WO2012031615A1 - Vorrichtung zur veränderung des abstands des bodens einer karosserie eines fahrzeugs zur fahrbahn und zur stabilisierung des fahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung zur veränderung des abstands des bodens einer karosserie eines fahrzeugs zur fahrbahn und zur stabilisierung des fahrzeugs Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device for changing the distance of the floor of a body of a vehicle to the road and for stabilizing the 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, wherein the actuator (ST1-ST4) is disposed between the body (K) and the spring element (FE, FE '), and by the actuator (ST1-ST4) for each wheel (VR1, VR2, HR1, HR2) for compensation of vehicle-internal and / or vehicle-external disturbance forces between the respective wheel (VR1, VR2, HR1, HR2) and the body (K) acting, the restoring force of the spring element (FE, FE ') complementary restoring force (R) can be generated, so that by the effect of the one or more adjusting elements (ST1-ST4) the body (K) of the vehicle (FZ) of a labile balance in an indifferent equilibrium or indifferent balance is preserved.
  • vehicle stability plays a major role in achieving high driving safety.
  • the vehicle stability is influenced by the body stability and the 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 against rotation about the vertical axis, and the lifting stability, ie the stability in the height direction, is to be considered.
  • 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 against rotation about the vertical axis
  • the lifting stability ie the stability in the height direction
  • CONFIRMATION COPY Among the many aspects of driving stability is the heading stability of particular importance, which is at risk when an effect of increased influence of the mass distribution of a vehicle occurs.
  • a control system is required, which in difficult driving situations occurring labile equilibrium, ie a balance in which the center of gravity falls and no longer returns to its old position, trying to convert it into an indifferent equilibrium, that is, an equilibrium insensitive to disturbances.
  • This object is achieved in that at the same time to the restoring force a lifting force can be generated by the one or more adjusting elements, so that by the action of the or the adjusting elements of the distance of the bottom of the body of the vehicle relative to the roadway on all wheels of the vehicle is changeable.
  • the measures according to the invention is achieved in an advantageous manner that, instead of a dynamic vehicle instability and an adjustment of the distance of the body floor to the roadway, both in the known vehicles by the compromise, which must be addressed in the spring elements and the suspension structure, is caused , a dynamic stability of the vehicle is generated by the passive control action of the spring elements a dynamic restoring force is added by the adjusting elements and at the same time an active adjustment of the distance of the body floor to the roadway with respect to all wheels of the vehicle is enabled, so that by the device according to the invention it is possible to increase the vehicle stability dynamically, without the need for an intervention in the body or in the chassis construction and additional components must be contributed .
  • the inventive device is applicable in an advantageous manner with known spring elements of the vehicle.
  • the measures according to the invention produce active safety and comfort, since the spring action of the known spring elements is supported by the measures according to the invention and only the restoring forces required to compensate for the disturbance caused by in-vehicle and / or vehicle-external influences the Gegenfederungs antique be generated for maximum vehicle stability.
  • an unrestricted vehicle use is still possible in an advantageous manner, while in known devices, especially in hydraulic suspension suspension systems whose failure leads to significant restrictions in vehicle use, so that this usually only one emergency use of such Vehicle is possible.
  • Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • a particularly advantageous teaching of the invention provides that at least one of the actuating elements has a holder which has a central region which can be mounted on the spring element, which has an end region which is an abutment for a pressure cylinder unit, that the pressure cylinder unit comprises a housing with at least two cylinder chambers, that in the cylinder space at least one piston and a piston rod are provided, and that at least one piston rod with the end portion of the holder is operatively connected and at least one piston rod is operatively connected to the body.
  • the effect according to the invention can be provided particularly easily.
  • a further teaching of the invention provides that by the adjusting elements a rocking motion of the body of the vehicle, a rolling motion of the body of the vehicle, a yawing motion of the body of the vehicle, device lifting movement of the body of the vehicle is compensated.
  • the device according to the invention it is possible by the device according to the invention to counteract all the influences that can act on the vehicle during the driving operation, while maintaining the desired comfort desired.
  • the piston rod of a cylinder chamber is led out at the top of the pressure cylinder unit and the piston rod at the bottom of the pressure cylinder unit from the pressure cylinder unit, wherein preferably at least one cylinder chamber is designed as an annular piston, through which the cylinder space in a is divided into a first and a second cylinder space portion.
  • a further teaching of the invention provides that the pistons are acted upon hydraulically by a control unit, preferably controlled by at least one algorithm. This makes it possible in a simple manner within a housing compact to generate the two components of movement.
  • the hydraulic control allows sufficient pressures and force development, which are supplied via the control unit directly acting. It is possible via the algorithm, dosed to produce the desired effect.
  • Another teaching of the invention provides that the generation of the restoring forces can be generated dynamically by the adjusting elements and / or that the generation of the lifting force by the adjusting elements can be statically generated.
  • the device has a control device, the sensor signals of at least one sensor can be fed, and by the function of the sensor signals supplied to it an action of at least one of the adjusting elements effecting control signal can be generated.
  • the at least one sensor is an acceleration sensor, a compression travel sensor, a steering angle sensor, a deceleration sensor, a speed sensor, a yaw motion sensor, a lateral acceleration sensor, or a displacement sensor.
  • each actuator per cylinder space has at least one controllable by the control device control valve.
  • the control is hydraulic.
  • the device has a hydraulic device with accumulator and tank for the hydraulic medium. A corresponding activation is possible via the sensors.
  • a further teaching of the invention provides that the central region and the end region of the holder are connected by a central region extending substantially parallel to the longitudinal direction of the spring element.
  • the cylinder chamber has a displaceable piston, by means of which the cylinder chamber is subdivided into a first and a second cylinder chamber section. It is advantageous that each of the cylinder space sections has a pressure feed line and a pressure discharge via which a pressure medium can be fed to and discharged from the corresponding cylinder space section.
  • Another teaching of the invention provides that the piston rod is guided out of the pressure piston unit by a sealing closure.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of an actuating element according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a second embodiment of an actuating element according to the invention
  • FIGS. 5a to 5c show different states of movement of the upper piston of the adjusting element according to the invention
  • 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
  • FIG. 8a shows a schematic illustration of the rolling movement occurring in the prior art
  • FIG. 8b shows a schematic illustration of the rolling movement occurring in the exemplary embodiment of the invention
  • Figure 9a is a schematic representation of a dynamic level control according to the prior art
  • 9b is a schematic representation of a dynamic level control according to the invention.
  • FIG. 10a shows a schematic representation of a load-dependent body spring suspension according to the prior art
  • FIG. 10b a schematic representation of a load-dependent level control according to the invention
  • Figure 11 a is a schematic representation of a body spring suspension according to the prior art
  • FIG. 11b shows a schematic illustration of a body spring suspension according to the invention
  • FIG. 12a is a schematic representation of a brake induced body spring according to the prior art
  • Figure 12b is a schematic representation of a caused by braking body suspension according to the invention
  • Figure 13a is a schematic representation of a non-possible static change in the distance of the floor of the body to the road.
  • Figure 13b is a schematic representation of a static change in the distance of the bottom of the body to the roadway according to the invention.
  • FIG. 1 Before the exemplary embodiment of a device for changing the distance of the floor of a vehicle to the roadway and for stabilizing the vehicle is schematically described in FIG. 1, a brief description of the factors essentially influencing the vehicle stability of the vehicle is intended to be preceded by these explanations. As shown schematically in FIG. 1, a brief description of the factors essentially influencing the vehicle stability of the vehicle is intended to be preceded by these explanations. As shown schematically in FIG. 1,
  • 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, a stability with respect to a yawing movement GB about a vertical axis HA, and in a lifting stability, ie a stability with respect to a stroke movement HB in the direction of the vertical axis HA.
  • a rocking moment WM occurs about the transverse axis QA, which has to 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 too must Lifting movement HB, namely the rise or fall of the vehicle FZ in the direction of the vertical axis HB, are absorbed by the spring elements FE.
  • the device for vehicle stabilization shown schematically in FIG. 1 now serves: It has a control unit 50 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 50
  • 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 Que Acceleration of the vehicle FZ characterizing sensor signal
  • a displacement sensor 4g provides a value for the path by which the control elements STE statically raised the body K.
  • the control device 5 now calculates from the sensor signals supplied to it corresponding control signals for a stabilization and height adjustment device S - as will be described below - executes positioning actions to keep the vehicle in an indifferent equilibrium, by generating corresponding restoring forces that a deflection of the To counteract vehicle from the indifferent equilibrium or restore the indifferent balance and at the same time is able to adjust the height of the bottom of the body K with respect to the road.
  • the system thus formed brings the vehicle FZ back into dynamic equilibrium while the body height is adjustable.
  • the high-pressure hydraulic system 20 (preferably up to 10 MPa) with a tank 60 and an accumulator 70 for the hydraulic oil having stabilization and height change means S causes, for example - as shown in Figures 7a and 7b - at a rocking motion caused by the rocking WM WB of the 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.
  • a rolling movement RB of the vehicle FZ shown in FIGS. 8a and 8b it is provided that the body K of the vehicle FZ is brought from its position shown dashed in FIG. 8a into its position shown in solid line in FIG. 8b by the vehicle stabilization system by the stabilization - And height adjustment means S causes the body K is raised by the corresponding adjusting elements, in the case shown here, the adjusting elements ST2 and ST4 and possibly deflected on the other side by the adjusting elements ST1, ST3.
  • the stabilization and height-changing 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 is generated by means of the restoring force R generated by these.
  • a vehicle FZ not having the described vehicle stabilization device has a greater load in the region of Rear wheels HR1 and HR2 would cause the body K would lower to the position shown in broken lines in Figure 10a, is caused by a corresponding adjusting movement of the rear control elements ST3 and ST4 in a described stabilization and height changing means S vehicle FZ that the Body K is raised in the rear area and thus brought into their indifferent balance.
  • the stabilizing and height-changing device S now provides that the body spring deflection is counteracted by a corresponding movement of the adjusting elements ST1 and ST2 and the influences caused by the rocking movement WB, the rolling movement RB or the lifting movement HB are compensated, so that the driving stability - in particular at 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.
  • a restoring force R acting between the respective wheels VR1, VR2, HR1, HR2 and the body K is always generated by the adjusting elements ST1-ST4 in order to compensate the influences caused by external and / or in-vehicle disturbance forces is to bring by the action of the one or more of the control elements ST1-ST4, the body K of the vehicle FZ of a labile equilibrium in an indifferent equilibrium or to maintain the indifferent equilibrium, wherein it is essential that the restoring forces R, the respective restoring force of the spring element Supplement FE.
  • the distance of the bottom of the body K is set to the road.
  • This feature is absent in the prior art version shown in FIG. 13a.
  • the adjustability is suitable for different situations.
  • the active setting of the distance is called by the driver. This is, for example, vorOSEbar up to a definable speed, e.g. in a speed range below 50 km / h. This is helpful, for example, when driving over obstacles such as curbs, etc.
  • Another possibility is the simple active control of the distance as a function of speed by the one and extending piston rods 6 from the pressure cylinder unit 1.
  • the ground clearance increase and use this actively, for example, in off-road driving.
  • FIGS. 2 and 3 show a spring element FE or FE ', which has a coil spring 13 in the case shown here.
  • the coil spring 13 is in a manner known per se with its lower end to the wheel and with its upper end 13a with the body K in operative connection. Such a structure is known and therefore need not be described in detail.
  • 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 for the described system for stabilizing a vehicle FZ to be installed particularly simply, without requiring a change in the body 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 9c of the holder forms an abutment for a concentric to the coil spring 13 arranged, the coil spring 13 surrounding pressure cylinder unit 1, comprising a housing 2 with two cylinder chambers 14a and 14b.
  • a piston 5, hie executed as an annular piston 5, slidably mounted, wherein the annular piston 5 each having a piston rod 6, each of which exits through a seal closure 8 from the housing 2.
  • the lower annular piston 5 acts on the end region 9c of the holder 9.
  • the upper annular piston 5 acts on the body K of the vehicle FZ.
  • pressure supply lines are provided 3.7, wherein in the upper region of the respective cylinder chamber 14 a, 14 b, a pressure supply line 3 and at the bottom of a pressure supply line 7 are present.
  • the respective cylinder space 14a, 14b divided by the annular piston 5 into two cylinder space halves 1a, 1b has pressure discharges 11 and 12 elsewhere, the pressure discharge line 11 in the upper cylinder space half 1a and the pressure discharge line 12 in the lower cylinder space half 1b is arranged.
  • This measure is a double-acting cylinder formed, which allows an active displacement of the piston rod 6 both up and down.
  • the attached via the piston rod 6 of the upper annular piston 5 to the pressure cylinder unit 1 body K actively discontinued when the lower cylinder chamber half 1a is acted upon by the pressure supply line 7 with a pressurized hydraulic fluid, which causes the annular piston 5 is pushed upwards the piston rod 6 moves back into the interior of the lower cylinder chamber 14b.
  • the return line 11 of the upper cylinder chamber half 1a is preferably opened in order to facilitate a backflow of the hydraulic medium possibly located therein.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a spring element FE 'equipped with the described location element ST, which essentially corresponds in its structure and function to the first embodiment according to FIG. 2, so that corresponding parts can be given the same reference numbers.
  • the difference between these two embodiments is essentially that the spring element shown in Figure 3 FE 'except the coil spring 13 still a corresponding damper 16 which is connected to the body K via the holder 9.
  • FIGS. 4a to 4c different operating states of the ST are shown with partially extended annular piston 5 in the upper cylinder chamber 14a.
  • the distance of the body K to the driving surface with respect to the upper cylinder chamber 14a is not changed.
  • the lower annular piston 5 is at the upper end of the cylinder space 14 b, so that the lower portion 9 c of the holder 9 is located on the housing 2.
  • the lower annular piston 5 has been moved from the upper end of the cylinder chamber 14b in the central region of the cylinder chamber 14b with the piston movement KB.
  • the annular piston 5 is located at the lower end of the cylinder chamber 14b.
  • FIGS 5a to 5c are different operating states of ST 1 to 4 shown in retracted annular piston 5 in the lower cylinder chamber 14b. In this respect, no previously described compensation movement is performed.
  • the upper ring piston 5 at the lower end of the cylinder chamber 14a so that the body K of the vehicle FZ is not raised.
  • the upper annular piston 5 has been moved from the lower end of the cylinder chamber 14a in the central region of the cylinder chamber 14a with the piston movement KB, so that the body K of the vehicle FZ is raised accordingly.
  • the annular piston 5 is located at the upper end of the cylinder chamber 14a, so that the body K of the vehicle FZ is completely raised.
  • the described device for vehicle stabilization an active dynamic system is created, which causes a stabilization of the vehicle by the application of an additional restoring force R in order to keep the vehicle in indifferent balance or in this.
  • the distance of the bottom of the body K is adjustable to the road.
  • the use of a separate from the actual spring / damping element FE, FE 'stabilization and height adjustment device S has the advantage that the existing vehicle or chassis structure does not need to be changed when a vehicle is to be equipped or retrofitted with the device described.
  • the use of double-acting annular piston 5 has the advantage that the body K - can be moved independently of the respective wheel load both down and up, both with respect to a wheel and on all wheels simultaneously and actively controlled by the driver or the control unit 5.

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Veränderung des Abstands eines Bodens einer Karosserie eines Fahrzeugs zur Fahrbahn und zur Stabilisierung des 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 der Bodenabstand der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) einstellbar ist und radweise änderbar ist, wobei das Stellelement (ST1-ST4) zwischen der Karosserie (K) und dem Federelement (FE, FE') angeordnet ist, und wobei 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 (R) 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 indifferenten Gleichgewicht haltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch das oder die Stellelemente (ST1 -ST4) gleichzeitig zur Rückstellkraft (R) eine Hubkraft (HK) erzeugbar ist, so dass durch die Wirkung des oder der Stellelemente (ST1-ST4) der Abstand des Bodens der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) zur Fahrbahn bezogen auf alle Räder (VR1, VR2, HR1, HR2) des Fahrzeugs (FZ) änderbar ist.

Description

Vorrichtung zur Veränderung des Abstands des Bodens einer Karosserie eines Fahrzeugs zur Fahrbahn und zur Stabilisierung des Fahrzeugs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Veränderung des Abstands des Bodens einer Karosserie eines Fahrzeugs zur Fahrbahn und zur Stabilisierung des 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, wobei das Stellelement (ST1-ST4) zwischen der Karosserie (K) und dem Federelement (FE, FE') angeordnet ist, und wobei 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 indifferenten Gleichgewicht haltbar ist.
Es ist bekannt, dass zur Erzielung einer hohen Fahrsicherheit die Fahrzeugstabilität 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 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.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Unter den vielen Aspekten der Fahrstabilität 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 dahin 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 Herstellungskosten führt. Außerdem ist es hierbei nötig, Karosserieeinfederungen mit passiver Aktion des
Schraubenfederungsregelsystems mit mangelnder Systemeffizienz zu erdulden.
Aus WO 98/30405 A1 ist eine eingangs genannte Vorrichtung ohne die Änderung des Bodenabstandes bekannt. Verbesserungswürdig bei diesem Ansatz ist, dass zusätzlich zu dynamischen Änderungen im Fahrwerk auch statische Änderungen möglich sind, insbesondere was den Abstand des Karosseriebodens betrifft.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass besonders einfach eine effiziente Fahrzeugstabilisierung erreichbar bleibt und gleichzeitig es möglich wird, auf einfache Weise eine Änderung des Abstands des Karosseriebodens im Bezug auf den Boden erreichbar wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass durch das oder die Stellelemente gleichzeitig zur Rückstellkraft eine Hubkraft erzeugbar ist, so dass durch die Wirkung des oder der Stellelemente der Abstand des Bodens der Karosserie des Fahrzeugs zur Fahrbahn bezogen auf alle Räder des Fahrzeugs änderbar ist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass anstatt einer dynamischen Fahrzeuginstabilität und eine Einstellung des Abstands des Karosseriebodens zur Fahrbahn, die beide bei den bekannten Fahrzeugen durch den Kompromiss, der bei den Federelementen und der Fahrwerkskonstruktion 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 und gleichzeitig eine aktive Einstellung des Abstands des Karosseriebodens zur Fahrbahn bezogen auf alle Räder des Fahrzeugs ermöglicht wird, so dass durch die erfindungsgemäße Vorrichtung es ermöglicht wird, die Fahrzeugstabilität dynamisch zu erhöhen, ohne dass es eines Eingriffs in die Karosserie oder in die Fahrwerkskonstruktion bedarf und zusätzliche Komponenten beigesteuert werden müssen.. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in vorteilhafter Art und Weise mit bekannten Federelementen 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. Gleichzeitig wird der Abstand des Karosseriebodens zur Fahrbahn bezogen auf die Räder des Fahrzeugs auf einfache Weise sowohl direkt durch den Fahrer als auch durch eine Steuereinheit beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder weiterer Beschaffenheitsparameter einstellbar.
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. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine besonders vorteilhafte Lehre der Erfindung sieht vor, dass mindestens eines der Stellelemente einen Halter aufweist, der einen zentralen Bereich aufweist, der am Federelement montierbar ist, der einen Endbereich aufweist, der ein Widerlager für eine Druckzylindereinheit ist, dass die Druckzylindereinheit ein Gehäuse mit wenigstens zwei Zylinderräumen aufweist, dass im Zylinderraum wenigstens ein Kolben und eine Kolbenstange vorgesehen sind, und dass wenigstens eine Kolbenstange mit dem Endbereich des Halters wirkverbunden ist und wenigstens eine Kolbenstange mit der Karosserie wirkverbunden ist. Auf diese Weise lässt sich die erfindungsgemäße Wirkung besonders einfach bereitstellen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass durch die Stellelemente eine Wippbewegung der Karosserie des Fahrzeugs, eine Rollbewegung der Karosserie des Fahrzeugs, eine Gierbewegung der Karosserie des Fahrzeugs, Vorrichtung eine Hubbewegung der Karosserie des Fahrzeugs ausgleichbar ist. Somit ist es durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich, sämtlichen Einflüssen, die auf das Fahrzeug während des Fahrbetriebs einwirken können, entgegen zu wirken und gleichzeitig den entsprechend gewünschten Komfort beizubehalten. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Kolbenstange des einen Zylinderraums an der Oberseite der Druckzylindereinheit und die Kolbenstange an der Unterseite der Druckzylindereinheit aus der Druckzylindereinheit herausgeführt ist, wobei bevorzugt wenigstens ein Zylinderraum als Ringkolben ausgeführt ist, durch den der der Zylinderraum in einen ersten und einen zweiten Zylinderraumabschnitt unterteilt ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Kolben über eine Steuereinheit hydraulisch beaufschlagt werden, bevorzugt gesteuert über wenigstens einem Algorithmus. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich innerhalb eines Gehäuses kompakt die beiden Bewegungskomponenten zu erzeugen. Die Hydraulische Ansteuerung erlaubt hinreichende Drücke und Kraftentwicklung, die über die Steuereinheit direkt wirkend zugeführt werden. Dabei ist es über den Algorithmus möglich, dosiert die gewünschte Wirkung zu erzeugen. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Erzeugung der Rückstellkräfte durch die Stellelemente dynamisch erzeugbar ist und/oder dass die Erzeugung der Hubkraft durch die Stellelemente statisch erzeugbar ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine Regeleinrichtung aufweist, der Sensorsignale mindestens eines Sensors zuführbar sind, und durch die in Abhängigkeit von den ihr zugeführten Sensorsignalen ein eine Aktion mindestens eines der Stellelemente bewirkendes Stellsignal erzeugbar ist. Vorteilhaft ist dabei, dass der mindestens eine Sensor ein Beschleunigungssensor, ein Einfederwegsensor, ein Lenkwinkelsensor, ein Verzögerungssensor, ein Geschwindigkeitssensor, ein Gierbewegungssensor, ein Querbeschleunigungssensor, oder ein Wegsensor ist. Weiterhin ist vorteilhaft, dass jedes Stellelement pro Zylinderraum wenigstens ein von der Regeleinrichtung ansteuerbares Steuerventil aufweist. Vorteilhafter Weise erfolgt die Ansteuerung hydraulisch. Dafür sieht eine weitere Lehre der Erfindung vor, dass die Vorrichtung eine Hydraulikeinrichtung mit Druckspeicher und Tank für das Hydraulikmedium aufweist. Über die Sensoren wird eine entsprechende Ansteuerung möglich. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der zentrale Bereich und der Endbereich des Halters durch einen sich im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Federelements erstreckenden mittleren Bereich verbunden sind. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Zylinderraum einen verschiebbaren Kolben aufweist, durch den der Zylinderraum in einen ersten und einen zweiten Zylinderraumabschnitt unterteilt ist. Vorteilhaft ist dabei, dass jeder der Zylinderraumabschnitte eine Druckzuleitung und eine Druckableitung aufweist, über die dem entsprechenden Zylinderraumabschnitt ein Druckmedium zu - und abführbar ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Kolbenstange durch einen Dichtungsverschluss aus der Druckkolbeneinheit herausgeführt ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel 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 erfindungsgemäßen Stellelements,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellelements,
Figur 4a bis Figur 4c verschiedene Bewegungszustände des unteren Kolbens des erfindungsgemäßen Stellelements,, Figur 5a bis Figur 5c verschiedene Bewegungszustände des oberen Kolbens des erfindungsgemäßen Stellelements,
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 dynamischen Niveauregulierung gemäß dem Stand der Technik
Figur 9b eine schematische Darstellung einer dynamischen Niveauregulierung gemäß der Erfindung,
Figur 10a eine schematische Darstellung einer belastungsabhängigen Karosserieeinfederung gemäß dem Stand der Technik,
Figur 10b eine schematische Darstellung einer belastungsabhängigen Niveauregulierung gemäß der Erfindung, Figur 11 a eine schematische Darstellung einer Karosserieeinfederung gemäß dem Stand der Technik
Figur 11 b 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 hervorgerufenen Karosserieeinfederung gemäß der Erfindung,
Figur 13a eine schematische Darstellung einer nichtmöglichen statischen Abstandsänderung des Bodens der Karosserie zur Fahrbahn, und
Figur 13b eine schematische Darstellung einer statischen Abstandsänderung des Bodens der Karosserie zur Fahrbahn gemäß der Erfindung.
Bevor nun das in Figur 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Veränderung des Abstands des Bodens einer Karosserie eines Fahrzeugs zur Fahrbahn und zur Stabilisierung des 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 Hubbewegung 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 Federelementen 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 50 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 Einlenkwinkel der Vorderräder VR1 , VR2 des Fahrzeugs FZ, ein Bremsensor 4c liefert ein die Verzögerung des Fahrzeugs charakterisierendes Sensorsignal an die Regeleinrichtung 50, 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 Fahrzeugs FZ charakterisierendes Sensorsignal, ein Querbeschleunigungssensor 4f liefert ein die Querbeschleunigung des Fahrzeugs FZ charakterisierendes Sensorsignal und ein Wegsensor 4g liefert einen Wert für den Weg, um den die Stellelemente STE die Karosserie K statisch angehoben haben.
Die Regeleinrichtung 5 berechnet nun aus den ihr zugeführten Sensorsignalen entsprechende Stellsignale für eine Stabilisierungs- und Höhenänderungseinrichtung S, die - wie nachstehend 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 und gleichzeitig in der Lage ist die Höhe des Bodens der Karosserie K im Bezug auf die Fahrbahn einzustellen.
Das derart gebildete System bringt also das Fahrzeug FZ wieder in dynamisches Gleichgewicht zurück während die Karosseriehöhe regelbar ist. Die eine Hochdruck-Hydraulik 20 (vorzugsweise bis zu 10 MPa) mit einen Tank 60 und einen Druckspeicher 70 für das Hydrauliköl aufweisende Stabilisierungsund Höhenänderungseinrichtung 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 strichliert dargestellten Position in ihre in Figur 8b durchgezogen dargestellte Position gebracht wird, indem die Stabilisierungs- und Höhenänderungseinrichtung 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 Stabilisierungs- und Höhenänderungseinrichtung 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 genannten 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 der in den Figuren 10a und 10b dargestellten Situation einer an Vorderachse und Hinterachse unterschiedlichen Radbelastung eine entsprechende Niveauregulierung 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 beschriebene Stabilisierungs- und Höhenänderungseinrichtung 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 Fahrbahn mit Schrägneigung tritt - wie anhand der Figuren 1 a und 1 1b 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 Karosserie K in die in Figur 11a strichliert dargestellte Stellung absenken würde. Indem nun die Stabilisierungs- und Höhenänderungseinrichtung 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 Bremsen 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 Stabilisierungs- und Höhenänderungseinrichtung 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 Störkräften 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 Rückstell kraft des Federelements FE ergänzen.
Dies besitzt den Vorteil, dass die beschriebene Stabilisierungs- und Höhenänderungseinrichtung S und die Stellelemente ST1-ST4 an bereits bestehenden Federelementen nachgerüstet werden können, oder dass bekannte Fahrwerkskonstruktionen mit der beschriebenen Stabilisierungs- und Höhenänderungseinrichtung S und den Stellelementen ST1-ST4 ausgerüstet werden können.
Bei der in den Figuren 13a und 13b dargestellten Situation wird der Abstand des Bodens der Karosserie K zur Fahrbahn eingestellt. Dieses Merkmal fehlt in der in Fig. 13a dargestellten Version des Standes der Technik. Die Einstellbarkeit ist für verschiedene Situationen geeignet. Als erstes sei die aktive Einstellung des Abstands durch den Fahrer genannt. Diese ist beispielsweise bis zu einer festlegbaren Geschwindigkeit vornehmbar, z.B. in einem Geschwindigkeitsbereich unterhalb von 50 km/h. Dieses ist hilfreich beispielsweise beim Überfahren von Hindernissen wie Bordsteine etc. Als weitere Möglichkeit ist die einfache aktive Regelung des Abstandes in Abhängigkeit der Geschwindigkeit durch das ein und Ausfahren von Kolbenstangen 6 aus der Druckzylindereinheit 1. Des Weiteren lässt sich auch im Hinblick auf Sicherheitsaspekte die Bodenfreiheit erhöhen und dieses aktiv beispielsweise bei Geländefahrten einsetzen.
Um die beschriebene Stellbewegungen der Stellelemente ST1-ST4 durchzuführen, ist vorgesehen, dass diese vorzugsweise wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ausgeführt 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 Fahrzeugstabilisierungsvorrichtung 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 Stabilisierungselement 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 eine konzentrisch zur Schraubenfeder 13 angeordneten, die Schraubenfeder 13 umgebenden Druckzylindereinheit 1 aus, der ein Gehäuse 2 mit zwei Zylinderräumen 14a und 14b aufweist. In den Zylinderräumen 14a und 14b ist jeweils ein Kolben 5, hie ausgeführt als ein Ringkolben 5, verschiebbar gelagert, wobei der Ringkolben 5 jeweils eine Kolbenstange 6 aufweist, die jeweils durch einen Dichtungsverschluss 8 aus dem Gehäuse 2 austritt. Der untere Ringkolben 5 beaufschlagt den Endbereich 9c des Halters 9. Der obere Ringkolben 5 beaufschlagt die Karosserie K des Fahrzeugs FZ.
Beidseitig der Zylinderräume 14s, 14b sind Druckzuleitungen 3,7 vorgesehen, wobei im oberen Bereich des jeweiligen Zylinderraums 14a, 14b eine Druckzuleitung 3 und im unteren Bereich eine Druckzuleitung 7 vorhanden sind. In entsprechender Art und Weise weist der jeweilige durch den Ringkolben 5 in zwei Zylinderraumhälften 1a, 1 b geteilte Zylinderraum 14a, 14b an anderer Stelle Druckableitungen 11 und 12 auf, wobei die Druckableitung 11 in der oberen Zylinderraumhälfte 1a und die Druckableitung 12 in der unteren Zylinderraumhälfte 1b angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird ein doppelwirkender Zylinder ausgebildet, der eine aktive Verschiebung der Kolbenstange 6 sowohl nach oben als auch nach unten erlaubt.
So wird z.B. die über die Kolbenstange 6 des oberen Ringkolbens 5 an der Druckzylindereinheit 1 befestigte Karosserie K aktiv abgesetzt, wenn die untere Zylinderraumhälfte 1a 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 unteren Zylinderraums 14b zurückbewegt. Es ist dem Fachmann klar ersichtlich, dass bei einer Druckbeaufschlagung der unteren Zylinderraumhälfte 1b die Rückleitung 11 der oberen Zylinderraumhälfte 1a vorzugsweise geöffnet ist, um ein Zurückströmen des evtl. sich darin befindlichen Hydraulikmediums zu erleichtern. Soll nun die Karosserie bezogen auf ein Rad VR1 , VR2, HR1 , HR2 im Zuge des dynamischen Ausgleichs angehoben werden, so wird die obere Zylinderraumhälfte 1a des unteren Zylinderraums 14b 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 Druckzylindereinheit 1 heraus bewegt wird und am Endbereich 9c des Halters 9 ansetzt und derart die Karosserie K bezogen auf ein Rad VR1 , VR2, HR1 , HR2 nach oben bewegt.
Soll die Karosserie bezogen auf alle Räder VR1 , VR2, HR1 , HR2 definiert angehoben werden, angehoben werden, so wird die obere Zylinderraumhälfte 1a des oberen Zylinderraums 14a über die Druckzuleitung 3 mit dem unter Druck stehenden Hydraulikmedium beaufschlagt, so dass sich der Ringkolben 5 nach oben verschiebt, wodurch die Kolbenstange 6 aus der Druckzylindereinheit 1 heraus bewegt wird und an der Karosserie ansetzt und die Karosserie K bezogen auf die Räder VR1 , VR2, HR1 , HR2 definiert 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 gemäß Figur 2 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 den Halter 9 verbunden ist.
In den Figuren 4a bis 4c sind verscheiden Betriebszustände der ST bei teilausgefahrenem Ringkolben 5 im oberen Zylinderraum 14a dargestellt. Insofern wird hierbei der Abstand der Karosserie K zum Fahrbelag bezogen auf den oberen Zylinderraum 14a nicht geändert. In Figur 4a ist der untere Ringkolben 5 am oberen Ende des Zylinderraums 14b, so dass der untere Abschnitt 9c des Halters 9 sich am Gehäuse 2 befindet. In Figur 4b wurde der untere Ringkolben 5 vom oberen Ende des Zylinderraums 14b in mittleren Bereich des Zylinderraums 14b mit der Kolbenbewegung KB bewegt. In Figur 4c befindet sich der Ringkolben 5 am unteren Ende des Zylinderraums 14b.
In den Figuren 5a bis 5c sind verscheiden Betriebszustände der ST 1 bis 4 bei eingefahrenem Ringkolben 5 im unteren Zylinderraum 14b dargestellt. Insofern wird hierbei keine zuvor beschreiben Ausgleichsbewegung durchgeführt. In Figur 5a ist der obere Ringkolben 5 am unteren Ende des Zylinderraums 14a, so dass die Karosserie K des Fahrzeugs FZ nicht angehoben ist. In Figur 5b wurde der obere Ringkolben 5 vom unteren Ende des Zylinderraums 14a in mittleren Bereich des Zylinderraums 14a mit der Kolbenbewegung KB bewegt, so dass die Karosserie K des Fahrzeugs FZ entsprechend angehoben ist. In Figur 5c befindet sich der Ringkolben 5 am oberen Ende des Zylinderraums 14a, so dass die Karosserie K des Fahrzeugs FZ vollständig angehoben ist.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die beschriebene Vorrichtung zur Fahrzeugstabilisierung ein aktives, dynamisches System geschaffen wird, das eine Stabilisierung des Fahrzeugs durch das Aufbringen einer zusätzlichen Rückstellkraft R bewirkt, um das Fahrzeug im indifferenten Gleichgewicht zu halten oder in dieses zu bringen. Gleichzeitig wird der Abstand des Bodens der Karosserie K zur Fahrbahn einstellbar.
Die Verwendung eines vom eigentlichen Feder/Dämpfungselement FE, FE' getrennten Stabilisierungs- und Höhenänderungseinrichtung S besitzt den Vorteil, dass die bereits bestehende Fahrzeug- oder Fahrwerkskonstruktion nicht geändert werden muss, wenn ein Fahrzeug mit der beschriebenen Vorrichtung ausgerüstet oder nachgerüstet werden soll. Die Verwendung von doppelwirkenden Ringkolben 5 besitzt den Vorteil, dass die Karosserie K - von der jeweiligen Radlast unabhängig sowohl nach unten als auch nach oben bewegt werden kann und zwar sowohl bezogen auf ein Rad als auch auf alle Räder gleichzeitig und aktiv gesteuert durch den Fahrer oder die Steuereinheit 5. Bezugszeichenliste
1 Druckzylindereinheit 14b unterer
1a oberer Zylinderraumabschnitt Zylinderraumabschnitt 1 b unterer 16 Dämpfer
Zylinderraumabschnitt 20 Hochdruckhydraulik
2 Gehäuse 50 Regelungseinheit
3 Druckzuleitung 60 Tank
4 Beschleunigungssensor 70 Druckspeicher
4a Einfederwegsensor FE, FE' Federelement
4b Linkwinkelsensor FZ Fahrzeug
4c Bremssensor HB Hubbewegung
4d Geschwindigkeitssensor HK Hubkraft
4e Gierbewegungssensor HR1 Hinterrad
4f Querbeschleunigungssensor HR2 Hinterrad
4g Wegsensor K Karosserie
5 Ringkolben KB Kolbenbewegung
6 Kolbenstange S Stabilisierungs- und
7 Druckzuleitung Höhenänderungseinrichtung
8 Dichtungsverschluss ST1 Stelleinheit
9 Halter ST2 Stelleinheit
9a Zentraler Bereich ST3 Stelleinheit 9b Äußerer Abschnitt ST4 Stelleinheit 9c Endabschnitt VR1 Vorderrad
10 Gasfederpotentiometer VR2 Vorderrad
11 Druckableitung
12 Druckableitung
13 Schraubenfeder
13a oberes Ende
14a oberer
Zylinderraumabschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Veränderung des Abstands eines Bodens einer Karosserie eines Fahrzeugs zur Fahrbahn und zur Stabilisierung des Fahrzeugs, bei dem einem jeden Rad (VR 1 , VR2, HR1 , HR2) des Fahrzeugs (FZ) ein Federelement (FE, FE') sowie ein Stabilisierungselement (ST1-ST4) zugeordnet ist, durch das der Bodenabstand der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) einstellbar ist und radweise änderbar ist, wobei das Stellelement (ST1-ST4) zwischen der Karosserie (K) und dem Federelement (FE, FE') angeordnet ist, und wobei 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 (R) 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 indifferenten Gleichgewicht haltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch das oder die Stellelemente (ST1-ST4) gleichzeitig zur Rückstellkraft (R) eine Hubkraft (HK) erzeugbar ist, so dass durch die Wirkung des oder der Stellelemente (ST1-ST4) der Abstand des Bodens der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ) zur Fahrbahn bezogen auf alle Räder (VR 1 , VR2, HR1 , HR2) des Fahrzeugs (FZ) änderbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 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 eine Druckzylindereinheit (1 ) ist, dass die Druckzylindereinheit (1 ) ein Gehäuse (2) mit wenigstens zwei Zylinderräumen (14a, 14b) aufweist, dass im Zylinderraum (14a, 14b) wenigstens ein Kolben (5) und eine Kolbenstange (6) vorgesehen sind, und dass wenigstens eine Kolbenstange (6) mit dem Endbereich des Halters (9c) wirkverbunden ist und wenigstens eine Kolbenstange (6) mit der Karosserie (K) wirkverbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stellelemente (ST1-ST4) eine Wippbewegung (WB) der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ), eine Rollbewegung (RB) der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ), eine Gierbewegung (GB) der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ), Vorrichtung eine Hubbewegung (HB) der Karosserie (K) des Fahrzeugs (FZ), ausgleichbar ist..
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3„ dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (6) des einen Zylinderraums (14a, 14b) an der Oberseite der Druckzylindereinheit (1 ) und die Kolbenstange (6) an der Unterseite der Druckzylindereinheit (1 ) aus der Druckzylindereinheit (1 ) herausgeführt ist, wobei bevorzugt wenigstens ein Zylinderraum (14a, 14b) als Ringkolben ausgeführt ist, durch den der der Zylinderraum (14a, 14b) in einen ersten (1a) und einen zweiten Zylinderraumabschnitt (1b unterteilt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (5) über eine Steuereinheit hydraulisch beaufschlagt werden, bevorzugt gesteuert über wenigstens einem Algorithmus.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Rückstellkräfte (R) durch die Stellelemente (ST1 -ST4) dynamisch erzeugbar ist und/oder dass die Erzeugung der Hubkraft (HK) durch die Stellelemente (ST1 - ST4) statisch erzeugbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Regeleinrichtung (5) aufweist, der Sensorsignale mindestens eines Sensors (4, 4a-4g) 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), ein Querbeschleunigungssensor (4f), oder ein Wegsensor ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stellelement (ST1 -ST4) pro Zylinderraum (14a, 14b) wenigstens 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 2 bis 10, 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') erstreckenden mittleren Bereich (9b) verbunden sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (14a, 14b) einen verschiebbaren Kolben (5) aufweist, durch den der Zylinderraum (14a, 14b) in einen ersten (1a') und einen zweiten Zylinderraumabschnitt (1b") unterteilt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Zylinderraumabschnitte (1a; 1b) eine Druckzuleitung (3; 7) und eine
Druckableitung (11; 12) aufweist, über die dem entsprechenden Zylinderraumabschnitt (1a; 1 b) ein Druckmedium zu - und abführbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (6) durch einen Dichtungsverschluss (8) aus der
Druckkolbeneinheit (1) herausgeführt ist.
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