Steuerunqseinrichtunq sowie Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Fahrwerksanordnung mit wenigstens einem eine aktive Höhenverstellung zulassenden Schwingungsdämpfer.

Die Höhenverstellung eines Kraftfahrzeugs kann mehreren Zwecken dienen. Zum einen kann durch sie ein Wank- und Nickausgleich realisiert werden, wobei auf Be- schleunigungs- oder Bremsmanöver reagiert wird. Hierbei handelt es sich um eher kurzzeitig auftretende Bewegungen des Kraftfahrzeugaufbaus. Weiterhin ist es bekannt, eine Niveaueinstellung aufgrund beispielsweise eines Beladungszustandes des Kraftfahrzeugs vorzunehmen. Hierbei handelt es sich um eine Höhenverstellung, die während einer gesamten Fahrt vorzunehmen ist. Weiterhin kann eine Höhenverstellung auch bei Fahrtsituationen vorgenommen werden, die zeitlich zwischen den beschriebenen Situationen liegen, nämlich beispielsweise bei einer längerdauernden Kurvenfahrt.

Darüber hinaus ist es bekannt, höhenverstellbare Schwingungsdämpfer dazu zu verwenden, um beispielsweise Fahrbahnunebenheiten auszugleichen. Bei derartigen Anforderungen werden oft auch Kamerasysteme verwendet, damit keine Verzögerung zwischen dem Auftreten einer Unebenheit und der Reaktion des Fahrwerks bzw. der Höhenverstellung des Schwingungsdämpfers auftritt.

Es ist also bekannt, die Höhenverstellung eines Kraftfahrzeugs mittels der Schwingungsdämpfer in Abhängigkeit der Achsen, der Seiten oder auch vereinzelt für einzelne Schwingungsdämpfer vorzunehmen.

Schwingungsdämpfer, die etwas derartiges leisten können, weisen üblicherweise eine Pumpe auf, mittels derer das Hydraulikmedium im Schwingungsdämpfer bewegbar ist wodurch die Höhenstellung des Schwingungsdämpfers bzw. die Lage des Kolbens und damit der Kolbenstange veränderbar ist. Derartige Schwingungsdämpfer gehen beispielsausweise aus der US 2009/0260935A1 , DE10 2009 022 328 A1 oder der WO 2014/066469 A1 hervor. Dabei kann die Aufbaukontrolle, also die gezielte Beeinflussung der Höhenstellung des Fahrzeugsaufbaus oder auch die Radkontrolle, also die Einstellung der Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers, durchgeführt werden.

Bei Fahrwerksanordnungen mit aktiven Schwingungsdämpfern besteht das Problem, dass die zum Betrieb zur Verfügung stehende Energiemenge begrenzt ist. Die Schwingungsdämpfer müssen über das Boardnetz des Kraftfahrzeugs versorgt werden; dessen Leistung ist durch die vorgehaltene Energie einer Batterie begrenzt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine Fahrwerksanordnung anzugeben, die mit weniger Energieaufwand betreibbar ist.

Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass die Fahrwerksanordnung einen Stabilisator aufweist, der bei einer Querbeschleunigung in einem ersten Bereich bis zu einem ersten Schwellwert eine mit einer im Durchschnitt ersten Steigung ansteigende Rückstellkraft aufweist und ab dem ersten Schwellenwert in einem zweiten Bereich eine mit einer im Durchschnitt zweiten Steigung ansteigende Rückstellkraft aufweist, wobei die zweite Steigung größer als die erste Steigung ist.

Es hat sich bei der Untersuchung der Energieverbräuche der aktiven Schwingungsdämpfer herausgestellt, dass ein Teil der Energie dazu verwendet wird, Wirkungen eines Stabilisators zuerst zu kompensieren, um dann erst die gewünschte Höhenverstellung zu erreichen. Daher ist nunmehr vorgesehen, dass ein Stabilisator verwendet wird, der bis zu einem ersten Schwellwert eine kleine und ab einem zweiten Schwellwert eine größere Rückstellkraft aufweist. Der erste Bereich erstreckt sich demnach von 0 bis zum ersten Schwellenwert. Dadurch wird sozusagen bei normalen Geradeausfahrten das Ausgleichen von Bodenunebenheiten sowie das Ausgleichen von Wank- und Nickbewegungen Sache des Schwingungsdämpfers, während beispielsweise bei länger anhaltenden Kurvenfahrten der Stabilisator das Stellen von Kräften übernimmt. Dadurch wird insgesamt ein energetisch optimiertes System erreicht, bei dem der oder die Schwingungsdämpfer nicht mehr gegen den Stabilisator arbeiten müssen, sondern im Gegenteil in Bereichen großer Energieintensität vom Stabilisator entlastet werden.

Vorteilhafterweise kann der erste Schwellenwert in einem Bereich von 3 m/s ² bis 5 m/s ² , insbesondere bei 4m/s ² , liegen. Bei Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass bei Wahl des Schwellenwertes in diesem Bereich eine bestmögliche Entlastung der Schwingungsdämpfer erreicht wird, ohne Komforteinbußen hinzunehmen.

Vorteilhafterweise kann die Rückstellkraft im ersten Bereich kleiner als 10 N sein. Insbesondere kann die Rückstellkraft entweder im gesamten Bereich oder zumindest in einem Abschnitt gleich 0 sein. Wie beschrieben kann es in dem ersten Bereich vorkommen, dass der Schwingungsdämpfer gegen den Stabilisator arbeitet. Daher ist es gewünscht, dass dessen Rückstellkraft im ersten Bereich möglichst klein ist. D.h., dass die erste Steigung auch insgesamt gleich 0 sein kann.

Vorteilhafterweise kann im zweiten Bereich der Anstieg der Rückstellkraft zumindest Abschnittsweise im Wesentlichen einen parabolischen Verlauf aufweisen. Dadurch kann bei geringen Zuwächsen der Querbeschleunigung eine überproportionale Steigerung der Rückstellkraft erreicht werden. Dadurch wird es möglich, dass ab einer vorgebbaren Querbeschleunigung der Stabilisator die Rückstell kraft aufbringt und dies auch mit einer bekannten Charakteristik.

Vorzugsweise kann wenigstens eine Koppelstange des Stabilisators ein zylindrisches Gehäuse und einen axial darin beweglichen Kolben aufweisen, wobei der Kolben im mittleren Bereich einen Freilauf aufweist und an den Enden des Freilaufs jeweils ein Anschlag für den Kolben vorgesehen ist. Eine derartig aufgebaute Koppelstange realisiert in einem Bereich bis zu einer ersten Querbeschleunigung eine Rückstellkraft von 0 oder beinahe 0. Ab dem Anschlag, über den der erste Schwellwert vorgebbar ist, bewirkt das Zusammenspiel von Kolben und Anschlag das Vorhandensein der Rückstellkraft.

Vorteilhafterweise kann der Anschlag elastisch ausgebildet sein. Der Anschlag ist also nicht unbedingt ein starrer Anschlag, es ist vielmehr ein Widerstand gegen die Bewegung des Kolbens. Somit kann der Anschlag auf viele unterschiedliche Arten realisiert werden. Beispielsweise kann der Anschlag als starrer Körper ausgebildet sein, der an seinem Kolben zugewandten Ende mit einem Gummi oder einer anderen elastischen Masse versehen ist. Der Anschlag aber auch insgesamt aus einem Gummi oder einem anderen elastischen Material geformt sein. Alternativ kann der Anschlag als Feder, insbesondere als Schraubenfeder, ausgebildet sein.

Ebenfalls soll über den Anschlag eine Bewegung des Kolbens in Richtung Koppelstangenende mit zunehmendem Abstand von der Mitte der Koppelstange her zum Ende hin immer schwerer werden. Vorzugsweise kann der Kolben gegenüber wenigstens einem Ende mit einer Feder vorgespannt sein. Durch die Vorspannung soll erreicht werden, dass der Kolben eine Vorzugsposition in der Mitte der Koppelstangen aufweist und nicht dauerhaft an einem Anschlag anliegt. Bei Verwendung einer Feder hat der Stabilisator auch unterhalb des ersten Schwellwertes Rückstellkräfte, die jedoch im Vergleich zum zweiten Bereich vernachlässigbar sind. Dabei ist die Feder zum Vorspannen nicht die Anschlags-Feder, falls der Anschlag als Feder ausgestaltet ist.

Vorzugsweise kann wenigstens ein Anschlag einer Ausnehmung zur Aufnahme einer Feder aufweisen. D.h., dass die Feder durch den Anschlag durchgreift und sich so am Ende der Koppelstange abstützten kann.

Vorteilhafterweise kann die Koppelstange eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange zur Verbindung des Stabilisators mit einem Fahrwerkselement eines Kraftfahrzeugs aufweisen. Weiterhin kann die Koppelstange eine Kolbenstangenführung aufweisen, sodass die Kolbenstange an zwei Stellen fixiert ist.

Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Niveauregulierung eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem eine aktive Höhenverstellung zulassenden Schwingungsdämpfer und einem Stabilisator. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Querbeschleunigung in einem ersten Bereich bis zu einem ersten Schwellwert auf den Fahrzeugaufbau eine größere Rückstellkraft von dem wenigstens einen Schwingungsdämpfer übertragen wird als von dem Stabilisator und ab dem ersten Schwellenwert auf den Fahrzeugaufbau eine größere Rückstellkraft von dem Stabilisator übertragen wird als von dem wenigstens einen Schwingungsdämpfer, wobei sich wenigstens die vom Stabilisator übertragenen Rückstellkräfte im ersten Bereich und im zweiten Bereich unterscheiden. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird dabei grundsätzlich auf die bereits beschriebene Fahrwerksanordnung verwiesen. Diese erlaubt eine Durchführung des Verfahrens wie beschrieben.

Vorzugsweise kann die in den wenigstens einen Schwingungsdämpfer über eine Stelleinrichtung einleitbare Rückstellkraft im ersten Bereich größer sein als im zweiten Bereich.

Vorteilhafterweise kann der Stabilisator in den zweiten Bereich ab dem ersten Schwellenwert bis zu einem zweiten Schwellenwert eine ansteigende Rückstellkraft übertragen und in einem dritten Bereich ab dem zweiten Schwellwert eine gleichbleibende Rückstellkraft.

Alternativ ist auch denkbar, dass der Stabilisator in dem zweiten Bereich ab dem ersten Schwellwert bis zu dem zweiten Schwellwert eine mittlere Rückstellkraft mit einer zweiten Steigung und in dem dritten Bereich ab dem zweiten Schwellenwert eine Rückstellkraft mit einer dritten Steigung überträgt, wobei die zweite Steigung größer ist als die dritte Steigung. Es kann also einen ersten, zweiten und dritten Bereich geben, wobei in dem zweiten Bereich die mittlere Steigung am größten ist.

Daneben betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens wie beschrieben.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrwerksanordnung und einer Steurungseinrichtung. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass die Fahrwerksanordnung wie beschrieben und/oder die Steuerungseinrichtung wie beschrieben ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug kann ist bevorzugt ein Straßenfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug,

Fig. 2 eine Koppelstange,

Fig. 3 eine Kennlinie,

Fig. 4 einen Stabilisator mit Koppelstangen in einer zweiten Ausgestaltung, und Fig. 5 eine Koppelstange im Querschnitt.

Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit Schwingungsdämpfern 2, 3, 4 und 5 sowie zwei Stabilisatoren 6 und 7. Die Schwingungsdämpfer 2, 3, 4 und 5 sind aktiv höhenverstellbar, d.h. dass sie zur Aufbaukontrolle verwendet werden können. Die Schwingungsdämpfer 2, 3, 4 und 5 sind über Leitungen 8 und 9 mit einer Steuerungseinrichtung 10 verbunden. Die Stabilisatoren 6 und 7 sind nicht mit der Steuerungseinrichtung 10 verbunden, da sie rein mechanisch aufgebaut sind.

Die Stabilisatoren sind dabei zweiteilig aufgebaut, sie enthalten eine Querstange 12 und zwei Koppelstangen 14.

Eine der Koppelstangen 14 ist in Fig. 2 im Detail dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine Koppelstange 14 umfassend ein Rohrelement 1 6 und einen axial darin beweglichen Kolben 18. Am Kolben 18 ist eine Kolbenstange 20 befestigt. Der Kolben 18 ist mittels zweier Federn 22 gegenüber dem Gehäuse abgestützt, sodass er in der Mitte des Rohrelementes 1 6 eine Grund- oder Vorzugsposition aufweist. Ansonsten ist der Kolben 18 im mittleren Bereich der Koppelstange 14 frei beweglich, d.h. er weist im mittleren Bereich einen Freilauf auf. An den beiden Enden 24 und 26 des Rohrelementes 1 6 befindet sich jeweils ein Anschlag 28 und 30.

Die Anschläge 28 und 30 können elastisch ausgebildet sein. Sie können auch einen starren Bereich und eine Art elastische Schicht oder Kappe aufweisen, beispielsweise in Form eines Gummiringes, der dem Kolben zugewandt ist. Grundsätzlich kann der Ring aber auch gehäuseseitig angeordnet sein.

Alternativ können die Anschläge beispielsweise als steife Schraubenfedern ausgebildet sein.

Fig. 3 zeigt eine Kraftkennlinie eines Stabilisators mit veränderlicher Stützkraft, wie beispielsweise einen Stabilisator 6 mit zwei Koppelstangen 14.

Gegen die Achse 32 ist dabei die resultierende Rückstellkraft des Stabilisators aufgetragen und gegen die Achse 34 die Auslenkgröße, wobei der Weg, der Auslenkwinkel oder die Querbeschleunigung aufgetragen sein kann. Die sich ergebende Kennlinie 36 ist zu einem ersten Schwellwert 38 in einem ersten Bereich 40 zwischen 0 und dem ersten Schwellwert 38 nahe bei 0 und weist eine geringe mittlere Steigung auf. In dem zweiten Bereich 42 ab dem ersten Schwellwert 38 ist die mittlere Steigung 44 der Kennlinie 36 dagegen sehr viel größer als die mittlere Steigung im ersten Bereich 40. Im ersten Bereich 40 ist die Steigung linear, weswegen die mittlere Steigung in diesem Bereich mit der Kennlinie 36 zusammenfällt. Im zweiten Bereich 42 ist die Steigung der Kennlinie parabolisch, weswegen die Rückstellkraft im Vergleich zum Weg oder Winkel überproportional wächst.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Koppelstange 14 zur Realisierung eines nicht-linearen Stabilisators 6. Dabei sind an den Enden der Querstange 12 des Stabilisators 6 zwei Anschläge 46 drehfest mit der Querstange 12 verbunden. Die Koppelstangen 14 sind jeweils über ein Ringgelenk 48 an die Querstangen angebunden.

Das Zusammenwirken der Anschläge 46 und der Ringgelenke 48 ist in Fig. 5 zu erkennen. Die Anschläge 46 sind mittels einer Platte 50 drehfest mit der Querstange 12 verbunden. Im Querschnitt erkennt man das zwischen den Anschlagsflächen 52 ein Freiraum ist, der ungefähr ein Drittel in Umfangsrichtung belegt.

Mit den Anschlagsflächen 52 wirken die Einbuchtungen 54 zusammen, die durch ein Versicken eines Ringgelenks 50 erzeugt werden können.

Die Anschläge 46 können elastisch ausgebildet sein. Insbesondere können sie aus Gummi sein.

Gegenüber den Anschlagsflächen 52 der Anschläge 46 haben die Einbuchtungen 54 alls Anschläge der Koppelstange 14 einen Freilauf, erst nach dem Zurücklegen eines vorgebbaren Winkels sind die Koppelstange 14 und die Querstange 12 kraftmäßig verbunden.

Bezuqszeichen Kraftfahrzeug

Schwingungsdämpfer

Schwingungsdämpfer

Schwingungsdämpfer

Schwingungsdämpfer

Stabilisator

Stabilisator

Leitung

Leitung

Steuerungseinrichtung

Querstange

Koppelstange

Rohrelement

Kolben

Kolbenstange

Feder

Ende

Ende

Anschlag

Anschlag

Achse

Achse

Kennlinie

erster Schwellwert

erster Bereich

zweiter Bereich

mittlere Steigung

Anschlag

Ringgelenk

Platte

Anschlagsfläche Einbuchtung