE') erstrek- kenden mittleren Bereich (9b) verbunden sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (1) einen verschiebbaren Ringkolben (5) aufweist, durch den der ringförmige Druckkolben (1) in einen ersten (1') und einen zweiten Kolbenraum (1") unterteilt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kolbenräume (1'; 1") eine Druckzuleitung (3; 7) und eine Druckableitung (11 ; 12) aufweist, über die dem entsprechenden Kolbenraum (1'; 1") ein Druckmedium zu - und abführbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Druckzylinder (1) eine mit dem Ringkolben (5) verbundene Kolbenstange (6) aufweist, die durch einen Dichtungsverschluß (8) aus dem Druckkolben (1 ) herausgeführt ist und am Endbereich (9c) des Halters (9) ansetzt.
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