Standard hierzu sind zwischen Radachse und Aufbau des Kraftfahrzeugs angeordnete Federn, die der Bewegung der Räder gegenüber dem Aufbau eine wachsende Kraft entgegensetzen.

Schneller Schwingungen werden durch mit den Federn gekoppelte Dämpfer beseitigt oder doch zumindest stark reduziert.

In diesem Zusammenhang stehen auch Systeme zur Änderung der Höhe bzw. des Abstandes des Aufbaus über der Fahrbahn. Hierzu ist es bekannt, bei Fahrzeugen mit Stahlfedern die Niveauregulierung im Regelfall in den Stoßdämpfer zu integrieren. Der Stoßdämpfer kann dabei auch automatisch und veranlaßt durch die vertikalen Fahrzeugbewegungen bis zur gewünschten Regelhöhe im Fahrzeugaufbau hoch gepumpt werden.

Bei Fahrzeugen mit Luftfedern läßt sich die Regulierung der Höhe ebenfalls realisieren, indem die Luftfedern bei Belastung über entsprechende äußere Sensoren eine größere Druckmittelmenge erhalten. Weiterhin ist es auch bekannt bei Fahrzeugen mit einer hydropneumatischen Federung eine Regelung der Höhe mit Hilfe eines hydraulischen Stellgliedes zu realisieren. All diese bekannten Systeme dienen aber ausschließlich der Regelung der Höhenlage des Aufbaus also der Höhe des Fahrzeugaufbaus über dem Erdboden. Der Abstand des Aufbaus über der Fahrbahn ändert sich mit einer Änderung der Zuladung, so daß die genannten bekannten Systeme darauf ausgelegt sind, den entsprechenden Regelvorgang extrem langsam durchzuführen, wobei ein entsprechender Regelvorgang mehrere Sekunden bis zu Minuten andauern kann. Eine Ausregelung von dynamischen Last Schwankungen, beispielsweise als eine Einwirkung auf den gegenwärtigen Fahrzustand oder auf schnell ablaufenden Bewegungen des Aufbaus (beispielsweise sich aufschaukelnde Schwingungen) ist mit diesen bekannten Systemen unmöglich.

Selbst wenn man aber die bekannten Systeme auf schnelle Regelvorgänge auslegen wollte, so stände der hierfür notwendige Energie und Leistungsbedarf kaum zur Verfügung.

Theoretisch ermöglichen voll aktive hydraulische Fahrwerksysteme zwar eine optimale Fahrwerksregelung hinsichtlich Fahrkomfort und Handling des Fahrzeugs. Sie erweisen sich jedoch unter Kostengesichtspunkten als unrealistisch und haben selbst dann, wenn zur Leistungseinsparung Zusatzbauteile vorgesehen sind, sehr hohe Leistungsanforderungen.

Aus der DEAS 2604809 ist es für ein verstellbares die Radaufhängungssystem für Fahrzeuge bekannt die Federsteifigkeit zu erhärten, was zur Verbesserung der Laufstabilität oder Steuerbarkeit des Fahrzeugs dient.

Weiterhin ist noch auf die DEOS 3738284 zu verweisen, die eine aktive Fahrwerksregelung für Kraftfahrzeuge beschreibt, welche auf der Basis bekannter Niveauregulierungen aufbaut und ein erstes in Abhängigkeit zum relativen Einfederweg beaufschlagtes aktives Stellglied für das Niveauregulierungssystem sowie ein zweites aktives Stellglied in Form eines aktiven oder eines semiaktiven Dämpfers zwischen Radaufhängung und Fahrzeug Aufbau umfaßt. Ein derartiges System hat einen sehr hohen Energiebedarf.

Schließlich ist es aus der EPPS 444278 bekannt geworden, zur Regelung der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus ein Feder Element mit einem Stellglied in Reihe zu schalten, wobei dieser Serienschaltung noch zusätzlich eine Tragfeder zwischen Fahrzeug Aufbau und Radachse parallel geschaltet ist.

Die Erfindung geht daher aus von einer Vorrichtung der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung.

Aufgabe der Erfindung ist es eine einfach aufgebaute und wirksame Vorrichtung anzugeben, durch welche eine schnelle aktive Regelung der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus für eine Erhöhung der Fahrzeugstabilität möglich ist. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Federbein anzugeben, welches für eine einfache und schnelle Regelung besonders geeignet ist.

Die Aufgabe wird zum einen durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, bei einer aktiven Regelung der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus ein elektromechanisches Stellglied einzusetzen, welches die notwendigen mechanischen Stellbewegungen sehr einfach und schnell durchführen kann, wobei ein derartiges Stellglied vergleichsweise preiswert ist. Auf ein hydraulisches Stellglied mit aufwendigen Leitungen, Speichern und Pumpen kann somit verzichtet werden.

Durch die Erfindung wird auf überraschend einfache Weise eine dynamisch aktive Fahrwerkregelung geschaffen, die ohne hydraulische Druckversorgung auskommt. Auf Basis der Erfindung kann zudem erreicht werden, daß der Energieverbrauch minimiert und der Komfort erhöht wird. Bei dem erfindungsgemäßen System bildet ein elektromechanischer Antrieb ein aktives Feder Dämpfer System, welches mit seinem Antrieb ist und als zusätzliche, im Fahrzeug unterzubringende Aggregate lediglich eine elektrische Energieversorgung und eine elektrische Ansteuerung benötigt.

Der hydraulisch eigenständige Dämpfer kann erhalten bleiben.

Ein besonders einfache Aufbau für das Stellglied ergibt sich aus der in Anspruch 2 aufgeführten Merkmalskombination. Dabei ist ein vergleichsweise preiswerter Elektromotor in den Bereich des Aufbaus eingefügt, der sich über die erfindungsgemäße Vorrichtung an einer Radachse abstützt.

Dieser Elektromotor treibt eine Gewindespindel an, auf deren Gewinde eine drehfest angeordnete und axial bewegbare Gewindeschraube sitzt. Dreht sich die Spindel so fährt die Schraube auf und ab und änderte damit die Höhenlage des Aufbaus. Der Motor und die von ihm angetriebene Spindel reagieren sehr schnell auf entsprechende Betätigungssignale, so daß die beschriebene Anordnung sehr gut zur dynamischen Regelung der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus geeignet ist.

Wenn'das Fahrzeug jedoch ein HydraulikAggregat gesetzt, beispielsweise für eine Servo Lenkung, so kann es sich unter Umständen empfehlen für den Antrieb des Stellgliedes einen hydraulischen Antrieb zu wählen.

Um Energie bei der Bewegung des Aufbaus durch den Elektromotor zu sparen empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 3. Durch die Entlastungsfeder, die vorzugsweise derart eingestellt ist, daß sie mit ihren nicht auf Block stehenden Windungen das Gewinde weitgehend frei von Auflagekräften durch den Aufbau des Fahrzeugs hält, wird es möglich, daß durch das Stellglied nur die dynamischen Bewegungen des Aufbaus bewirkt werden müssen. Das Gewinde bleibt dabei weitgehend von den Auflagekräften des Aufbaus verschont. Es ist allerdings notwendig, daß bei abwärts gerichteten Bewegungen des Aufbaus das Stellglied gegen die Kraft der Entlastungsfeder arbeiten muß. Dabei sollte die Feder derart eingestellt sein, daß in beiden Richtungen die von dem Motor auszuübende Kraft gleich groß ist.

Aktive Fahrwerkregelsysteme sollen, Nick und Rollbewegungen des Fahrzeugaufbaus durch regelungstechnische Eingriffe mindern oder vollständig ausregeln. Dazu muß jeder der vier Aktuatoren in der Lage sein, seine Fahrzeugecke anzuheben.

Die dazu notwendige Hubarbeit ist das Integral über (Verstellkraft x Verstellweg). Entlastet man den Aktuator von der rein statischen Kraftkomponente, so muß bei Regeleingriffen nur ein Bruchteil der Energie aufgewandt werden. Daher wird, wie in Figur 2 dargestellt, gemäß Anspruch 3 vorgeschlagen, parallel zu den Aktuatoren Entlastungsfedern (6) einzusetzen, die statisch so abgestimmt sind, daß die Aktuatoren (1) bei ruhendem Fahrzeug entlastet sind.

Eine weitere Verbesserung läßt sich somit durch die Anwendung der Merkmale nach Anspruch 4 erreichen, wo die Verwendung von Gasfedern für die Tragfeder bzw. die Entlastungsfeder vorgeschlagen wird. Gasfedern bieten gegenüber Stahlfedern einen höheren Federungskomfort. Außerdem kann eine statische Einfederung, beispielsweise verursacht durch eine Gewichtserhöhung infolge von Zuladung, durch Zufuhr von Luft kompensiert werden. Der besondere Vorteil von Gasfedern Stahlfedern besteht darin, daß die eigene Frequenz des FederMasseSystems annähernd unabhängig von der Zuladung ist.

Das in Figur 3 dargestellte System hat somit Gasfedern (7), die gegenüber Stahlfedern einen höheren Federungskomfort bieten. Außerdem kann eine statische Einfederung, beispielsweise verursacht durch eine Gewichtserhöhung infolge von Zuladung durch Zufuhr von Luft kompensiert werden (Niveauregelung). Der besondere Vorteil von Gasfedern gegenüber von Stahlfedern besteht auch darin, daß die Eigenfrequenz des Feder Masse Systems annähernd unabhängig von der Zuladung ist.

Bei der Darstellung einer Regelung der Vertikaldynamik unter Verwendung von Luftfedern besteht die Möglichkeit, die Höhen der Luftsäule eines Luftfedersystems durch Zu und Abfuhr von zusätzlicher Luft nicht nur quasistatisch im Sinne einer Niveauregulierung, sondern auch dynamisch zu regeln. Ein solches Vorgehen hat sich jedoch bisher nur als wenig praktikabel erwiesen, da die Schallgeschwindigkeit in Luft eine physikalische Grenze für die bei schnellen Regelvorgängen mit hoher Amplitude erforderliche Strömungsgeschwindigkeit in den pneumatischen Zuleitungen bildet. Um nicht in die Nähe dieser Grenze zu kommen müßten inakzeptabel große Zuleitungsquerschnitte gewählt werden.

Daher wird vorgeschlagen, das obere Ende der Gasfedern (7) z. B. als Teller (9) ausgebildet per Aktuator (1) verstellbar zu gestalten, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Es ist von Vorteil einen elektromechanischen Antrieb (1) einzusetzen, wenn im Fahrzeug jedoch ein Hydraulikaggregat beispielsweise für eine Servolenkung bereits vorhanden ist, kann unter Umständen auch der hydraulische Antrieb eine günstige Variante sein. In jedem Falle ist es von Vorteil, die Aktuator-Entlastungsfeder (6 oder 8) einzusetzen um den Energieverbrauch zu senken. Alle Vorteile vereinigt ein System, das sowohl Gas Tragfedern (7) als auch Gas Aktuator- Entlastungsfedern (8) einsetzt (Fig. 4), wobei beiden Gasfedern entweder unabhängig voneinander Luft zu oder abgeführt werden kann oder einer dieser Federn, wobei die andere Gasfeder über ein elektrisch steuerbares Pneumatikventil mit dieser verbindbar ist. Vorzugsweise kann der elektromechanische Antrieb (1) innerhalb der Aktuator- Entlastungsgasfeder 8 untergebracht werden.

Zum Regeln eines mit den erfindungsgemäßen Federbeinen ausgestatteten Fahrwerks ist mindestens die Sensorinformation über die Einfederwege notwendig. Dazu sind die erfindungsgemäßen Federbeine mit Wegsensoren (10) ausgestattet. Weiterhin können auch Sensoren für die Aktuatorwege vorgesehen sein. Beide Sensorsysteme können im Federbein zu einer Sensoreinheit zusammengefasst sein.

Außerdem können zur genauen Ermittlung des Systemzustands zusätzlich die pneumatischen Drücke in den Gasfedern sensiert werden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung empfiehlt sich daher die Anwendung der in den Ansprüchen 9 und 10 aufgeführten Merkmale Das hier vorgestellte System vereint die Vorteile des technisch ausgereiften pneumatischen Systems zur aktiven Fahrwerk Niveauregulierung und der in Wirkungsgrad, Bauform und Leistungsdichte optimierten elektromechanischen Aktuatoren zu einem vollaktiven Fahrwerkregelsystem mit minimalem Energiebedarf. Elektrische Energie wird nur in einem Bereich mittlerer Dynamik eingesetzt. Sehr schnelle Einfedervorgänge werden von dem konventionellen hydraulischen Dämpfer abgefangen, langsame Vorgänge von einem pneumatischen Niveauregulierungssystem. Der mittlere, von den elektromechanischen Aktuatoren abgedeckte Bereich betrifft vor allem das Ausregeln von Roll, Nick und Hubbewegungen des Fahrzeugs, wie sie bei Kurvenfahrt, beim Beschleunigen und Bremsen und beim Überfahren von Bodenwellen auftreten.

Bisherige Ansätze zur aktiven Fahrwerkregelung sind regelmäßig an dem zu hohen Energieverbrauch gescheitert, da meist versucht wurde, einen zu großen Dynamikbereich mit energieverbrauchender Aktuatorik abzudecken. Das vorgeschlagene System dagegen überlässt den Bereich hoher Dynamik, bei dem jedes aktive System energetisch überfordert wäre einem passiven Dämpfer und den Bereich niedriger Dynamik der Niveauregulierung, die einmal eingestellt keine weitere Energiezufuhr benötigt. Auch der Energiebedarf im Bereich mittlerer Dynamik, in dem aktiv geregelt wird ist durch den Einsatz der (vorzugsweise pneumatisch nachstellbaren) Aktuator Entlastungsfedern minimiert. Der von dynamisch passiven Gasfedersystemen bekannte optimale Federungskomfort bleibt auch bei aktiver Fahrwerkregelung in vollem Umfang erhalten.

Zur Darstellung einer aktiven Fahrwerkregelung mit minimalem Energieverbrauch sind ausgehend von einem Fahrzeug mit pneumatisch niveauregulierbarem Fahrwerk lediglich die Federbeine gegen die hier vorgestellten zusätzlich elektrisch verstellbaren auszutauschen, Sensorik und Regelelektronik ist hinzuzufügen. Im Fahrzeugchassis sind keine weitere Aggregate unterzubringen. Das System kann somit auch nachträglich ohne größere Probleme in ein Fahrzeug eingefügt werden.

Die Lösung für die erfindungsgemäßen Aufgabe hinsichtlich des Federbein zu besteht in der sich in Anspruch 11 aufgeführten Merkmalskombination. Hierzu vorteilhafter Weiterbildung in der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 11 bis 27.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt : Fig. 1 eine mit aus einer Stahlfeder bestehenden Tragfeder versehene erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das zu dieser Vorrichtung gehörende Federbein Fig. 2 die Vorrichtung bzw. Federbein nach Fig. 1, bei der zusätzlich noch eine Entlastungsfeder eingefügt wurde Fig. 3 eine Vorrichtung bzw. Federbein entsprechend Fig. 1, bei der die Stahlfeder durch eine Gasfeder ersetzt wurde und Fig. 4 die Ausführungsform nach Fig. 2, bei der sowohl die Tragfeder als auch die Entlastungsfeder durch Gasfedern gebildet sind.

Fig. 1 zeigt eine Auflage 12, auf der sich der Aufbau des Fahrzeugs in Fig. 1 nach unten gerichtet abstützen kann. Die Auflage 12 sitzt über Gummipuffer 13 auf einen Motorgehäuse 14 auf, welches als elektromechanischen Antrieb 1 einen Elektromotor 15 aufnimmt. Der Motor ist mit seinen Polen 16 in dem Motorgehäuse 14 verankert. Der Rotor des Motors ist gegebenenfalls einstückig mit einer Gewindespindel 17 verbunden, auf deren Kugelgewinde 18 eine Gewindeschraubel9 drehfest aber axial beweglich sitzt. Wird also die Gewindespindel 17 durch den Elektromotor in einer von zwei Richtungen gedreht, so bewegt sich die Gewindeschraube 19 nach oben bzw. unten. Zwischen das Gewinde der Gewindeschraube und der Gewindespindel sind Kugeln eingefügt, die im Zusammenwirken ein Kugelgetriebe ergeben. Wird beispielsweise die Gewindespindel 17 in einer ersten Drehrichtung gedreht, so bewegt sich die Gewindeschraube 19 nach oben und hebt damit die Auflage 12 an. Bei Umkehr der Drehrichtung der Gewindespindel 17 wird die Auflage abgesenkt. Die Gewindeschraube 19 ist in einer Verbindungshülse 20 gehalten, deren oberer Rand einen Teller 9 bildet, an dem sich eine Tragfeder 21 mit ihrem in Fig. 1 oberen Ende abstützt. Der elektromechanische Antrieb 1 und die Tragfeder 21 sind somit in Reihe geschaltet. Mit ihrem unteren Ende sitzt die Tragfeder 21 auf einem Gehäuse 22 eines Dämpfers 23 auf, wobei das Gehäuse 22 des Dämpfers aus mehreren Teilen bestehen kann. Das untere Ende 24 des Dämpfers 23 ist zumindest mittelbar mit einer Radachse verbunden, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Der Dämpfer 23 besitzt, wie üblich, einen Kolben 25, der an der Innenfläche des Gehäuses 22 dichtend geführt ist. Der Dämpfer hat wie üblich die Aufgabe, schnelle Schwingungen des Rades gegenüber dem Aufbau des Fahrzeugs auszugleichen. Die Kolbenstange 26 des Dämpfers 23 ist mit der Verbindungshülse 20 verbunden, so daß die Schwingungen der Tragfeder 21 gegenüber der Verbindungshülse 20 durch den Dämpfer 23 bedämpft werden. Das Motorgehäuse 14 und das Gehäuse 22 des Dämpfers 23 sind mit einer ersten Blende 27 und einer zweiten Blende 28 versehen, die teleskopartig ineinander greifen.

Um die Bewegungen des Aufbaus und damit der Auflage 12 regeln zu können muß ein Sensor eingefügt werden, welcher derartige Bewegungen messen kann. Am Boden der Verbindungshülse 20 ist daher ein erster Sensor 30 eingefügt, welcher die Bewegung der Verbindungshülse 20 und damit der Gewindeschraube 19 gegenüber der Auflage 12 zu messen im Stande ist. Hierzu dient ein gegenüber der Auflage 12 verankerter Stift 29, der die Bewegung der Auflage 12 gegenüber der Verbindungshülse 20 überträgt. Diese Bewegung ist durch den ersten Sensor 30 meßbar. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung der erster Sensor oder weitere Sensoren an anderen geeigneten Stellen der Vorrichtung angebracht werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist es nachteilig, daß die gesamte Last des Aufbaus des Kraftfahrzeugs durch das Kugelgetriebe mit der Gewindeschraube 19 und der Gewindespindel 17 aufgenommen werden muß. Die Belastungen an dem Getriebe sind somit erheblich und die sich hierdurch ergebende Reibung muß durch einen entsprechenden Aufwand an Energie überwunden werden. Außerdem arbeitet die Regelung unsymmetrisch, da die Schwerkraft einmal unterstützend und in der Gegenrichtung dem Antrieb entgegenwirkend wirkt. In Fig.

2 ist daher eine Entlastungsfeder 6 eingefügt, die das Kugelgetriebe von der Last der Schwerkraft befreit, so daß über dieses Getriebe nur noch die Beschleunigung des Aufbaus in beiden Richtungen übertragen werden muß. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Ersparnis an Energie, da die Entlastungsfeder 6 dem Getriebe parallel geschaltet ist und im übrigen zu der Tragfeder 21 in Reihe liegt Die Ausführungsform nach Fig. 3 gleicht weitgehend der nach Fig. 1, nur das die Tragfeder 21 durch eine Gasfeder 7 ersetzt wurde, die auch zur Regelung des Niveaus verwendet werden kann also der Steuerung der Höhe der Auflage 12 gegenüber der Fahrbahn. Die mittels der Verwendung einer Gasfeder erzielbaren Vorteile wurden weiter oben schon ausführlich beschrieben.

In Fig. 4 wurde sowohl die Tragfeder 21 als auch die Entlastungsfeder 6 durch eine Gasfeder 7 bzw. 21 ersetzt. Die beiden Gasfedern können dabei durch eine gemeinsame Quelle angesteuert und gespeist werden so daß auch die Tragfeder im Gewissen Umfang regelbare wird. Die Tragfeder 7 kann aber auch umgesteuert bleiben, indem sie einmal aufgefüllt wird und in diesem Zustand später bleibt. Die Gasfeder 7 kann weiterhin dazu dienen, die Höhe der Auflage 12 in größerem Umfang zu'ändern, wodurch sich eine Steuerung des Niveaus das heißt des Abstandes zwischen der Auflage 12 und der Fahrbahn ergibt. Die kleineren Schwingungen der Auflage 12 können auch zumindest unterstützend durch die zweite Gasfeder 8 ausgeregelt werden. Werden beide Federn nicht angesteuert, so können die Gasfedern über einen geteilten Balg einstückig gefertigt sein. Es ist aber auch möglich den oberen zu der Entlastungsfeder 6 gehörenden Balg einmal mit Gas zu füllen und die Gasfeder 7 durch eine entsprechende Gasquelle zur Regelung des Niveaus anzusteuern.