DE102009027984A1

DE102009027984A1 - Stabilisator eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102009027984A1
Application number: DE102009027984A
Authority: DE
Inventors: Martin Münster; Karl-Hermann Dr. Ketteler; Jürgen Kett
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-25
Also published as: DE102009027984B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stabilisator für ein Kraftfahrzeug, mit an Räder eines Kraftfahrzeug ankoppelbaren Stabilisatorabschnitten (3, 4), zwischen denen ein Aktuator (2) positioniert ist, wobei der Aktuator als elektrische Maschine ausgebildet ist, und mit einer Steuerungseinrichtung (11) zur Ansteuerung des Aktuators (2). Erfindungsgemäß sind Transistoren (12) der Steuerungseinrichtung (11), die der Ansteuerung des Aktuators (2) dienen, derart ausgebildet, dass dieselben in einem unbestromten Zustand geöffnet sind, wobei bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses zunächst die Transistoren (12) schließen und zumindest so lange geschlossen bleiben, bis dem Aktuator zugeordnete Relais (13), die in einem unbestromten Zustand geschlossen sind, schließen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stabilisator eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, 2 bzw. 5.
Ein Stabilisator eines Kraftfahrzeugs dient der Steigerung des Fahrkomforts, insbesondere der Optimierung eines Wankverhaltens eines Kraftfahrzeugs bei einer Kurvenfahrt desselben. Bei Stabilisatoren unterscheidet man prinzipiell zwischen passiven Stabilisatoren und aktiven Stabilisatoren, wobei aktive Stabilisatoren einen Aktuator umfassen, um durch aktive Beeinflussung eines Kopplungsverhaltens des Stabilisators den Fahrkomfort weiter zu steigern. Ein Aktuator eines aktiven Stabilisators kann auf einem hydraulischen Wirkprinzip oder auf einem elektromotorischen Wirkprinzip beruhen, wobei Stabilisatoren, deren Aktuator auf einem elektromotorischen Wirkprinzip beruhen, über den Vorteil verfügen, dass auf Hydraulikleitungen zur Ansteuerung des Aktuators verzichtet werden kann. Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen aktiven Stabilisator für ein Kraftfahrzeug dessen Aktuator als elektrische Maschine ausgebildet ist und demnach auf einem elektromotorischen Wirkprinzip beruht. Ein solcher aktiver Stabilisator mit einem als elektrische Maschine ausgebildeten Aktuator ist zum Beispiel aus der DE 10 2007 031 202 A1 und aus der EP 1 627 757 B1 bekannt.
Bislang bereitet es Schwierigkeiten, einen aktiven Stabilisator, dessen Aktuator als elektrische Maschine ausgeführt ist, bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses zuverlässig in einen Fail-Safe-Zustand zu überführen, wobei in einem Fail-Safe-Zustand ein aktiver Stabilisator sich wie ein passiver Stabilisator verhalten soll. Insbesondere bereitet es bei aus der Praxis bekannten aktiven Stabilisatoren Schwierigkeiten, nach Eintritt eines sicherheitsrelevanten Ereignisses und demnach nach Eintritt eines Fail-Safe-Falls eine ausreichende Abfallzeit für ein Drehmoment des aktiven Stabilisators bereitzustellen.
Es besteht daher Bedarf an einem Stabilisator für ein Kraftfahrzeug mit verbesserten Fail-Safe-Eigenschaften, insbesondere mit einer verlängerten Abfallzeit des Drehmoments des als elektrische Maschine ausgebildeten Aktuators des Stabilisators nach Eintritt eines Fail-Safe-Falls.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen neuartigen Stabilisator eines Kraftfahrzeugs mit verbesserten Fail-Safe Eigenschaften zu schaffen.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch einen Stabilisator gemäß Anspruch 1 gelöst.
Hiernach sind der Steuerungseinrichtung zugeordnete Transistoren, die der Ansteuerung des Aktuators dienen, derart ausgebildet, dass dieselben in einem unbestromten Zustand geöffnet sind, wobei bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses zunächst die Transistoren schließen und zumindest solange geschlossen bleiben, bis dem Aktuator zugeordnete Relais, die in einem unbestromten Zustand geschlossen sind, schließen.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Stabilisator gemäß Anspruch 2 gelöst.
Hiernach sind der Steuerungseinrichtung zugeordnete Transistoren, die der Ansteuerung des Aktuators dienen, derart ausgebildet, dass dieselben in einem unbestromten Zustand geöffnet sind, wobei bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses zunächst die Transistoren schließen und zumindest solange geschlossen bleiben, bis eine dem Aktuator zugeordnete mechanische Bremseinrichtung die Welle des Aktuators bremst.
Den Stabilisatoren nach dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung ist gemeinsam, dass die Steuerungseinrichtung, die der Ansteuerung des Aktuators des aktiven Stabilisators dient, Transistoren umfasst, die in einem unbestromten Zustand geöffnet sind. Bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses und damit eines Fail-Safe-Falls schließen zunächst diese Transistoren und bleiben zumindest so lange geschlossen, bis entweder nach dem ersten Aspekt der Erfindung dem Aktuator zugeordnete Relais schließen oder nach dem zweiten Aspekt der Erfindung eine mechanische Bremseinrichtung die Welle des Aktuators bremst.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Stabilisator gemäß Anspruch 5 gelöst.
Hiernach sind der Steuerungseinrichtung zugeordnete Transistoren, die der Ansteuerung des Aktuators dienen, derart ausgebildet, dass dieselben in einem unbestromten Zustand geschlossen sind.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematisierte Darstellung eines Stabilisators eines Kraftfahrzeugs;
2 ein Detail des Stabilisators der 1 nach einem ersten Aspekt der Erfindung;
3 ein Detail des Stabilisators der 1 nach einem zweiten Aspekt der Erfindung;
4 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Stabilisators der 1, 2 bzw. des Stabilisators der 1, 3;
5 ein Detail des Stabilisators der 1 nach einem dritten Aspekt der Erfindung.
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Stabilisators 1 eines Kraftfahrzeugs, der über einen Aktuator 2 gekoppelte Stabilisatorabschnitte 3 und 4 aufweist. Die Stabilisatorabschnitte 3 und 4 sind im Ausführungsbeispiel der 1 über sogenannte Pendelstützen 5, 6 mit Rädern 7, 8 des Kraftfahrzeugs verbunden, wobei der Stabilisator über Lager 9 und 10 mit einem nichtgezeigten Fahrzeugaufbau verbunden ist. Beim Aktuator 2 handelt es sich um einen Aktuator, der auf einem elektromotorischem Prinzip beruht. Der Aktuator 2 des Stabilisators 1 ist demnach als elektrische Maschine ausgeführt, die von einer Steuerungseinrichtung 11 angesteuert wird.
Details der Ansteuerung des Stabilisators 1 mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 11 ergeben sich aus den nachfolgenden 2 bis 5, wobei 2, 3 und 5 drei unterschiedliche Varianten der Erfindung zeigen und 4 die Funktionsweise der Varianten der 2 und 3 anhand von zeitlichen Kurvenverläufen relevanter Größen verdeutlicht.
Nach einer ersten Ausführungsform der hier vorliegenden Erfindung umfasst die Steuerungseinrichtung 11 zur Ansteuerung der elektrischen Maschine des Aktuators 2 Transistoren 12, die in einem unbestromten Zustand derselben geöffnet sind, wobei im regulären Betrieb des Stabilisators 1 die Transistoren 12 von der Steuerungseinrichtung 11 im Sinne einer Pulsweitenmodulation geschlossen und geöffnet werden, um so die elektrische Maschine des Aktuators 2 anzusteuern.
Der elektrischen Maschine des Aktuators 2 sind Relais 13 zugeordnet, die im unbestromten Betrieb geschlossen sind, wobei die Steuerungseinrichtung 11 im regulären Betrieb des Stabilisators 1 die Relais 13 geöffnet hält.
Tritt beim Stabilisator 1 der 2 ein sicherheitsrelevantes Ereignis auf, so schließen zunächst die der Steuerungseinrichtung 11 zugeordneten Transistoren 12 und bleiben zumindest so lange geschlossen, bis die dem Aktuator 2 des Stabilisators zugeordneten Relais 13 schließen. In dem Fall, in welchem es sich beim sicherheitsrelevanten Ereignis um einen Ausfall eines Boardnetzes des Kraftfahrzeugs handelt, können die der Steuerungseinrichtung 11 zugeordneten Transistoren 12 mithilfe eines als Kondensator ausgebildeten, in die Steuerungseinrichtung 11 integrierten elektrischen Energiespeichers 14 über die im elektrischen Energiespeicher 14 gespeicherte Energie so lange bestromt und geschlossen gehalten werden, bis die relativ trägen Relais 13 in Folge des Boardnetzausfalls schließen.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stabilisators mit einem als elektrische Maschine ausgebildeten Aktuator 2, bei welchem dem Aktuator 2 keine Relais 13 zugeordnet sind, sondern vielmehr eine mechanische Bremseinrichtung 15. Auch in der Variante der 3 sind die der Steuerungseinrichtung 11 zugeordneten Transistoren 12 in einem unbestromten Zustand geöffnet, sodass bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses, insbesondere eines Boardnetzausfalls, zunächst die Transistoren 12 mithilfe der im elektrischen Energiespeicher 14 gespeicherten Energie schließen und so lange geschlossen bleiben, bis die dem als elektrische Maschine ausgebildeten Aktuator 2 zugeordnete mechanische Bremseinrichtung 15 die Welle des Aktuators bzw. den Rotor der elektrischen Maschine bremst.
Die Funktionsweise der Stabilisatoren der Varianten der 2 und 3 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Diagramme der 4 im Detail erörtert, wobei in den Diagrammen der 4 über der Zeit t für drei Fälle jeweils das von dem Aktuator 2 bereitgestellte Stabilisatormoment M, die Rotordrehzahl n der elektrischen Maschine bzw. des Aktuators 2 sowie ein sich ausbildender Wankwinkel φ des Kraftfahrzeugs gezeigt sind.
So visualisieren die Kurvenverläufe 16 der 4 für den Fall den zeitlichen Kurvenverlauf des Stabilisatormoments M, der Rotordrehzahl n und des Wankwinkels φ, für den bei Eintritt eines Fail-Safe-Falls zum Zeitpunkt t₁ weder über die Transistoren 12 noch über die Relais 13 oder die mechanische Bremseinrichtung 15 auf den Aktuator 2 zugegriffen wird. Die Kurvenverläufe 17 von Stabilisatormoment M, Rotordrehzahl n und Wankwinkel φ entsprechen der Variante der 2, in welcher bei Eintritt eines Fail-Safe-Falls zum Zeitpunkt t₁ über die Transistoren 12 und die Relais 13 auf den Aktuator 2 zugegriffen wird. Die Kurvenverläufe 18 von Stabilisatormoment M, Rotordrehzahl n und Wankwinkel φ entsprechen der Variante der 3, in welcher bei Eintritt eines Fail-Safe-Falls zum Zeitpunkt t₁ über die Transistoren 12 und die mechanische Bremseinrichtung 15 auf den Aktuator 2 zugegriffen wird.
Bis zum Zeitpunkt t₁ wird ein Stabilisator 2 der Steuerungseinrichtung 11 im regulären Betrieb pulsweitenmoduliert über die Transistoren 12 angesteuert, sodass ein Stabilisatormoment M₀, eine Rotordrehzahl n₀ sowie ein Wankwinkel φ₀ bereitgestellt wird. Zum Zeitpunkt t₁ tritt ein sicherheitsrelevantes Ereignis bzw. ein Fail-Safe-Fall ein, wobei gemäß den Kurvenverläufen 16 dann, wenn weder über die Transistoren 12 noch über die Relais 13 oder die mechanische Bremseinrichtung 15 auf den Aktuator 2 zugegriffen wird, im Zeitpunkt t₁ das Stabilisatormoment M stufenartig auf Null abfällt und anschließend auf den Wert von Null verbleibt, wodurch sich dann gemäß den Kurvenverläufen 16 die Drehzahl n des Rotors der elektrischen Maschine bzw. des Aktuators 2 ebenso wie der Wankwinkel φ des Kraftfahrzeugs stark erhöht.
In den Varianten der 2 und 3 wird bei Eintritt des Fail-Safe-Falls zum Zeitpunkt t₁ nach Ablauf einer kurzen Erkennungszeit des Fail-Safe-Falls beginnend mit dem Zeitpunkt t₂ durch Schließen der Transistoren 12 über den Aktuator 2 ein hochimpedanter Kurzschluss geschaltet, wodurch unmittelbar mit Eintritt eines Fail-Safe-Falls eine Drehdämpfung im Aktuator 2 bereitgestellt werden kann.
Durch das unmittelbare Schließen sowie Geschlossenhalten der Transistoren 12 der Steuerungseinrichtung 11 mit Eintritt bzw. Erkennen des Fail-Safe-Falls ergibt sich ein ansteigendes Stabilisatormoment M, wodurch der Anstieg der Drehzahl n des Rotors der elektrischen Maschine sowie der Anstieg des Wankwinkels φ deutlich reduziert werden kann.
Zum Zeitpunkt t₃ schließen in Folge des Stromausfalls bzw. des sicherheitsrelevanten Ereignisses in der Variante der 2 auch die Relais 13, wodurch sich dann für die Variante der 2 anschließend an den Zeitpunkt t₃ für das Stabilisatormoment M, die Rotordrehzahl n und den Wankwinkel φ die Kurvenverläufe 17 der 4 einstellen.
In der Variante der 3, in welcher Zeitpunkt t₃ über eine mechanische Bremseinrichtung 15 die Welle des Aktuators 2 bzw. der Rotor der elektrischen Maschine gebremst wird, ergeben sich für das Stabilisatormoment M, die Rotordrehzahl n und den Wankwinkel φ die in 4 durch die Kurvenverläufe 18 gezeigten Verhältnisse.
Den Varianten 2 und 3 der Erfindung ist demnach gemeinsam, dass unmittelbar nach Eintritt des Fail-Safe-Falls bzw. eines sicherheitsrelevanten Ereignisses zum Zeitpunkt t₁ nach Ablauf einer relativ kurzen Erkennungsphase für den Fail-Safe-Fall zum Zeitpunkt t₂ die im unbestromten Zustand eigentlich geöffneten Transistoren 12 schließen und solange geschlossen gehalten werden, bis zum Zeitpunkt t₃ nach der Variante der 2 die Relais 13 schließen oder nach der Variante der 3 über die mechanische Bremseinrichtung 15 gebremst wird. Zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ wird demnach für beide Varianten der 2 und 3 durch die unmittelbar reagierenden Transistoren 12 der Steuerungseinrichtung 11 über dem Aktuator 2 ein hochimpedanter Kurzschluss geschaltet und damit eine Drehdämpfung des Aktuators 2 bewirkt.
Da jedoch die im elektrischen Energiespeicher 14 gespeicherte Energie zum Schließen der im unbestromten Zustand geöffneten Transistoren 12 endlich ist, wird zum Zeitpunkt t₃ in der Ausführungsvariante der 2 die Dämpfung über einen Kurzschluss der Relais 13 und in der Ausführungsvariante der 3 durch das Bremsen mithilfe der mechanischen Bremseinrichtung 15 übernommen. Dadurch kann eine entsprechend lange Abfallzeit des Drehmoments nach Eintritt eines Fail-Safe-Falls gewährleistet werden.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass Details einer mechanischen Bremseinrichtung 15, die in der Variante in der 3 zum Einsatz kommt, dem hier angesprochenen Fachmann geläufig sind. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass eine solche mechanische Bremseinrichtung vorteilhafterweise auf der Welle des Aktuators 2 sitzt. Im Normalbetrieb des Stabilisators wird die mechanische Bremseinrichtung 15 üblicherweise durch einen elektrisch oder elektronisch angesteuerten Magneten gegen die Vorspannung einer Feder geöffnet gehalten, wobei bei Eintritt eines Fail-Safe-Falls bzw. eines sicherheitsrelevanten Ereignisses die elektrische Versorgungsspannung des Magneten wegfällt und dann durch die Federkraft des Federelements die mechanische Bremseinrichtung selbsttätig schließt und so das Bremsen der Welle des Aktuators 2 bewirkt. Die mechanische Bremseinrichtung 15 kann dabei als reibschlüssige Bremse oder als formschlüssige Bremse ausgebildet sein.
5 zeigt eine dritte Variante der hier vorliegenden Erfindung, in welcher der Steuerungseinrichtung 11 wiederum Transistoren 12 zugeordnet sind, die jedoch im Unterschied zu den Varianten der 2 und 3 im unbestromten Zustand geschlossen sind. In diesem Fall kann dann alleine über die Transistoren 12 bei Eintritt eines sicherheitsrelevanten Ereignisses bzw. eines Fail-Safe-Falls eine ausreichend lange Abfallzeit des Drehmoments bereitgestellt werden.
Es ist jedoch möglich, die Variante der 5 dadurch weiterzubilden, dass die Transistoren 12 in Übereinstimmung zur Ausführungsform der 2 entweder durch dem Aktuator 2 zugeordnete Relais 13 oder in Übereinstimmung zur Variante der 3 durch eine dem Aktuator 2 zugeordnete mechanische Bremseinrichtung 15 unterstützt werden.
Bezugszeichenliste

1: Stabilisator
2: Aktuator
3: Stabilisatorabschnitt
4: Stabilisatorabschnitt
5: Pendelstütze
6: Pendelstütze
7: Rad
8: Rad
9: Lager
10: Lager
11: Steuerungseinrichtung
12: Transistor
13: Relais
14: Energiespeicher
15: Bremseinrichtung
16: Kurvenverläufe
17: Kurvenverläufe
18: Kurvenverläufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007031202 A1 [0002]
- EP 1627757 B1 [0002]

Claims

Stabilisator für ein Kraftfahrzeug, mit an Räder eines Kraftfahrzeugs ankoppelbaren Stabilisatorabschnitten (3, 4), zwischen denen ein Aktuator (2) positioniert ist, wobei der Aktuator als elektrische Maschine ausgebildet ist, und mit einer Steuerungseinrichtung (11) zur Ansteuerung des Aktuators (2), dadurch gekennzeichnet, dass Transistoren (12) der Steuerungseinrichtung, die der Ansteuerung des Aktuators (2) dienen, derart ausgebildet sind, dass dieselben in einem unbestromten Zustand geöffnet sind, und dass bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses zunächst die Transistoren (12) schließen und zumindest solange geschlossen bleiben, bis dem Aktuator zugeordnete Relais (13), die in einem unbestromten Zustand geschlossen sind, schließen.
Stabilisator für ein Kraftfahrzeug, mit an Räder eines Kraftfahrzeugs ankoppelbaren Stabilisatorabschnitten (3, 4), zwischen denen ein Aktuator (2) positioniert ist, wobei der Aktuator als elektrische Maschine ausgebildet ist, und mit einer Steuerungseinrichtung (11) zur Ansteuerung des Aktuators (2), dadurch gekennzeichnet, dass Transistoren (12) der Steuerungseinrichtung, die der Ansteuerung des Aktuators dienen, derart ausgebildet sind, dass dieselben in einem unbestromten Zustand geöffnet sind, und dass bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses zunächst die Transistoren (12) schließen und zumindest solange geschlossen bleiben, bis eine dem Aktuator (2) zugeordnete mechanische Bremseinrichtung (15) die Welle des Aktuators bremst.
Stabilisator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuerungseinrichtung (11) ein Energiespeicher (14) integriert ist, der so viel Energie speichert, dass bei Ausfall eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs die Steuerungseinrichtung (11) die Transistoren (12) solange bestromt und geschlossen hält, bis die dem Aktuator (2) zugeordneten Relais (13) schließen oder die dem Aktuator (2) zugeordnete mechanische Bremseinrichtung (15) die Welle des Aktuators (2) bremst.
Stabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (12) der Steuerungseinrichtung (11) in geschlossenem Zustand derselben über dem Aktuator (2) einen relativ hochimpedantigen Kurzschluss schalten.
Stabilisator für ein Kraftfahrzeug, mit an Räder eines Kraftfahrzeugs ankoppelbaren Stabilisatorabschnitten (3, 4), zwischen denen ein Aktuator (2) positioniert ist, wobei der Aktuator als elektrische Maschine ausgebildet ist, und mit einer Steuerungseinrichtung (11) zur Ansteuerung des Aktuators (2), dadurch gekennzeichnet, dass Transistoren (12) der Steuerungseinrichtung (11), die der Ansteuerung des Aktuators (2) dienen, derart ausgebildet sind, dass dieselben in einem unbestromten Zustand geschlossen sind.
Stabilisator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses die Steuerungseinrichtung (11) die Transistoren (12) und zusätzlich dem Aktuator (2) zugeordnete Relais (13), die in einem unbestromten Zustand geschlossen sind, schließt.
Stabilisator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses die Steuerungseinrichtung (11) die Transistoren (12) schließt und zusätzlich eine dem Aktuator (2) zugeordnet mechanische Bremseinrichtung (15) die Welle des Aktuators (2) bremst.
Stabilisator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs zunächst die Transistoren (12) schließen, und dass anschließend dem Aktuator (2) zugeordnete Relais (13) schließen oder die dem Aktuator (2) zugeordnete mechanische Bremseinrichtung (15) die Welle des Aktuators bremst.