DE19920109A1

DE19920109A1 - Aktuator

Info

Publication number: DE19920109A1
Application number: DE19920109A
Authority: DE
Inventors: Uenal Gazyakan; Frank-Detlef Speck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-05-03
Filing date: 1999-05-03
Publication date: 2000-11-09
Also published as: EP1175306A1; DE50000503D1; WO2000066379A1; EP1175306B1; JP2002542977A

Abstract

Aktuator, bei dem eine durch einen Elektromotor (28) angetriebene Pumpe (27) und Rückschlagventile (29, 30, 33, 34) in Leitungen (25, 26, 31, 32) so angeordnet und steuerbar sind, daß die Funktionen Federung, Wankstabilisierung, Niveauregelung und Kneeling ohne zusätzliche Aggregate dargestellt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Aktive Fahrwerksysteme, die z. B. in Verbindung mit einer hydropneumatischen Federung arbeiten und durch eine oder mehrere Verschiebeeinheiten, sogenannten Aktuatoren, Hydraulikmedium von den hydropneumatischen Federbeinen der einen Fahrzeugseite zu den hydropneumatischen Federbeinen der anderen Fahrzeugseite verschieben, um so den Wankwinkel des Karosserieaufbaus zu beeinflussen, sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Eine hydropneumatische Federung ersetzt bei diesen Systemen entweder eine konventionelle Federung des Karosserieaufbaus oder dessen Stabilisatoren.

Ein System, bei dem eine hydropneumatische eine konventio nelle Federung des Karosserieaufbaus ersetzt, ist aus der DE 39 36 987 C2 bekannt.

Dieses System zeichnet sich durch ein aktives Entgegenwir ken gegenüber Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeuges aus, indem unmittelbar zwischen den Abstützorganen verschiedener Fahrzeugseiten bzw. zwischen den vorderen und hinteren Ab stützaggregaten Hydraulikmedium aktiv verschoben wird, um eine Fahrzeugseite bei gleichzeitiger Absenkung der anderen Fahrzeugseite anzuheben bzw. das Fahrzeugvorderteil in ent sprechender Weise gegenläufig zum Fahrzeugheck zu bewegen. Dazu wird ein Aktuator in einem Leitungsnetzwerk vorgese hen, das die einzelnen Abstützaggregate eingangs- und aus gangsseitig mit an einer motorisch angetriebenen Pumpe an geordneten Absperrventilen verbindet.

Das aktive Verschieben des Hydraulikmediums im Leitungs netzwerk kann auch durch zwei oder drei motorisch angetrie bene Kolben-Zylinder-Aggregate erfolgen.

Nachteilig wirkt sich bei dem Stand der Technik, wie er in der DE 39 36 987 C2 beschrieben ist, die Tatsache aus, daß es sich hierbei um ein aufwendiges, vielteiliges System handelt, das viel Bauraum benötigt und dennoch zu sätzliche passive Federungselemente benötigt, die eine pas sive Wanksteifigkeit erbringen, gegen die das aktive System arbeiten muß. Außerdem wird die Niveauregelung durch eine separate Pumpen-/Ventilanordnung bewerkstelligt, was einen erhöhten Steueraufwand für das Gesamtsystem bedeutet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator darzustellen, der dieselben Funktionen wie konventionelle Systeme ohne die für eine Niveauregelung zusätzlich benötigten Ventile und Pumpe ausführen kann. Außerdem soll eine einfache Steuerbarkeit des gesamten Ak tuators gewährleistet werden. Der erfindungsgemäße Aktuator wird vorzugsweise zum Verschieben eines Druckmediums in einer Vorrichtung zur Federung, Wankstabilisierung und Ni veauregulierung von Kraftfahrzeugen verwendet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden, gattungsgemäßen Aktuator gelöst.

Durch eine definierte Kombination von einer durch ei nen Elektromotor angetriebenen beidseitig drehenden Pumpe mit mehreren z. B. elektromagnetisch entsperrbaren Rück schlagventilen können die Funktionen Abdichten, Federung, Wankstabilisierung, Niveauregelung und Kneeling mit nur einem Aktuator dargestellt werden. Der für den Antrieb der Pumpe verwendete Elektromotor ist vorzugsweise ein Asyn chronmotor der eine vorzugsweise hydraulische Verdränge reinheit antreibt, wodurch ein bestimmtes Volumen an Druck medium in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromo tors von einem Zylinder der einen Fahrzeugseite in einen Zylinder der anderen Fahrzeugseite gefördert wird. Asyn chronmotoren sind deshalb besonders geeignet, weil sie ein hohes Drehmoment bei kleinen Drehzahlen erzeugen können, kompakte Wechselrichter aufweisen, und deshalb nur einen geringen Platzbedarf benötigen. Als Ventile können Rück schlagventile und 2/2-Wegeventile verwendet werden. Diese beispielsweise elektromagnetisch entsperrbaren Ventile er füllen in verschiedenen Schaltkombinationen auch verschie dene Funktionen.

Die mit Federzylindern gekoppelten Rückschlagventile blei ben geschlossen, wenn ein rein passives Fahrzeug ohne Wankausgleich dargestellt werden soll.

Dabei müssen die Federzylinder nach der Umgebung hin dicht sein. Für ein Fahrzeug mit aktivem Wankausgleich werden die zwischen den Federzylindern und einer Pumpe liegenden Rück schlagventile geöffnet und die in einer Leitung zum Tank angeordneten Rückschlagventile geschlossen. Die Federzylin der ihrerseits sind über Leitungen, in denen Dämpfungsele mente eingebaut sind, mit Speichern verbunden.

Ein Elektromotor treibt die Pumpe je nach Verschieberich tung links- oder rechtsdrehend an. Dabei sind die zwischen Pumpe und Federzylinder liegenden Rückschlagventile geöff net und die in den zum Tank führenden Leitungen geschlos sen.

Für das einseitige Absenken einer Fahrzeugseite, dem soge nannten Kneeling, sind jeweils die zu einer Fahrzeugseite gehörenden Rückschlagventile geschlossen und die der ande ren Fahrzeugseite geöffnet. Das Druckmedium aus dem bela steten Federzylinder wird in den Tank zurückgeführt, was zum Absenken der Fahrzeugseite führt. Um das Fahrzeug wie der in eine horizontale Position zu bringen werden die Rückschlagventile paarweise geöffnet bzw. geschlossen, wo durch die Pumpe das Druckmedium in den Tank zurückfördert. Für die Niveauregelung wird ein 2/2-Wegeventil, welches zwischen den Federzylindern und den Rückschlagventilen ein greift, so angesteuert, daß es sich in Durchflußposition befindet. Das von der Pumpe geförderte Volumen an Druckme dium kann vom Tank in die Federspeicher gefördert werden, wodurch sich ein mit den Federspeichern verbundener Karos serieaufbau anhebt. Um den Karosserieaufbau wieder abzusen ken, werden alle Rückschlagventile geöffnet, sodaß das Druckmedium wieder in den Tank zurückgeführt werden kann. Die Absicherung des Systems kann durch ein Druckbegren zungsventil erfolgen, das in Leitungen integriert wird, die die Federzylinder mit der Pumpe verbinden.

In einer kostenoptimierten Variante kann auf das 2/2-Wege ventil verzichtet werden, ohne daß dabei eine der Funktio nen nicht mehr dargestellt werden kann. Allerdings kann dann keine gleichmäßige Niveauregelung stattfinden, d. h. der Karosserieaufbau müßte durch ein mehrmalig alternieren des Ausführen der Funktion Kneeling angehoben werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin dung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An sprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen Ausführungs beispiele der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß beschrie ben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Aktuators und

Fig. 2 ein kostenoptimiertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators.

In der Fig. 1 ist als eine vorteilhafte Ausführungs form der Erfindung eine aktive hydropneumatische Federung mit einer Starrachse 1 und daran befestigten Fahrzeugrä dern 2 und 3 dargestellt. Anstelle der Fahrzeugräder 2 und 3 kann auch eine Zwillingsbereifung und anstelle der Starrachse 1 jede weitere Radaufhängung vorgesehen werden. Ein erfindungsgemäßer Aktuator kann in jeder beliebigen Ausführungsform eines (aktiven) Fahrwerks verwendet werden. Die Verbindung der Starrachse 1 mit einem Karosserieauf bau 4 erfolgt mittels achsseitiger Gelenke 5, 6 und auf bauseitiger Gelenke 7, 8 über zwei Federzylinder 9 und 10. Der Federzylinder 9 ist mit einer Kolbenstange 11 in dem Gelenk 5 an der Starrachse 1 angelenkt. Analog hierzu greift eine Kolbenstange 12 des Federzylinders 10 in dem Gelenk 6 der Starrachse 1 an. Jeder der Federzylinder 9 und 10 weist jeweils einen oberen Federzylinderraum 13 und 15 sowie einen unteren Federzylinderraum 14 und 16 auf. Die Federzylinderräume 13 und 14 sind durch einen Trennkol ben 17, die Federzylinderräume 15 und 16 durch einen Trenn kolben 18 voneinander getrennt. Die Federzylinder 9 und 10 sind über Leitungen 19 und 20 mit Speichern 21 und 22 ver bunden. In den Leitungen 19 und 20 sind Dämpfungselemen te 23 und 24 integriert, die die Funktionalität der Vor richtung unterstützen. Der Aktuator selbst wird durch die Elemente 25 bis 38 gebildet. Die Federzylinder 9 und 10 sind über Leitungen 25 und 26 mit einer Pumpe verbunden, die durch einen Elektromotor 28 angetrieben wird. Zwischen dem Federzylinder 9 und der Pumpe 27 ist in der Leitung 25 ein Rückschlagventil 29 integriert. Ein weiteres Rück schlagventil 30 sitzt in der Leitung 26 zwischen dem Feder zylinder 10 und der Pumpe 27. Zwischen den Rückschlagventi len 29 und 30 und der Pumpe 27 zweigen Leitungen 31 und 32 ab, die jeweils über ein weiteres Rückschlagventil 33 bzw. 34 mit dem Tank 35 verbunden sind.

Ein elektromagnetisch angesteuertes 2/2-Wegeventil ist über Leitungen 37 und 38 mit den Leitungen 25 und 26 verbunden. Um ein rein passives Fahrzeug ohne Wankausgleich darzustel len, werden die Rückschlagventile 29 und 30 geschlossen und somit die Federzylinderräume 13 und 15 gegenüber der Umge bung geschlossen. Für ein aktives Fahrzeug mit Wankaus gleich werden die Rückschlagventile 29 und 30 geöffnet und die Rückschlagventile 33 und 34 geschlossen.

Der Elektromotor 28 treibt die Pumpe 27 je nach Verschiebe richtung links- oder rechtsdrehend an, wobei die Rück schlagventile 29 und 30 geöffnet, die Rückschlagventile 33 und 34 jedoch geschlossen sind.

Um das Fahrzeug zum Bordstein hin nach rechts abzusenken, werden die Rückschlagventile 29, 33 geschlossen und die Rückschlagventile 30, 34 geöffnet, wodurch das sich in dem Federzylinderraum 15 befindende Druckmedium in den Tank 35 zurückgeführt werden kann. Dadurch neigt sich der Karosse rieaufbau 4 auf der rechten Seite nach unten, was ein er leichtertes Einsteigen der Passagiere ermöglicht. Soll nun das Fahrzeug wieder in die Horizontale gebracht werden, werden die Rückschlagventile 29 und 34 geschlossen und die Rückschlagventile 30 und 33 geöffnet. Die Pumpe 27 fördert nun Druckmedium von Tank 35 in den Federzylinderraum 15. Das Fahrzeug stabilisiert sich wieder in der Horizontalen. Für die Niveauregelung wird das 2/2-Wegeventil 36 so ange steuert, daß es sich in Durchflußposition befindet. Die Rückschlagventile 30 und 33 werden bei in Richtung Federzy linder 10 fördernder Pumpe 27 geöffnet und die Rückschlag ventile 29 und 34 geschlossen, wodurch Druckmedium aus dem Tank 35 in die Federzylinder 13 und 15 verschoben wird und sich der Karosserieaufbau 4 hebt. Zum Absenken des Karosse rieaufbaus 2 werden alle Rückschlagventile geöffnet, das Druckmedium kann in den Tank 35 zurückfließen.

In der Fig. 2 ist eine kostenoptimierte Variante des Aktuators dargestellt, bei der auf das 2/2-Wegeventil ver zichtet wird, was die Qualität der Niveauregelung ein schränkt. Jedoch können mit dieser Variante der Erfindung ebenfalls alle Funktionen dargestellt werden.

Bezugszeichen

1

Starrachse

2

Fahrzeugrad

3

Fahrzeugrad

4

Karosserieaufbau

5

Gelenk

6

Gelenk

7

Gelenk

8

Gelenk

9

Federzylinder

10

Federzylinder

11

Kolbenstange

12

Kolbenstange

13

Federzylinderraum

14

Federzylinderraum

15

Federzylinderraum

16

Federzylinderraum

17

Trennkolben

18

Trennkolben

19

Leitung

20

Leitung

21

Speicher

22

Speicher

23

Dämpfungselement

24

Dämpfungselement

25

Leitung

26

Leitung

27

Pumpe

28

Elektromotor

29

Rückschlagventil

30

Rückschlagventil

31

Leitung

32

Leitung

33

Rückschlagventil

34

Rückschlagventil

35

Tank

36

2/2-Wegeventil

37

Leitung

38

Leitung

Claims

1. Akuator mit mindestens einer durch einen Elektromo tor (28) in beiden Drehrichtungen antreibbaren Pumpe (27), dadurch gekennzeichnet, daß Rückschlag ventile (29, 30, 33, 34) in Leitungen (25, 26, 31, 32) so angeordnet und steuerbar sind, daß die Funktionen Federung, Wankstabilisierung, Niveauregelung und Kneeling ohne zu sätzliche Aggregate dargestellt werden können.

2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Leitungen (25, 26) über Leitun gen (37, 38) miteinander verbunden sind.

3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß in den Leitungen (37, 38) ein 2/2- Wegeventil (36) integriert ist.

4. Verwendung von mindestens einem Aktuator, der nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, in ei ner (aktiven) Vorrichtung zur Wankstabilisierung, Federung und Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen, bei der jedes Fahrzeugrad (2, 3) über ein druckmittelbeaufschlagtes akti ves Federungssystem mit einem Karosserieaufbau (4) verbun den ist, welches Federzylinder (9, 10) aufweist, die über Leitungen (19, 20) mit jeweils einem Speicher (21, 22) und einem Dämpfungselement (23, 24) verbunden sind.

5. Verwendung von mindestens einem Aktuator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator zwischen den Federzylindern beider Fahr zeugseiten integriert ist.