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DE10043711A1 - Aktuator zur aktiven Fahrwerksregelung - Google Patents

Aktuator zur aktiven Fahrwerksregelung

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DE10043711A1
DE10043711A1 DE10043711A DE10043711A DE10043711A1 DE 10043711 A1 DE10043711 A1 DE 10043711A1 DE 10043711 A DE10043711 A DE 10043711A DE 10043711 A DE10043711 A DE 10043711A DE 10043711 A1 DE10043711 A1 DE 10043711A1
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DE
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actuator
swivel motor
damper
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Gernot Sammet
Wolfgang Freund
Vianney Besnault
Juergen Schulze
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Asturia Automotive Systems AG
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Sachsenring Fahrzeugtechnik GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur aktiven Fahrwerksregelung, insbesondere zur Kompensation der Wank- und Nickbewegung eines Kraftfahrzeuges.
Es sind zahlreiche Systeme zum Ausgleich der Wank- und Nickbewegung von Fahrzeugen bekannt. Die bisherigen Lösungen beinhalten dabei jeweils ein Bauelement für den Wank- und/oder Nickausgleich, ein Element für die Schwingungsdämpfung sowie ein Element für die Schwingungstilgung.
In DE 44 28 605 A1 wird dabei ein Hydrauliksystem für ein aktives Fahrwerk beschrieben, bei welchem Aktuatoren mit jeweils einem Druckspeicher für eine Vorderachse und eine Hinterachse des Fahrzeuges vorgesehen sind, sowie mit einer Pumpe zur Versorgung der Aktuatoren und einem entsprechenden Leitungssystem. Weiterhin ist ein Zusatzdruckspeicher vorgesehen, der bei im Wesentlichen horizontaler Fahrzeugaufbaulage gleichzeitig mit den Aktuatoren einer Fahrzeugachse verbunden und bei Kurvenfahrt von dem kurvenäußeren Aktuator getrennt und mit dem kurveninneren Aktuator verbunden ist. Den Aktuatoren ist eine separate verstellbare Dämpfereinrichtung zugeordnet, die bei Kurvenfahrt für den kurveninneren Aktuator auf eine stärkere Dämpfung eingestellt wird.
DE 196 13 769 A1 beschreibt ein Zweikreishydrauliksystem für eine aktive Fahrwerksregelung zur Unterdrückung der Rollbewegung eines Kraftfahrzeuges (Wankausgleich) mittels eines verstellbaren Stabilisators jeweils an einer Kraftfahrzeugvorderachse und Kraftfahrzeughinterachse. Ein aktives Federungssystem, dessen zwischen gefederter und ungefederter Masse angeordnetes Feder- bzw. Abstützaggregat jeweils ein passives ungesteuertes Federelement sowie ein dazu in Reihe angeordnetes hydraulisches Verdrängeraggregat mit regelbarer Verstellung aufweist, zeigt DE 44 14 022 A1. Durch Anordnung von Weggebern für die Erfassung der Hubstellung der gefederten Masse relativ zur ungefederten Masse sowie des Hubes des hydraulischen Verdränger­ aggregates soll die Möglichkeit geschaffen werden, eine Regelung der Abstützkräfte durchzuführen.
Diese hydraulisch arbeitenden Regelsysteme weisen den Nachteil auf, daß aufgrund der Kompressibilität von Luft eine oft ungenügende Schnelligkeit des Systems zum Ausgleich der Wank- oder Nickbewegungen bzw. bei der Schwingungsdämpfung zu verzeichnen ist.
Es sind weiterhin Aktuatoren in der Form von Schwenkmotoren zum Ausgleich von Wankbewegungen bekannt. Die in DE 197 54 539 A1 beschriebene Lösung weist dabei vorn und hinten geteilte Stabilisatorhälften auf, die durch die Schwenkmotoren verdreht werden. Der Wankausgleich ist dabei lediglich im Bereich der Verdrehsteifigkeit der Stabili­ satoren möglich, ein Nickausgleich kann nicht erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aktuator zur aktiven Fahrwerksregelung zu schaffen, welcher insbesondere die Kompensation der Wank- und Nickbewegung und/oder eine Dämpfung der Lenkerschwingungen bewirkt, bedarfsweise gleichzeitig als Schwingungstilger einsetzbar ist und bei einer einfachen Bauweise eine schnelle Reduzierung der Aufbaubeschleunigung und der dynamischen Radlast­ schwankungen gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
Der Aktuator zur aktiven Fahrwerksregelung ist dabei bekannter Weise mit dem am Rad und am Aufbau des Fahrzeuges befestigten Lenker verbunden und beinhaltet ein, ein Drehmoment erzeugendes, Stellglied. Erfindungsgemäß ist das Stellglied zwischen Aufbau und Lenker angeordnet und überträgt ein dem Wank- und Nickausgleich entsprechendes und/oder ein die Dämpfung der Lenkerschwankungen gewährleistendes Drehmoment auf den Lenker. Das Stellglied ist dabei in Form eines Schwenkmotors ausgebildet und kann beispielsweise als Lagerung des Lenkers am Aufbau so angeordnet sein, wobei der Schwenkhebel des Schwenkmotors gleichzeitig den Lenker bildet, so daß das durch den Schwenkmotor erzeugte Drehmoment auf den als Lenker wirkenden Schwenkhebel übertragen wird.
Es ist jedoch auch möglich, mit dem Schwenkhebel eine Koppel mit ihrem einen Ende in einem ersten Drehpunkt drehbeweglich zu verbinden, wobei entweder der Schwenkmotor am Aufbau befestigt und die Koppel an ihrem anderen Ende mit dem Lenker drehbeweglich oder der Schwenkmotor am Lenker befestigt und die Koppel an ihrem anderen Ende mit dem Aufbau in einem zweiten Drehpunkt drehbeweglich verbunden ist, so daß ebenfalls das durch den Schwenkmotor erzeugte Drehmoment auf den Lenker übertragen wird.
Durch eine Drehbewegung des Schwenkmotors wird ein Drehmoment auf den Lenker übertragen und eine Wank- oder Nickbewegung des Fahrzeuges durch Niveauänderung zwischen Lenker und Aufbau des Fahrzeuges ausgeglichen, und somit die Bewegung der Karosserie so geregelt, daß möglichst ständig ein gleichbleibender Abstand der Karosserie zur Fahrbahn vorhanden ist. Weiterhin kann durch definierte Druckbeaufschlagung (und somit Drehbewegung) des Schwenkmotors entsprechend der Lenkerschwingung ein Drehmoment erzeugt werden, welches diese dämpft und möglichst kompensiert.
Der den Wank- und Nickausgleich gewährleistende Schwenkmotor kann weiterhin über ein energiespeicherndes Element mit dem Lenker gekoppelt sein und somit zusätzlich als Tilger wirken und die Radschwingungen tilgen. Vorteilhafter Weise ist das energiespeichernde Element als Tilgerfeder ausgebildet.
In einer bevorzugten Variante ist daß der Schwenkmotor mit seinem Schwenkhebel und der Koppel mit dem Aufbau verbunden und zwischen dem Schwenkmotor und dem Lenker die Tilgerfeder angeordnet, so daß der Schwenkmotor als Tilgermasse wirkt und über die Tilgerfeder schwingend gelagert ist. Die schwingende Lagerung des Schwenkmotors erfolgt z. B. über wenigstens zwei beidseitig beweglich gelagerte Tilgerarme, wobei der Schwenkmotor über die beidseitig beweglich gelagerten Tilgerarme in Drehpunkten am Lenker befestigt ist. Die Tilgerarme werden dabei im wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
Der zweite Drehpunkt der Koppel und die Drehpunkte der Tilgerarme liegen bevorzugt vertikal auf einer gleichen Wirkungsebene.
Anstelle einer Koppel ist es auch möglich, das Drehmoment vom Schwenkmotor auf den Lenker über eine Drehfeder oder einen als Biegefeder ausgebildeten Schwenkhebel zu übertragen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Frequenz des aus Tilgerfeder und Tilgermasse in Form des Schwenkmotors bestehenden Tilgers an die sich ändernden fahrdynamischen Einflüsse anpaßbar ist. Dies kann durch Änderung der Tilgermasse und/oder der Federsteifigkeit erfolgen, wobei die Tilgermasse z. B. durch An- oder Ankopplung von Zusatzmassen verändert werden kann. Eine Masseänderung ist auch durch zu- oder ableiten eines Fluids möglich, welches ein hohes spezifisches Gewicht aufweisen sollte.
Die Tilgerfeder kann auch als Luftfeder ausgebildet sein, deren Steifigkeit bei Erhöhung des Luftfederinnendruckes ansteigt, das Volumen der Luftfeder sollte bei Erhöhung des Luftfederinnendruckes im Wesentlichen gleich bleiben.
Mit der Erfindung wird eine einfache elegante Lösung eines Aktuators zur aktiven Fahrwerksregelung geschaffen, welcher sowohl die Kompensation der Wank- und Nickbewegung und/oder eine Dämpfung der Lenkerschwingungen bewirkt. Durch die gleichzeitige Ausbildung als Tilgermasse ist diese Lösung auch als Schwingungstilger einsetzbar und es wird eine schnelle Reduzierung der Aufbaubeschleunigung und der dynamischen Radlastschwankungen gewährleistet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: am Aufbau 3 befestigter Schwenkmotor 1,
Fig. 2: Schwenkmotor 1 als Tilgermasse mit schwingender Lagerung 5 über Tilgerfeder 7,
Fig. 3: Darstellung gem. Fig. 2, jedoch mit in einer horizontalen Ebene angeordneten Drehpunkten D2, D3, D4 der Tilgerarme 8, 9 und der Koppel 4,
Fig. 4: Darstellung gem. Fig. 2, jedoch mit beidseitig am Schwenkmotor 1 angeordneten Gelenkarmen 11, 12, die sich am Lenker 5 abstützen.
Fig. 5: Draufsicht eines Schwenkmotors 1, der über eine Drehfeder 10 am Lenker 5 angelenkt ist.
Gem. Fig. 1 wird ein Stellelement in Form eines Schwenkmotors 1 als Aktuator zur aktiven Fahrwerksregelung verwendet. Der Stellmotor 1 ist am Aufbau 3 befestigt und weist einen Schwenkhebel 2 auf, der mit einem Ende am Schwenkmotor 1 und mit dem anderen Ende mit einer Koppel 4 schwenkbar verbunden ist. Die Koppel 4 ist wiederum am Lenker 5 schwenkbar gelagert. Der Lenker 5 ist bekannter Weise einerseits am Rad 6 und andererseits am Aufbau 3 angelenkt. Bei einer Wank- oder Nickbewegung des Fahrzeuges wird über hydraulisch angetriebenen den Stellmotor 1 eine Drehbewegung und somit über Schwenkhebel 2 und Koppel 4 ein Drehmoment erzeugt, welches auf den Lenker 5 wirkt und die Wank- oder Nickbewegung ausgleicht, so daß auch bei Kurvenfahrten und bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen eine im wesentlichen horizontale Lage des Fahrzeugaufbaus gewährleistet wird. Gleichzeitig kann durch ein, den Lenkerschwingungen entsprechendes, wechselndes Drehmoment, welches durch den Schwenkmotor erzeugt wird, eine Dämpfung der Lenkerschwingungen bzw. der Schwingungen des Rades erzielt werden. Dies kann beispielsweise durch entsprechende schnelle Änderung des Hydraulikdruckes im Schwenkmotor realisiert werden.
In Fig. 2 ist dargestellt, daß der Schwenkmotor 1 durch eine federnde Lagerung in Verbindung mit einer Tilgerfeder 7 als Tilgermasse wirkt. Dazu ist der Schwenkmotor 1 über ein Gelenkviereck am Lenker 5 befestigt. Der Lenker 5 weist dafür eine vertikale Ausstülpung 5.1 auf. Das Gelenkviereck wird durch zwei übereinander angeordnete im wesentlichen zueinander parallele Tilgerarme 8, 9 gebildet, die sowohl am Schwenkmotor 1 als auch an der Ausstülpung 5.1 des Lenkers 5 (dort in Gelenkpunkten D3, D4) schwenkbar befestigt sind. Zwischen dem Schwenkmotor 1 und dem Lenker 5 ist dabei die Tilgerfeder 7 angeordnet. Der Schwenkarm 2 ist über die Koppel 4 mit dem Aufbau 3 verbunden, wobei die Koppel 4 in Drehpunkt D1 am Schwenkarm 2 und im Drehpunkt D2 am Aufbau 3 beweglich gelagert ist.
Dadurch wird insgesamt eine schwingende Lagerung des Schwenkmotors 1 realisiert, die als Tilger wirkt, wobei gleichzeitig durch Rotation des Schwenkmotors 1 in einem definierten Winkel ein dem Neig- und Nickausgleich entsprechendes und/oder die Dämpfung der Lenkerschwingungen bewirkendes Drehmoment auf den Lenker übertragen werden kann. Die Drehpunkte D3 und D4 der beiden Tilgerarme 8, 9, sind dabei gegenüber dem Drehpunkt D2 der Koppel 4 um die Länge L in Richtung zum Rad 6 versetzt angeordnet.
Eine ähnliche Darstellung, jedoch mit in einer vertikalen Ebene E angeordneten Gelenkpunkten D2, D3, D4, zeigt Fig. 3. Diese Variante gewährleistet besonders gute Eigenschaften des Aktuators.
Neben der Lagerung des Schwenkmotors 1 über zwei parallele, waagerecht angeordnete Tilgerarme kann dieser auch über eine Parallelführung am Lenker schwingend gelagert werden (nicht dargestellt).
Eine weitere Alternative sind zwei beidseitig am Schwenkmotor 1 vorzugsweise spiegelbildlich befestigte und sich am horizontalen Lenker 5 abstützende Tilgerarme 8, 9 (Fig. 4) mit Knickpunkten 10, 11 die ebenfalls eine schwingende Lagerung des Schwenkmotors 1 bei gleichzeitiger Drehmomentenübertragung gewährleisten.
Eine Variante, bei welcher das Drehmoment vom Schwenkmotor auf den Lenker 5 mittels einer Drehfeder 10 übertragen wird zeigt Fig. 5 in der Draufsicht. Alternativ wäre auch eine Biegefeder zur Übertragung des Drehmomentes möglich.
Mit der Erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmalig möglich mit einem Aktuator direkt Einfluß auf hochfrequente Radschwingungen zu nehmen und diese zu Tilgen bzw. zu dämpfen und dabei gleichzeitig Wank- und Nickbewegungen auszugleichen.
Weiterhin kann der Aktuator durch eine Veränderung der Kennwerte des Tilgers in Form von Federkennlinie und/oder Tilgermasse erstmalig modifiziert und auf fahrdynamische Kenngrößen (wie z. B. Fahrbahnzustand, Fahrbeschwindigkeit, Beladung) abgestimmt werden.

Claims (20)

1. Aktuator zur aktiven Fahrwerksregelung, wobei der Aktuator mit dem am Rad (6) und am Aufbau (3) des Fahrzeuges befestigten Lenker (5) verbunden ist, unter Verwendung eines ein Drehmoment erzeugenden Stellgliedes, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied zwischen Aufbau (3) und Lenker (5) angeordnet ist und ein dem Wank- und Nickausgleich entsprechenden und/oder ein die Dämpfung der Lenkerschwankungen gewährleistendes Drehmoment auf den Lenker (5) überträgt.
2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied in Form eines Schwenkmotors (1) ausgebildet ist.
3. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied als Lagerung des Lenkers (5) am Aufbau (3) ausgebildet ist, wobei ein Schwenkhebel (2) des Schwenkmotors (1) den Lenker (5) bildet, so daß das durch den Schwenkmotor (1) erzeugte Drehmoment auf den als Lenker (5) wirkenden Schwenkhebel (2) übertragen wird.
4. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwenkhebel (2) des Schwenkmotors (1) eine Koppel (4) mit ihrem einen Ende in einem Drehpunkt (D1) drehbeweglich verbunden ist,
wobei der Schwenkmotor (1) am Aufbau (3) befestigt und die Koppel (4) an ihrem anderen Ende mit dem Lenker (5) drehbeweglich verbunden ist oder
der Schwenkmotor am Lenker (5) befestigt und die Koppel (4) an ihrem anderen Ende mit dem Aufbau (3) in einem Drehpunkt (D2) drehbeweglich verbunden ist,
so daß das durch den Schwenkmotor (1) erzeugte Drehmoment auf den Lenker (5) übertragen wird.
5. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Wank- und Nickausgleich gewährleistende Schwenkmotor (1) über ein energiespeicherndes Element mit dem Lenker (5) gekoppelt ist und somit zusätzlich als Tilger wirkt und die Radschwingungen tilgt.
6. Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das energiespeichernde Element als Tilgerfeder (7) ausgebildet ist.
7. Aktuator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkmotor (1) mit seinem Schwenkhebel (2) und der Koppel (4) mit dem Aufbau (3) verbunden ist, daß zwischen dem Schwenkmotor (1) und dem Lenker (5) die Tilgerfeder (7) angeordnet ist, so daß der Schwenkmotor (1) als Tilgermasse wirkt und über die Tilgerfeder (7) schwingend gelagert ist.
8. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkmotor (1) über wenigstens zwei beidseitig beweglich gelagerte Tilgerarme (8, 9) schwingend gelagert ist.
9. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkmotor (1) über die beidseitig beweglich gelagerten Tilgerarme (8, 9) in Drehpunkten (D3, D4) am Lenker (5) befestigt ist.
10. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgerarme (8, 9) im wesentlichen parallel und/oder spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.
11. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehpunkt (D2) der Koppel (4) und die Drehpunkte (D3, D4) der Tilgerarme (8, 9) auf einer gleichen Wirkungsebene liegen.
12. Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehpunkte (D2, D3, D4) vertikal auf einer gleichen Wirkungsebene liegen.
13. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkmotor (1) über eine Drehfeder (10) oder einen als Biegefeder ausgebildeten Schwenkhebel mit dem Lenker (5) verbunden ist.
14. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des aus Tilgerfeder (7) und Tilgermasse in Form des Schwenkmotors (1) bestehenden Tilgers an die sich ändernden fahrdynamischen Einflüsse anpaßbar ist.
15. Aktuator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz durch Änderung der Tilgermasse und/oder der Federsteifigkeit anpaßbar ist.
16. Aktuator nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse durch An- oder Abkopplung von Zusatzmassen veränderbar ist.
17. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmasse ein Fluid zu- oder ableitbar ist.
18. Aktuator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein hohes spezifisches Gewicht aufweist.
19. Aktuator nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgerfeder (7) als Luftfeder ausgebildet ist, deren Steifigkeit bei Erhöhung des Luftfederinnendruckes ansteigt.
20. Aktuator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Luftfeder bei Erhöhung des Luftfederinnendruckes im Wesentlichen gleich bleibt.
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