DE102006012173A1

DE102006012173A1 - Fahrwerksystem

Info

Publication number: DE102006012173A1
Application number: DE102006012173A
Authority: DE
Inventors: Stephan Walentowski
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-20
Also published as: US7600770B2; JP2007246087A; US20070216127A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerksystem (10) mit einem ersten und einem zweiten Radträger (12, 14) sowie einem Stabilisator (16), der mit den Radträgern (12, 14) gekoppelt ist, und mit einer ersten und einer zweiten Zylinder/Kolben-Einheit (18, 20), die jeweils zwischen einem Ende des Stabilisators (16) und dem zugeordneten Radträger (12, 14) angeordnet sind, wobei jede Zylinder/Kolben-Einheit (18, 20) eine doppeltwirkende Zylinder/Kolben-Einheit ist und wobei die beiden Zylinder/Kolben-Einheiten (18, 20) über Kreuz geschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerksystem mit einem ersten und einem zweiten Radträger sowie einem Stabilisator, der mit den Radträgern gekoppelt ist, und mit einer ersten und einer zweiten Zylinder/Kolben-Einheit, die jeweils zwischen einem Ende des Stabilisators und dem zugeordneten Radträger angeordnet sind.

Fahrwerksysteme zur aktiven Stabilisierung eines Fahrwerks sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es sind Systeme beschrieben worden, bei denen jeder Fahrzeugachse ein Aktuator zugeordnet ist. Die von verschiedenen Sensoren aufgenommenen Fahrzeugdaten werden durch die Fahrzeugelektronik in Betätigungssignale für die Aktuatoren umgewandelt, welche dann aktiv das Verhalten des Fahrwerks entsprechend der jeweiligen Fahrsituation beeinflussen. Dies geschieht beispielsweise durch Verspannen des Stabilisators in einer ersten oder einer zweiten, entgegengesetzten Richtung. Die als Aktuatoren eingesetzten Zylinder/Kolben-Einheiten weisen entsprechend eine mittige Ruhestellung auf, aus der heraus sie sich aktiv verkürzen oder verlängern können, um ein Verspannen des Stabilisators in beide Richtungen zu ermöglichen. Aufgrund des beengten Bauraums im Bereich der Fahrzeugachsen stellen die notwendigen Bauhöhen der Aktuatoren bei den herkömmlichen Fahrwerksystemen ein Problem dar.

In der gattungsgemäßen DE 41 25 285 A1 sind einer Fahrzeugachse zwei Baugruppen mit Zylinder/Kolben-Einheiten zugeordnet, welche jeweils zwischen einem Ende des Stabilisators und einem Radträger der Fahrzeugachse angeordnet sind. Diese Baugruppen sind dabei so ausgeführt, daß sie eine Möglichkeit zum Auffinden ihrer jeweiligen Mittelstellung bieten; das Problem der großen Bauhöhe der Baugruppen bzw. der Zylinder/Kolbeneinheiten ist in der genannten Schrift nicht thematisiert.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Minimierung der Bauhöhe von Aktuatoren, insbesondere von Zylinder/Kolben-Einheiten, in Fahrwerksystemen.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe ein Fahrwerksystem der eingangs genannten Art vorgesehen, wobei jede Zylinder/Kolben-Einheit eine doppeltwirkende Zylinder/Kolben-Einheit ist, und wobei die beiden Zylinder/Kolben-Einheiten über Kreuz geschaltet sind. Der notwendige Hub zum Verspannen des Stabilisators ist entsprechend auf zwei Zylinder/Kolben-Einheiten verteilt, wodurch sich die Bauhöhe der eingesetzten Zylinder/Kolben-Einheiten, verglichen mit Fahrwerksystemausführungen mit lediglich einer Zylinder/Kolben-Einheit je Achse, verringert. Durch die geringere Bauhöhe der Zylinder/Kolben-Einheit verringert sich auch das Gewicht der als ungefederten Masse wirkenden Zylinder/Kolben-Einheit für denjenigen Radträger, dem bei herkömmlichen Fahrwerksystemen die einzige Zylinder/Kolben-Einheit für die gesamte Radachse zugeordnet ist. Der andere Radträger der Radachse erhält nun beim erfindungsgemäßen Fahrwerksystem zwar eine zusätzliche Zylinder/Kolben-Einheit, allerdings mit dem Vorteil, daß die ungefederte Gesamtmasse der Aktuatoren dann gleichmäßig über alle Radträger des Fahrzeugs verteilt ist.

Ferner kann die Ansteuerung der Hydraulikzylinder mit demselben Ventilblock erfolgen wie bei herkömmlichen Fahrwerksystemen. Einer Veränderung der EHCU (Electronic-Hydraulic Control Unit) ist nicht notwendig.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
1 einen Ausschnitt aus dem hydraulischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Fahrwerksystems; und
2 einen Bauhöhenvergleich zwischen einer Zylinder/Kolben-Einheit des erfindungsgemäßen Fahrwerksystems und einer Zylinder/Kolben-Einheit eines herkömmlichen Fahrwerksystems.
Die 1 zeigt ein Fahrwerkssystem 10 mit einem schematisch dargestellten ersten und zweiten Radträger 12, 14 sowie einem Stabilisator 16, der mit den Radträgern 12, 14 gekoppelt ist. Ferner ist zwischen einem Ende des Stabilisators 16 und dem zugeordneten Radträger 12, 14 eine erste Zylinder/Kolben-Einheit 18 mit einem ersten Hydraulikzylinder 19 bzw. eine zweite Zylinder/Kolben-Einheit 20 mit einem zweiten Hydraulikzylinder 21 angeordnet, wobei jede Zylinder/Kolben-Einheit 18, 20 doppeltwirkend ausgeführt ist.
Die vorzugsweise identischen Hydraulikzylinder 19, 21 sind jeweils durch einen Kolben 22 in einen ersten Arbeitsraum 24, durch den sich eine Kolbenstange 26 erstreckt, und einen zweiten Arbeitsraum 28 aufgeteilt, wobei die Hydraulikzylinder 19, 21 jeweils an einem der Radträger 12, 14 befestigt sind und ein dem Kolben 22 abgewandtes Ende der Kolbenstange 26 jeweils an einem Ende des Stabilisators 16 befestigt ist.
Die Hydraulikzylinder 19, 21 sind über Kreuz geschaltet, d.h. der erste Arbeitsraum 24 des ersten Hydraulikzylinders 19 ist mit dem zweiten Arbeitsraum 28 des zweiten Hydraulikzylinders 21 und der zweite Arbeitsraum 28 des ersten Hydraulikzylinders 19 ist mit dem ersten Arbeitsraum 24 des zweiten Hydraulikzylinders 21 verbunden. Außerdem sind die Arbeitsräume 24, 28 der Hydraulikzylinder 19, 21 über einen Ventilblock 30 so geschaltet, daß sie mit einer Pumpe 32 oder einem drucklosen Reservoir 34 in Verbindung stehen. Darüber hinaus ist eine Schaltstellung möglich, bei der sowohl die Verbindung zur Pumpe 32 als auch die Verbindung zum Reservoir 34 weitgehend gesperrt ist und die Arbeitsräume 24, 28 lediglich untereinander in Verbindung stehen.
Der dargestellte Ventilblock 30 ist Teil einer nicht gezeigten EHCU (Electronic-Hydraulic Control Unit), welche eine Schnittstelle zwischen der Fahrzeugelektronik und der Fahrzeughydraulik bildet. Zur Steuerung des dargestellten hydraulischen Teilsystems weist der Ventilblock 30 zwei separate Ventile auf; ein Wegeventil 36, welches im vorliegenden Fall ein 2/2-Wege-Ventil ist, und ein Abschaltventil 38, welches im vorliegenden Fall ebenfalls ein 2/2-Wege-Ventil ist. In der Wirkung ergibt sich somit ein 4/2-Wege-Ventil. Zur hydraulischen Steuerung weiterer Fahrzeugachsen kann der Ventilblock 30 darüber hinaus noch weitere Ventile aufweisen.
Die Funktionsweise des Fahrwerksystems bei den möglichen Ventilstellungen wird im folgenden erläutert:
Die Zylinder/Kolben-Einheiten 18, 20 sind in 1 jeweils maximal ausgefahren, wodurch eine Ruhestellung bzw. inaktive Stellung des Fahrwerksystems 10 definiert ist. Die Enden des Stabilisators 16 sind dabei nicht gegeneinander verdreht.
Wird in der gezeigten Ventilstellung durch die Pumpe 32 ein Hydraulikdruck aufgebaut, so werden der erste Arbeitsraum 24 des zweiten Hydraulikzylinders 21 und der zweite Arbeitsraum 28 des ersten Hydraulikzylinders 19 unter Druck gesetzt. Die erste Zylinder/Kolben-Einheit 18 befindet sich bereits in ihrer maximal ausgelenkten Stellung und behält diese nach der Druckbeaufschlagung auch bei. Hingegen bewegt sich der Kolben 22 des zweiten Hydraulikzylinders 21 nach unten und verdrängt Hydraulikfluid aus dem zweiten Arbeitsraum 28 des zweiten Hydraulikzylinders 21 ins Reservoir 34. Durch die Bewegung des Kolbens 22 des zweiten Hydraulikzylinders 21 werden die Enden des Stabilisators 16 gegeneinander verdreht.
Falls sich das Wegeventil 36 in seiner rechten Schaltposition befindet, verhält sich das Fahrwerksystem 10 genau umgekehrt. Die zweite Zylinder/Kolben- Einheit 20 bleibt in ihrer Ruhestellung, während sich der Kolben 22 des ersten Hydraulikzylinders 19 nach unten bewegt und die Enden des Stabilisators 16 gegeneinander verdreht.
Bei gleichem Systemdruck ist die auf den Stabilisator 16 wirkende Torsionskraft in beide Richtungen gleich groß, da die Kraft jeweils aus gleich großen druckbeaufschlagten Kolbenflächen im ersten Arbeitsraum 24 resultiert, nämlich dem Kolbenquerschnitt abzüglich dem Kolbenstangenquerschnitt. Dies bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen Fahrwerksystemen, bei denen in der Regel in einer Richtung der gesamte Kolbenquerschnitt und in der anderen Richtung der Kolbenquerschnitt abzüglich dem Kolbenstangenquerschnitt druckbeaufschlagt ist, so daß die Fahrzeugelektronik einen Ausgleich vornehmen muß.
Das Abschaltventil 38 ist ein Ausfallsicherheitsventil des Fahrwerksystems 10 und sorgt bei Störungen an der Fahrzeugelektronik, einem Stromausfall, o.ä. dafür, daß sich das Fahrwerksystem 10 in seine definierte Ruhestellung mit maximal ausgefahrenen Zylinder/Kolben-Einheiten 18, 20 bewegen kann und dort im wesentlichen gesperrt wird. Daher verbindet das Abschaltventil 38 in einer Grundstellung, d.h. in einer Stellung, welche das Ventil im unbestromten Zustand einnimmt, seine vier Anschlüsse durch starke Drosseln. Diese Grundstellung entspricht in 1 der rechten Schaltstellung des Abschaltventils 38. Das genaue Systemverhalten ist davon abhängig, in welcher Situation das Abschaltventil 38 seine Grundstellung einnimmt.
Nimmt das Abschaltventil 38 seine Grundstellung in der in 1 gezeigten Ruhestellung der Hydraulikzylinder 18, 20 ein, so sperrt das Abschaltventil 38 das Fahrwerksystem 10 in dieser Ruhestellung. Die Bewegung der Kolben 22 in den Hydraulikzylindern 18, 20 ist nicht mehr möglich, da die Arbeitsräume über Kreuz geschaltet sind und die Volumenänderung der beiden Arbeitskammern einer Kolben/Zylinder-Einheit sich betragsmäßig unterscheiden. Wird der Kolben verstellt, ändert sich das Volumen der Arbeitskammer 24, da sich durch sie hindurch die Kolbenstange erstreckt, weniger als das Volumen der Arbeitskammer 28. Dieser Volumenunterschied, zusammen mit der Über-Kreuz-Schaltung der Arbeitskammern, blockiert das Sysetm. Die Wirkung der Drosseln im Abschaltventil 38 ist dabei für die relevanten Erregerfrequenzen zu vernachlässigen, so daß das Fahrwerksystem 10 in seiner Ruhestellung gesperrt ist.
Einer der Kolben 22 kann entweder, wie oben beschrieben, aktiv durch die Druckverhältnisse im Fahrwerksystem 10, oder durch äußere Anregung bei drucklosem System eingefahren werden. Der Fall eines eingefahrenen Kolbens 22 bei nicht-druckbeaufschlagtem Fahrwerksystem 10 tritt bei äußerer Anregung des Fahrwerksystems 10 auf, beispielsweise bei der Bewegung eines Fahrzeugrades über einen Bordstein oder ein Schlagloch.
Wird das Abschaltventil 38 in seine rechte Schaltposition bewegt, während ein Kolben 22 wenigstens teilweise in einen Hydraulikzylinder 18, 20 eingefahren ist, so wird das Fahrwerksystem 10 zunächst nicht gesperrt, da ein „Über-Kreuz-Austausch" von Hydraulikfluid zwischen den Arbeitsräumen 24, 28 der Hydraulikzylinder 19, 21 möglich ist. Aufgrund der Federkraft des tordierten Stabilisators 16 wird sich das Fahrwerksystem 10 zunächst zentrieren, d.h. die Zylinder/Kolben-Einheiten 18, 20 bewegen sich in eine Stellung, in der sie gleich weit, aber nicht maximal ausgefahren sind. Infolge der Schwerkraft und der auf den Stabilisator 16 einwirkenden Kräfte seiner Lager werden sich die beiden Zylinder/Kolben-Einheiten 18, 20 mit der Zeit jedoch in ihre Ruhestellung, d.h. ihre maximal ausgefahrene Position bewegen. Hierbei wird über die Drosseln Hydraulikfluid ins Reservoir 34 verdrängt bzw. aus dem Reservoir 34 nachgezogen. Aufgrund des geringen Durchflußquerschnitts der Drossel benötigt das Fahrwerksystem einige Zeit, bis es sich in seiner Ruhestellung befindet und dort im wesentlichen gesperrt ist.
Um die Bewegung der Zylinder/Kolben-Einheiten 18, 20 in ihre Ruhestellung zu beschleunigen, können optional Rückschlagventile 40 vorgesehen sein. Diese sind, wie in 1 gestrichelt angedeutet, an das Fahrwerksystem 10 angeschlossen und ermöglichen im Vergleich mit den Drosseln des Abschaltventils 38 ein schnelleres Nachsaugen von Hydraulikfluid aus dem Reservoir 34.
Die 2a bis 2e zeigen jeweils Zylinder/Kolben-Einheiten 18, 20 in unterschiedlichen Betriebsstellungen, wobei in den 2a und 2b jeweils eine Zylinder/Kolben-Einheit 18, 20 des erfindungsgemäßen Fahrwerksystems 10 dargestellt ist. In der 2a ist der Kolben 22 maximal eingefahren und in 2b maximal ausgefahren. Damit gibt die 2b die Ruhestellung der Zylinder/Kolben-Einheit 18, 20 gemäß 1 wieder. Der Bauhöhenunterschied zwischen den beiden Stellungen beträgt genau eine Hublänge x, die in 2a durch einen Doppelpfeil veranschaulicht ist.
Die 2c bis 2e zeigen eine Zylinder/Kolben-Einheit 18, 20, wie sie in herkömmlichen Fahrwerksystemen eingesetzt wird, wobei die 2e eine Ruhestellung der Zylinder/Kolben-Einheit 18, 20 angibt. Da in den herkömmlichen Fahrwerksystemen jeder Fahrzeugachse lediglich eine Zylinder/Kolben-Einheit 18, 20 zugeordnet ist, muß diese eine Hublänge x in beide Richtungen bereitstellen. Daraus ergibt sich die maximal eingefahrene Stellung gemäß 2c und die maximal ausgefahrene Stellung gemäß 2e.
Der Bauhöhenunterschied in den Ruhestellungen der beiden Zylinder/Kolben-Einheiten 18, 20 beträgt also eine Hublänge x (vgl. 2b und 2d). Bei der Höhe des vorzuhaltenden Bauraums für die Zylinder/Kolben-Einheit 18, 20 ist jedoch eine Reduzierung um zwei Hublängen x möglich, da hierfür die jeweils maximale Bauhöhe (vgl. 2b und 2e) maßgebend ist.
Das erfindungsgemäße Fahrwerksystem 10 kommt folglich, insbesondere was die Bauhöhe betrifft, mit einem wesentlich geringeren Bauraum aus.

Claims

Fahrwerksystem mit einem ersten und einem zweiten Radträger (12, 14) sowie einem Stabilisator (16), der mit den Radträgern (12, 14) gekoppelt ist, und mit einer ersten und einer zweiten Zylinder/Kolben-Einheit (18, 20), die jeweils zwischen einem Ende des Stabilisators (16) und dem zugeordneten Radträger (12, 14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zylinder/Kolben-Einheit (18, 20) eine doppeltwirkende Zylinder/Kolben-Einheit ist, und daß die beiden Zylinder/Kolben-Einheiten (18, 20) über Kreuz geschaltet sind.
Fahrwerksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Zylinder/Kolben-Einheiten (18, 20) ein Ventilblock (30) vorgesehen ist, der zwei separate Ventile aufweist.
Fahrwerksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilblock (30) ein 4/2-Wege-Ventil aufweist.
Fahrwerksystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilblock ein Abschaltventil (38) aufweist.
Fahrwerksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltventil (38) ein 2/2-Wege-Ventil ist, das in einer Grundstellung seine 4 Anschlüsse gedrosselt verbindet.