WALENTOWSKI, Stephan (Ulenbergstrasse 103, Düsseldorf, 40225, DE)
NISSING, Dirk (An den Teichen 3a, Alpen, 46519, DE)
KASHI, Keiwan (Kölner Strasse 41 A, Düsseldorf, 40211, DE)
WALENTOWSKI, Stephan (Ulenbergstrasse 103, Düsseldorf, 40225, DE)
NISSING, Dirk (An den Teichen 3a, Alpen, 46519, DE)
| Patentansprüche 1. Aktives Fahrwerkstabilisierungssystem umfassend mindestens einen hydraulischen Aktuator (20), eine Pumpe (32) zur Beaufschlagung des mindestens einen Aktuators (20) mit einem Hydraulikdruck, ein Reservoir (36) zur Aufnahme von Hydraulikfluid und eine Rücklaufleitung (40) für einen Fluidfluss vom Aktuator (20) zum Reservoir (36), wobei in der Rücklaufleitung (40) ein Rückschlagventil (42) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (42) den Fluidfluss vom Reservoir (36) zum Aktuator (20) sperrt und den Fluidfluss vom Aktuator (20) zum Reservoir (36) ab einem vorbestimmbaren Rücklaufdrück freigibt. 2. Fahrwerkstabilisierungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (42) ein Federelement (44) aufweist, welches das Rückschlagventil (42) in seine Sperrstellung beaufschlagt und den vorbestimmbaren Rücklaufdruck festlegt. 3. Fahrwerkstabilisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (40) ein zum Rückschlagventil (42) parallelgeschaltetes Nachsaugventil (46) vorgesehen ist, welches den Fluidfluss vom Aktuator (20) zum Reservoir (36) sperrt und den Fluidfluss vom Reservoir (36) zum Aktuator (20) unterhalb eines vorbestimmbaren Nachsaugdrucks freigibt. 4. Fahrwerkstabilisierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachsaugventil (46) ein Federelement (48) aufweist, welches das Nachsaugventil (46) in seine Sperrstellung beaufschlagt und den vorbestimmbaren Nachsaugdruck festlegt. 5. Fahrwerkstabilisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (32), das Reservoir (36) und der Aktuator (20) an eine elektrohydraulische Steuereinheit (38) angeschlossen sind, wobei die Rücklaufleitung (40) die elektrohydraulische Steuereinheit (38) und das Reservoir (36) verbindet. 6. Fahrwerkstabilisierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Rücklaufleitung (40) mitsamt dem Rückschlagventil (42) und/oder dem Nachsaugventil (46) in die elektrohydraulische Steuereinheit (38) integriert ist. 7. Fahrwerkstabilisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (32) einen einstellbaren, variablen Pumpenfluss aufweist. 8. Fahrwerkstabilisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem hydraulischen Aktuator (20) gekoppelter Stabilisator (18) vorgesehen ist. 9. Fahrwerkstabilisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (20) eine Zylinder/Kolben- Einheit (22) ist. 10. Fahrwerkstabilisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Aktuatoren (20a- 2Od) vorgesehen ist. 11. Fahrwerkstabilisierungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt ein Hydraulikkanal (I) vorgesehen ist, an dem die Mehrzahl von Aktuatoren (20a, 20b) angeschlossen ist. 12. Fahrwerkstabilisierungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Hydraulikkanälen (I, II) in Verbindung mit einer Mehrzahl von Aktuatoren (20a-20d) vorgesehen sind. |
Die Erfindung betrifft ein aktives Fahrwerkstabilisierungssystem mit mindestens einem hydraulischen Aktuator, einer Pumpe zur Beaufschlagung des
Aktuators mit einem Hydraulikdruck, einem Reservoir zur Aufnahme von Hydraulikfluid und einer Rücklaufleitung für einen Fluidfluss vom Aktuator zum
Reservoir, wobei in der Rücklaufleitung ein Rückschlagventil vorgesehen ist.
Aktive Fahrwerkstabilisierungssysteme zur Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen sind allgemein bekannt. Sie können insbesondere Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus, das heißt rotatorischen Bewegungen um die Fahrzeuglängs- achse, entgegenwirken, um ein gewünschtes Fahrverhalten zu erzeugen. Ein gewünschtes Wankmoment lässt sich beispielsweise mittels eines Rotations- aktuators realisieren, der in einen Torsionsstab eines Stabilisators integriert ist, oder mittels eines Linearaktuators, der zwischen einem Stabilisatorarm und einer Radaufhängung angeordnet ist.
Im Fall einer äußeren Anregung der Fahrzeugräder, zum Beispiel durch
Straßenschäden, werden die Stabilisatoren herkömmlicher passiver Fahrwerkstabilisierungssysteme verformt und erzeugen ein unter Umständen unerwünschtes Stabilisatormoment am Fahrzeugaufbau. Bei aktiven Fahrwerkstabilisierungssystemen wird der Aktuator bei äußeren, aufgezwungenen Radbewegungen passiv (das heißt ohne Druckaufbau) ausgelenkt/verfahren und ermöglicht somit eine Kompensation der Radauslenkung ohne Beaufschlagung des Fahrzeugaufbaus mit einem Stabilisatormoment.
Durch diese passive Aktuatorauslenkung wird eine Druckkammer des Aktuators kleiner, was bedeutet, dass die Druckkammer Hydraulikfluid abgibt, wohingegen sich eine andere Druckkammer des Aktuators vergrößert, was bedeutet, dass ein Zufluss an Hydraulikfluid notwendig ist. Vorzugsweise ist im
Rahmen der üblichen Systemfunktion stets eine Druckkammer mit der
Pumpenleitung und die andere Druckkammer mit der Reservoirleitung verbunden. Für den Fall, dass sich die der Reservoirleitung zugeordnete Druckkammer vergrößert, ist ein Druckabfall unter den Atmosphärendruck möglich, da der Aktuator Hydraulikfluid durch die entsprechenden Leitungen und gegebenenfalls eine elektrohydraulische Steuereinheit aus dem Reservoir nachsaugen muss. Insbesondere bei schnellen Aktuatorbewegungen ergibt sich eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen starken Druckabfall. Der notwendige Fluidfluss zum Aktuator wird dabei durch das Druckgefälle zwischen dem Reservoir und der sich vergrößernden Druckkammer des Aktuators bestimmt. Da das Reservoir üblicherweise ein unter Atmosphärendruck stehender Tank ist, also einen Druck von etwa 1 bar aufweist, kann der Druck in der sich vergrößernden Druckkammer insbesondere bei einer schnellen, von außen aufgezwungenen Aktuatorbewegung stark abfallen. Fällt der Druck des Hydraulikfluids in der Druckkammer unter einen vorbestimmten Wert Oe nach Randbedingungen zum Beispiel 0,7 bar), führt dies zu Kavitationserscheinungen, das heißt zur kurzzeitigen Bildung kleiner Gasblasen in der Druckkammer des Aktuators, die nach kurzer Zeit wieder implodieren. Dieses Phänomen der Kavitation führt zu einer unerwünschten Geräuschbelästigung und kann über längere Zeit gesehen auch Materialschäden verursachen.
Zur Verringerung der Kavitationsgefahr wird in der gattungsgemäßen WO 2007/020052 ein Fahrwerkstabilisierungssystem vorgeschlagen, bei dem auch der Fluidrücklauf zumindest abschnittsweise einen Minimaldruck, das heißt einen Druck, der über dem Reservoirdruck liegt, aufweist. Der Minimaldruck wird dabei mittels einer in die Rücklaufleitung geschalteten Drossel eingestellt.
Bei einer im Wesentlichen konstanten Förderleistung der Pumpe stellt sich in Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt der Drossel ein weitgehend konstanter
Minimaldruck stromaufwärts der Drossel ein. Mittlerweile hat sich jedoch herausgestellt, dass sich erhebliche Energieeinsparungen realisieren lassen, wenn die Pumpe mit einer variablen, an den Bedarf angepassten Förderleistung arbeitet. Hieraus ergibt sich jedoch der unerwünschte Effekt, dass der Minimaldruck im Rücklauf von der Förderleistung der Pumpe abhängig ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines aktiven Fahrwerkstabi- lisierungssystems, das auch bei einem variablen Hydraulikfluiddurchfluss einen weitgehend konstanten Rücklaufdruck zur Kavitationsverhinderung bereitstellt. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein aktives Fahrwerkstabilisierungssystem der eingangs genannten Art, bei dem das Rückschlagventil in der Rücklaufleitung den Fluidfluss vom Reservoir zum Aktuator sperrt und den Fluidfluss vom Aktuator zum Reservoir ab einem vorbestimmbaren Rücklaufdruck freigibt. Dieses passive Rückschlagventil ist ein preiswertes und zuverlässiges Bauteil zur Steuerung des Fluidflusses, welches die im Stand der Technik vorgesehene Drossel auf einfache Art und Weise ersetzen und damit den Rücklaufdruck auch bei variabler Förderleistung der Pumpe im Wesentlichen konstant halten kann.
Das Rückschlagventil weist bevorzugt ein Federelement auf, welches das Rückschlagventil in seine Sperrstellung beaufschlagt. Der vorbestimmbare Rücklaufdruck lässt sich über eine Federhärte des Federelements somit in einfacher Art und Weise auf einen gewünschten Wert festlegen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in der Rücklaufleitung ein zum Rückschlagventil parallel geschaltetes Nachsaugventil vorgesehen, welches den Fluidfluss vom Aktuator zum Reservoir sperrt und den Fluidfluss vom Reservoir zum Aktuator unterhalb eines vorbestimmbaren Nachsaugdrucks freigibt. Für den Fall, dass der Rücklaufdruck zum Beispiel infolge einer aufgezwungenen äußeren Bewegung eines Fahrzeugrads unter den Reservoirdruck abfallen sollte, gewährleistet dieses Nachsaugventil die Möglichkeit, Hydraulikfluid aus dem Reservoir in die sich vergrößernde Druckkammer des Aktuators nachzusaugen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung umfasst das Fahrwerkstabilisierungssystem mehrere Aktuatoren, die von der Pumpe mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt werden können.
Hierbei kann ein einziger Hydraulikkanal vorgesehen sein, so dass daraus für den hydraulischen Druck, mit dem die Aktuatoren beaufschlagt werden, genau ein Freiheitsgrad resultiert. Alternativ oder ergänzend hierzu können mehrere Hydraulikkanäle in Verbindung mehreren Aktuatoren vorgesehen sein, so dass für den Hydraulikdruck so viele Freiheitsgrade resultieren, wie es der Anzahl von Hydraulikanälen entspricht.
Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigt:
- Figur 1 eine schematische Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen, aktiven Fahrwerkstabilisierungssystems;
- Figur 2 einen beispielhaften schematischen Hydraulikschaltplan des erfindungsgemäßen aktiven Fahrwerkstabilisierungssystems;
- Figur 3 einen Teil eines schematischen Hydraulikschaltplans einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrwerkstabilisierungs- Systems; und
- Figur 4 einen Teil eines schematischen Hydraulikschaltplans einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrwerkstabilisierungssystems.
Die Figur 1 zeigt ein aktives Fahrwerkstabilisierungssystem 10 für ein Fahrzeug. Im vorliegenden Fall ist beispielhaft eine Hinterachse des Fahrzeugs dargestellt, wobei die Erfindungsidee selbstverständlich nicht auf Fahrzeug- Hinterachsen beschränkt ist.
Die Hinterachse umfasst gemäß Figur 1 eine Radaufhängung 12, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, mit einem rechten Längslenker 14, einem linken Längslenker 16 und einem Querstabilisator 18, dessen eines Ende am linken Längslenker 16 angreift und dessen anderes Ende über einen Aktuator 20 mit dem rechten Längslenker 14 verbunden ist.
Der Aktuator 20 ist als Zylinder/Kolben-Einheit 22 ausgebildet, wobei ein Zylinder 24 mit dem Querstabilisator 18 und ein im Zylinder 24 längs verschieblich aufgenommener Kolben 26 mit dem rechten Längslenker 14 verbunden ist.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Aktuator 20 statt als Linearaktuator auch als Rotationsaktuator ausgebildet und in den Querstabilisator 18 integriert sein. Der Aktuator 20 ist über Hydraulikleitungen 28 mit einem Motor-Pumpen- Aggregat 30 verbunden, welches vorzugsweise eine Pumpe 32, einen Motor 34 zum Betreiben der Pumpe 32, ein Reservoir 36 (vgl. auch Figur 2) sowie optional eine (nicht dargestellte) elektronische Steuereinheit umfasst. Selbstverständlich müssen die einzelnen Komponenten des Motor-Pumpen-Aggregats 30 nicht zu einer Baueinheit zusammengefasst sein, sondern können auch getrennt voneinander als einzelne Komponenten vorliegen (Figur 2).
Alternativ kann der Aktuator 20 auch mit einer flussgeregelten Pumpe verbunden sein, die den Aktuator 20 mit Hydraulikdruck beaufschlagt. Eine solche flussgeregelte Pumpe kann mittels des Verbrennungskraftmotors angetrieben werden, wobei auch andere Antriebsarten möglich sind.
Zwischen das Motor-Pumpen-Aggregat 30 und den Aktuator 20 ist in Figur 1 eine elektrohydraulische Steuereinheit 38 geschaltet, die wenigstens ein Ventil sowie Mittel zum Ansteuern des wenigstens einen Ventils umfasst.
Die Figur 2 zeigt das aktive Fahrwerkstabilisierungssystem 10, genauer den schematischen Hydraulikschaltplan des aktiven Fahrwerkstabilisierungssystems 10, mit exemplarisch einem hydraulischen Aktuator 20, der Pumpe 32 zur Beaufschlagung des Aktuators 20 mit einem Hydraulikdruck, dem Reservoir 36 zur Aufnahme von Hydraulikfluid und einer Rücklaufleitung 40 für einen Fluidfluss vom Aktuator 20 zum Reservoir 36, wobei in der Rücklaufleitung 40 ein Rückschlagventil 42 vorgesehen ist. Das Rückschlagventil 42 ist dabei so in die Rücklaufleitung 40 eingebaut, dass es den Fluidfluss vom Reservoir 36 zum Aktuator 20 sperrt und den Fluidfluss vom Aktuator 20 zum Reservoir 36 ab einem vorbestimmbaren Rücklaufdruck freigibt. Um den vorbestimmbaren Rücklaufdruck festzulegen, weist das Rückschlagventil 42 ein Federelement 44 auf, welches das Rückschlagventil 42 in seine Sperrstellung beaufschlagt. Über die Federhärte des Federelements 44 lässt sich der Rücklaufdruck stromaufwärts des Rückschlagventils 42 mit geringem Aufwand festlegen. Dieser Rücklaufdruck ist insbesondere unabhängig von einer Förderleistung der Pumpe 32. Dementsprechend können problemlos energiesparende Pumpen 32 mit einem einstellbaren, variablen Pumpenfluss eingesetzt werden, ohne dass unerwünscht große Schwankungen des Rücklaufdrucks eintreten. Die Förderleistung der Pumpe 32 ist vorzugsweise über eine elektronische Steuerung an den Bedarf im aktiven Fahrwerkstabilisierungssystem lO angepasst.
Gemäß Figur 2 ist in der Rücklaufleitung 40 ein zum Rückschlagventil 42 parallel geschaltetes Nachsaugventil 46 vorgesehen, welches den Fluidfluss vom Aktuator 20 zum Reservoir 36 sperrt und den Fluidfluss vom Reservoir 36 zum Aktuator 20 unterhalb eines vorbestimmbaren Nachsaugdrucks freigibt. Analog zum Rückschlagventil 42 weist auch das als Rückschlagventil ausgebildete Nachsaugventil 46 ein Federelement 48 auf, welches das Nachsaugventil 46 in seine Sperrstellung beaufschlagt, um den vorbestimmbaren Nachsaugdruck festzulegen. Das Federelement 48 hat vorzugsweise eine äußerst geringe Federhärte, sodass ein Nachsaugen von Hydraulikfluid aus dem Reservoir 36 in eine Druckkammer 50 oder eine Druckkammer 52 des Aktuators 20 über das Nachsaugventil 46 bereits ermöglicht wird, wenn der Hydraulikdruck in einer der Druckkammern 50, 52 nur geringfügig unter einen Hydraulikdruck im Reservoir 36 fällt. Insbesondere hat das Federelement 48 des Nachsaugventils 46 eine geringere Federhärte als das Federelement 44 des Rückschlagventils 42.
Gemäß Figur 2 sind die Pumpe 32, das Reservoir 36 und der Aktuator 20 an die elektrohydraulische Steuereinheit 38 angeschlossen, wobei die Rücklaufleitung 40 die elektrohydraulische Steuereinheit 38 und das Reservoir 36 verbindet. Wie in Figur 1 angedeutet, kann ein Abschnitt der Rücklaufleitung 40 mitsamt dem Rückschlagventil 42 und dem Nachsaugventil 46 in die elektrohydraulische Steuereinheit 38 integriert sein. Im Übrigen weist die elektrohydraulische Steuereinheit 38 wenigstens ein Ventil zum Ansteuern des Aktuators 20 sowie Mittel zum Betätigen des wenigstens einen Ventils auf. Lediglich zur Veranschaulichung einer möglichen Aktuatorsteuerung umfasst die elektrohydraulische Steuereinheit 38 gemäß Figur 2 beispielhaft ein Druckbegrenzungsventil 54 sowie ein 4/2-Wegeventil 56.
In der dargestellten Ventilstellung ist die Druckkammer 50 des Aktuators 20 mit der Pumpe 32 und die Druckkammer 52 des Aktuators 20 mit dem Reservoir 36 verbunden. Ergibt sich durch die Anregung eines Fahrzeugrads 58 (vgl. Figur 1) eine Verschiebung des Kolbens 26 in Richtung zur Druckkammer 52 (gemäß Figur 2 nach unten), so ist die Kavitationsgefahr gering, da die Pumpe 32 rasch Hydraulikfluid in die Druckkammer 50 fördern kann. Wird der Kolben 26 infolge äußerer Anregung in Richtung zur Druckkammer 50 (gemäß Figur 2 nach oben) verschoben, so sorgt der herrschende Rücklaufdruck zwischen dem Aktuator 20 und dem Rückschlagventil 42 für einen Fluidfluss zur Druckkammer 52. Da aufgrund der Kolbenbewegung Hydraulikfluid aus der Druckkammer 50 über das Druckbegrenzungsventil 54 an den unter dem vorbestimmbaren Rücklaufdruck stehenden Abschnitt der Rücklaufleitung 40 abgegeben wird, sinkt der Rücklaufdruck nur langsam ab. Das Hydraulikfluid wird von der Druckkammer 50 über das Druckbegrenzungsventil 54 direkt zur Druckkammer 52 geleitet. Erst wenn der Rücklaufdruck, also der Hydraulikdruck in der Druckkammer 52, unter den Hydraulikdruck im Reservoir 36 sinkt, also in der Regel den Atmosphärendruck, öffnet das Nachsaugventil 46 und ermöglicht ein Nachsaugen von Hydraulikfluid aus dem Reservoir 36.
Bei geeigneter Wahl des Rücklaufdrucks ist ein Absinken des
Hydraulikdrucks in der Druckkammer 52 in einen kavitationskritischen Bereich nahezu ausgeschlossen. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass dieser gewünschte
Rücklaufdruck durch das Rückschlagventil 42 auch bei variabler Förderleistung der Pumpe 32 weitgehend konstant gehalten wird.
Wird der Aktuator 20 infolge äußerer Anregung bewegt, während das 4/2- Wegeventil 56 die Druckkammer 50 mit dem Reservoir 36 und die Druckkammer 52 mit der Pumpe 32 verbindet, so gelten die obigen Erläuterungen analog, allerdings für entgegengesetzte Kolbenbewegungen.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist ein Aktuator 20 an die Steuereinheit 38 angeschlossen. Demgegenüber zeigt Figur 3 einen Teil eines hydraulischen Schaltplans gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrwerkstabilisierungssystems 10, bei der zwei Aktuatoren 20a, 20b über einen Hydraulikkanal I an die Steuereinheit 38 angeschlossen sind. In dem Kanal I ist genau ein hydraulischer Druck bzw. Freiheitsgrad einstellbar.
Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Fahrwerkstabilisierungssystems 10, bei der eine Mehrzahl von Aktuatoren 20a, 20b, 20c, 2Od über mehrere Hydraulikkanäle I, Il an die Steuereinheit 38 angeschlossen ist. Zwei Aktuatoren 20a, 20b sind über einen ersten Hydraulikkanal I an die Steuereinheit 38 angeschlossen, und zwei weitere Aktuatoren 20c, 2Od sind über einen zweiten Hydraulikkanal Il an die Steuereinheit 38 angeschlossen. In den beiden Hydraulikkanälen I, Il kann jeweils ein voneinander unabhängiger Druck eingestellt werden, so dass die Hydraulikkanäle I 1 Il voneinander unabhängig sind und zwei Freiheitsgrade für den hydraulischen Druck existieren.
Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 3 und 4 unterscheiden sich von der Ausführungsform gemäß Figur 2 im Wesentlichen nur durch die Anzahl der an die Steuereinheit 38 angeschlossenen Aktuatoren. Der übrige Systemaufbau und die Funktionsweise entsprechen der Ausführungsform nach Figur 2, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen darauf verwiesen wird.
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