DE102009054672A1

DE102009054672A1 - Vorrichtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102009054672A1
Application number: DE200910054672
Authority: DE
Inventors: Dietmar Baumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs, mit einem zumindest bereichsweise als Torsionsstab (8) ausgebildeten Stabilisator (9), der auf seinen beiden Seiten über Stabilisatorarme (19, 11) mit Radführungen einer Radachse (1) des Fahrzeugs verbunden ist. Dabei ist mindestens eine Feststelleinrichtung (13, 14) vorgesehen, mit welcher zumindest ein Bereich des Stabilisators (9) in Bezug auf eine Karosserie des Fahrzeugs zumindest teilweise arretierbar ist, wobei die Feststelleinrichtung (13, 14) als Umschlingungskupplung (15, 16) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs, mit einem zumindest bereichsweise als Torsionsstab ausgebildeten Stabilisator, der auf seinen beiden Seiten über Stabilisatorarme mit Radführungen einer Radachse des Fahrzeugs verbunden ist.
Stand der Technik
Vorrichtungen der angesprochenen Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE 198 46 275 A1 ein System und ein Verfahren zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen. Bei dem System zur Wankstabilisierung sind Stellmittel vorgesehen, die wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Wankgröße und mindestens einen Schwenkantrieb, der zwischen Hälften des vorderen und/oder hinteren Fahrwerkstabilisators angeordnet ist, aufweisen, die eine Vorspannung der Stabilisatorhälften zur Reduzierung oder Unterdrückung der Wankbewegung bewirken und die im Wankfall ein Gegenmoment auf den Fahrzeugaufbau abhängig von Ausgangssignalen des Sensors aufbringen. Dabei soll der Schwenkantrieb ein elektromechanischer Schwenkantrieb sein und Mittel zur Blockierung der gegenseitigen Verschwenkung der Stabilisatorhälften aufweisen. Der Stabilisator ist also in Stabilisatorhälften aufgeteilt, die normalerweise gegeneinander verschwenkt werden können. Um dieses Verschwenken zu verhindern sind jedoch die Mittel zur Blockierung der gegenseitigen Verschwenkung vorgesehen.
Generell wird zur Erzielung eines hohen Fahrkomforts von Fahrzeugen eine weiche Aufbaufederung angestrebt. Bei Fahrwerken gemäß dem Stand der Technik mit oder ohne aktivem Stabilisator, welche also beispielsweise eine derartige Vorrichtung beziehungsweise ein System zur Wankstabilisierung verfügen, wird diese weiche Federung in Verbindung mit aufwendigen Systemen zur Niveauregelung realisiert, um die bei Beladung ansonsten auftretenden großen statischen Einfederwege zu kompensieren.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber weist die Vorrichtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, dass sie einfacher und kostengünstiger zu realisieren ist und insbesondere die bei der Beladung auftretenden Einfederwege ohne aufwendige Niveauregelung kompensieren kann. Dazu weist die Vorrichtung mindestens eine Feststelleinrichtung auf, mit welcher zumindest ein Bereich des Stabilisators in Bezug auf eine Karosserie des Fahrzeugs zumindest teilweise arretierbar ist, wobei die Feststelleinrichtung als Umschlingungskupplung ausgebildet ist. Der Stabilisator ist dabei, wie bereits vorstehend ausgeführt, zumindest bereichsweise als Torsionsstab ausgebildet. Das bedeutet, dass bei einer Auslenkung einer Radführung der Radachse, also bei einer Auslenkung auf einer Seite des Fahrzeugs beziehungsweise bei Ein- oder Ausfederung eines Rades, der Stabilisator torsionsbeaufschlagt wird. Die Radführungen sind auf der Radachse vorgesehen. Die Radachse des Fahrzeugs muss dabei keine durchgängige Radachse sein. Vielmehr können die beiden Seiten des Stabilisators über die Stabilisatorarme mit Achsabschnitten der Radachse beziehungsweise den Radführungen verbunden sein, womit beispielsweise eine Einzelradaufhängung vorliegt. Der Begriff „Radachse” bedeutet also lediglich, dass die Räder des Fahrzeugs, welche der Radachse zugeordnet sind, in etwa derselben Längsposition an dem Fahrzeug vorliegen. Der Stabilisator kann beispielsweise einer Vorderachse oder einer Hinterachse des Fahrzeugs oder beiden zugeordnet sein. Die Stabilisatorarme liegen zu dem Stabilisator angewinkelt vor, so dass eine Auslenkung einer der Stabilisatorarme die Torsionsbeaufschlagung des Stabilisators zur Folge hat.
Der Stabilisator kann mindestens ein Stabilisatorlager aufweisen, welches vorzugsweise im Bereich der Stabilisatorarme angeordnet ist und den Stabilisator drehbeweglich hält. Über das Stabilisatorlager ist der Stabilisator drehbeweglich an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. Die Stabilisatorarme sind jeweils einem Bereich der Radachse und damit mindestens einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet. Jedes Rad verfügt vorteilhafterweise darüber hinaus über eine Federung in Form einer Tragfeder und üblicherweise ebenso über einen Dämpfer, die einander parallel geschaltet sind. Über die Tragfeder beziehungsweise den Dämpfer sind die Räder mit der Karosserie verbunden.
Erfindungsgemäß weist der Stabilisator die Feststelleinrichtung auf. Mit dieser ist der Stabilisator zumindest bereichsweise mit einer Kraft beziehungsweise einem Bremsmoment beaufschlagbar, so dass der Stabilisator zumindest teilweise arretiert ist. Darunter ist zu verstehen, dass der Stabilisator in Bezug auf die Karosserie nicht vollständig festgesetzt sein muss, sondern sich – bei Aufbringung einer entsprechenden Kraft über die Stabilisatorarme – weiterhin drehen kann. Auch ein vollständiges Arretieren kann jedoch vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Anbindung der Räder beziehungsweise der Radachse an die Karosserie erreicht werden. Ist die Feststelleinrichtung derart eingestellt, dass sich der Stabilisator völlig frei in Bezug auf die Karosserie bewegen, das heißt verdrehen kann, so bewirken allein die Tragfedern eine Federung der Räder beziehungsweise des Fahrzeugs. Wird der Stabilisator dagegen mittels der Feststelleinrichtung zumindest teilweise arretiert, so wird der Stabilisator in dem Maße der Arretierung zu den Tragfedern parallel geschaltet. Auf diese Weise wird die Koppelung zwischen Rädern beziehungsweise Radachse und der Karosserie entsprechend erhöht, so dass auf einfache Weise die Aufbaufederung härter eingestellt werden kann. Demzufolge wird der Stabilisator des Fahrzeugs für die Anpassung der Aufbaufederung genutzt, indem er zumindest teilweise in Bezug auf die Karosserie arretiert wird.
Die Tragfedern können also weich ausgelegt sein und damit eine niedrige Vertikalfederrate aufweisen. Mittels der Feststelleinrichtung und des Stabilisators kann die niedrige Vertikalfederrate auf einen größeren Wert umgeschaltet werden. Gleichzeitig bleibt jedoch die Grundfunktion des Stabilisators, nämlich die Beeinflussung des Wankverhaltens des Fahrzeugs und der Steuertendenz, erhalten. Die Feststelleinrichtung muss in einem kleinen Bauraum ein hohes Bremsmoment bei möglichst geringer Leistungsaufnahme erzeugen. Zu diesem Zweck ist die Feststelleinrichtung vorteilhafterweise als Umschlingungskupplung ausgebildet.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stabilisator eine permanente Wirkverbindung zwischen den Radführungen der Radachse herstellt. Der Stabilisator liegt somit als durchgehender Torsionsstab vor. Es ist also gerade nicht vorgesehen, den Stabilisator in mehrere Stabilisatorhälften aufzuteilen, welche mittels einer Kupplung miteinander verbindbar sind und jeweils den Achsabschnitten der Radachse zugeordnet sind. Vielmehr ist es vorgesehen, die zusätzliche Federwirkung des Stabilisators, der als Torsionsstab ausgebildet ist, zu nutzen, um die Vertikalfederrate der Tragfedern des Fahrzeugs zu erhöhen. Der Stabilisator wird somit einer Federung des Fahrzeugs parallel geschaltet, wenn er in Bezug auf die Karosserie des Fahrzeugs zumindest teilweise arretiert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Umschlingungskupplung ein Spannband aufweist, welches den Stabilisator zumindest bereichsweise umschlingt und dabei eine mittels eines Aktuators einstellbare Reibumfangskraft auf diesen ausübt. Das Spannband umgreift den Stabilisator in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise. Es kann auch ein mehrfaches Umgreifen beziehungsweise Umschlingen vorgesehen sein. Als Maß für die Umschlingungshäufigkeit wird der Umschlingungswinkel verwendet. Dieser ist ein Maß dafür, in welchem Winkelbereich das Spannband mit dem Umfang des Stabilisators oder einem diesem zugeordneten Element in Kontakt steht. Der Umschlingungswinkel kann beispielsweise 4π (2 Umschlingungen im Bogenmaß) betragen. Je größer der Umschlingungswinkel ist, desto größer ist die erreichbare Reibumfangskraft, welche direkt das Bremsmoment beeinflusst. Die Reibumfangskraft ist mittels des Aktuators einstellbar. Zur Erhöhung der Reibumfangskraft wird die Kraft des Aktuators, welche beispielsweise gegen die Federkraft einer Feder arbeitet, insbesondere verringert. Die Feder drückt das Spannband dann stärker an den Stabilisator. Zur Verringerung der Reibumfangskraft kann bei einer solchen Ausführungsform die Aktuatorkraft erhöht werden, so dass das Spannband weniger stark an das Band gedrückt wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das dem Aktuator abgewandte Ende des Spannbands und/oder der Aktuator an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt sind. Auf diese Weise wird die Kopplung des Stabilisators mit der Karosserie des Fahrzeugs realisiert. Bei zumindest teilweise arretiertem Stabilisator bewirkt dieser eine Federwirkung zwischen der Radachse des Fahrzeugs und dessen Karosserie, welche neben die Federwirkung der Tragfedern der Federung des Fahrzeugs tritt. Vorteilhafterweise sind sowohl das Ende des Spannbands als auch der Aktuator mit der Karosserie verbunden. Auf diese Weise kann mittels des Spannbands die Reibumfangskraft auf den Stabilisator ausgeübt werden, wobei die Reibumfangskraft vollständig in die Karosserie eingeleitet wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Bereich der Umschlingung ein Reibelement an dem Stabilisator angeordnet ist, welches insbesondere einen größeren Durchmesser als der Stabilisator aufweist, und/oder das Spannband mit einem Reibbelag ausgestattet ist. Um den Wirkungsgrad der Umschlingungskupplung bei gleicher mittels des Aktuators auf das Spannband aufgebrachter Spannkraft zu erhöhen, also eine höhere Reibumfangskraft zu erzielen, ist das Reibelement und/oder der Reibbelag vorgesehen. Das Reibelement ist drehfest auf dem Stabilisator befestigt, während der Reibbelag auf dem Spannband vorgesehen ist. Selbstverständlich kann sowohl der Stabilisator das Reibelement als auch das Spannband den Reibbelag aufweisen. Es ist jedoch auch ausreichend, lediglich Reibelement oder Reibbelag vorzusehen. Es ist vorteilhaft wenn das Reibelement einen größeren Durchmesser als der Stabilisator aufweist. Auf diese Weise kann das mittels des Spannbands auf den Stabilisator aufbringbare Bremsmoment bei gleicher durch den Aktuator erzeugter Spannkraft vergrößert werden. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, das Reibelement als Reibbelag auf dem Stabilisator auszubilden, so dass der Stabilisator in dem Bereich des Reibelements denselben oder einen lediglich geringfügig größeren Durchmesser aufweist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht mehrere Feststelleinrichtungen vor, wobei das Spannband jeder Feststelleinrichtung für das, insbesondere selbstverstärkende, Arretieren des Stabilisators in einer Vorzugsdrehrichtung vorgesehen ist. Die Umschlingungsrichtung des Spannbands um den Stabilisator beziehungsweise das Reibelement des Stabilisators legt dabei die Vorzugsdrehrichtung der Feststelleinrichtung fest. Insbesondere bei einer mehrfachen Umschlingung des Stabilisators durch das Spannband kann ein selbstverstärkendes Arretieren erzielt werden. Das bedeutet, dass mittels des Aktuators eine bestimmte Spannkraft auf das Spannband ausgeübt wird, so dass sich die Reibumfangskraft zwischen dem Spannband und dem Stabilisator einstellt und das Bremsmoment auf den Stabilisator ausgeübt wird.
Wird der Stabilisator nun derart beaufschlagt, dass er sich in die Vorzugsdrehrichtung der jeweiligen Feststelleinrichtung dreht, so zieht sich das entsprechende Spannband selbsttätig fester, so dass Reibumfangskraft und das resultierende Bremsmoment erhöht werden, insbesondere ohne dass der Aktuator entsprechend angesteuert werden muss. Die Vorzugsdrehrichtung der Feststelleinrichtung ist dabei insbesondere diejenige Drehrichtung des Stabilisators, in welcher nicht der Aktuator, sondern das dem Aktuator abgewandte Ende des Spannbandes belastet wird. Sind mehrere Feststelleinrichtungen vorgesehen, so ist vorzugsweise für jede Drehrichtung des Stabilisators mindestens eine Feststelleinrichtung mit entsprechender Vorzugsdrehrichtung vorhanden. Dazu ist die Umschlingung des Stabilisators beziehungsweise des Reibelements durch das Spannband der Feststelleinrichtungen jeweils gegenläufig vorgesehen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aktuator ein elektromagnetisches Stellelement oder einen Elektromotor aufweist. Das elektromagnetische Stellelement kann beispielsweise eine Linearbewegung beschreiben, welche die Spannkraft auf das Spannband und damit die Reibumfangskraft auf den Stabilisator bewirkt. Alternativ kann der Aktuator auch einen Elektromotor aufweisen, mittels welchem ein entsprechendes Stellelement verfahren werden kann. Dem Elektromotor ist dabei vorzugsweise ein Getriebe, insbesondere Zwischengetriebe, zugeordnet.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aktuator ein Federelement aufweist, welches eine den Aktuator in seine Ausgangsstellung drängende Rückstellkraft bewirkt. Die Ausgangsstellung des Aktuators kann dabei prinzipiell beliebig vorgesehen sein. Bei Betätigung des Aktuators wird dieser aus der Ausgangsstellung verlagert. Das Federelement soll nun die Rückstellkraft erzeugen, um den Aktuator in die Ausgangsstellung zurückzubewegen beziehungsweise auf diese zuzudrängen. Das Federelement ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass es in der Ausgangsstellung des Aktuators auf diesen keine Rückstellkraft aufbringt, sondern erst dann, wenn er aus der Ausgangstellung herausverlagert wird. Insbesondere liegt in der Ausgangsstellung ein Kräftegleichgewicht zwischen dem Federelement und dem Spannband vor. Bei einer Betätigung des Aktuators wirkt der Aktuator beziehungsweise die von diesem erzeugte Kraft gegen die Rückstellkraft. Die Spannkraft des Spannbandes (welche dabei der Summe aus Rückstellkraft und Aktuatorkraft entspricht) wird verringert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ausgangstellung eine Klemmstellung ist, in welcher der Stabilisator zumindest teilweise arretiert ist. In der Ausgangsstellung ist der Stabilisator also in Bezug auf die Karosserie zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, festgesetzt. Durch Betätigung der Feststelleinrichtung kann somit der Stabilisator zumindest teilweise freigegeben werden, so dass die durch ihn erzeugte Federwirkung auf die Radachse des Fahrzeugs beziehungsweise die Räder des Fahrzeugs abnimmt. Alternativ kann die Ausgangstellung selbstverständlich auch eine Freigabestellung sein, also eine Stellung der Feststelleinrichtung, in welcher keine oder nur eine geringe Reibumfangskraft auf den Stabilisator ausgeübt wird, so dass dieser sich im Wesentlichen völlig frei drehen kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ein Steuergerät vor, welches den Aktuator entsprechend einem Zustand, insbesondere Fahrzustand, des Fahrzeugs und/oder einer Vorgabe eines Fahrers steuernd und/oder regelnd einstellt. Der Zustand des Fahrzeugs kann ein Beladungszustand oder ein dynamischer Fahrzustand sein. Bei letzterem liegen beispielsweise Nick- oder Hubanregungen oder eine Bremsung auf einer unebenen Fahrbahn vor. Ebenso kann der Fahrer eine gewünschte Vertikalfederrate vorgeben. Das Steuergerät erfasst den Zustand, den Fahrzustand und/oder die Vorgabe und stellt den Aktuator beziehungsweise die Aktuatoren entsprechend ein. Dabei kann lediglich ein steuerndes Einstellen oder alternativ auch ein regelndes Einstellen vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Radachse eines Fahrzeugs, welche mit einer Vorrichtung zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs verbunden ist,
2 eine Feststelleinrichtung, welche der Vorrichtung zur Wankstabilisierung zugeordnet ist.
Die 1 zeigt eine Radachse 1 eines nicht dargestellten Fahrzeugs. Die Radachse 1 weist zwei Räder 2 und 3 auf. Die Radachse 1 ist nicht notwendigerweise durchgehend ausgebildet, vielmehr kann durchaus eine Einzelradaufhängung der Räder 2 und 3 vorliegen. Zu diesem Zweck sind die Räder 2 und 3 beispielsweise an Achsabschnitten 4 und 5 vorgesehen. Die Räder 2 und 3 sind jeweils über eine nicht dargestellte Federung, umfassend mindestens eine Tragfeder, und einen ebenfalls nicht dargestellten Dämpfer mit einer Karosserie des Fahrzeugs verbunden. Zu diesem Zweck greift die Federung beziehungsweise der Dämpfer beispielsweise an dem jeweiligen Achsabschnitt 4 beziehungsweise 5 an.
Jedem der Räder 2 und 3 ist zudem ein Stabilisatorarm 6 beziehungsweise 7 zugeordnet. Die Stabilisatorarme 6 und 7 sind mit einem als Torsionsstab 8 ausgebildeten Stabilisator 9 verbunden oder werden alternativ von diesem ausgebildet. Die Stabilisatorarme 6 und 7 sind in Bezug auf den Stabilisator 9 abgewinkelt und drehbeweglich dem jeweiligen Rad 2 oder 3 zugeordnet. Die Stabilisatorarme 6 und 7 sind an Seiten beziehungsweise Enden des Stabilisators 9 an diesem befestigt. Jede Bewegung eines der Räder 2 oder 3 bewirkt demnach eine Torsionsbeaufschlagung des Stabilisators 9, wobei der jeweilige Stabilisatorarm 6 oder 7 als Hebelarm dient. Der Stabilisator 9 ist mittels zweier Stabilisatorlager 10 und 11 drehbeweglich an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. Alternativ kann auch ein Verbund aus Stabilisator 9 und Stabilisatorarmen 6 und 7 als Stabilisator bezeichnet werden, wobei der Stabilisator 9 in diesem Fall ein Stabilisatorrücken ist. Der Stabilisator 9 und die Stabilisatorarme 6 und 7 können einstückig ausgebildet sein.
Über den Stabilisator 9 ist eine Wirkverbindung zwischen den Rädern 2 und 3 der Radachse 1 hergestellt. Über diese Wirkverbindung wird das Wankverhalten des Fahrzeugs beziehungsweise dessen Steuertendenz beeinflusst. Der Stabilisator 9 bildet zusammen mit seinen Stabilisatorarmen 6 und 7 demnach eine Vorrichtung 12 zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs. Der Vorrichtung 12 sind ebenfalls zwei Feststelleinrichtungen 13 und 14 zugeordnet, mittels welchen ein Bereich des Stabilisators 9 in Bezug auf die Karosserie des Fahrzeugs zumindest teilweise arretierbar ist. Zu diesem Zweck sind die Feststelleinrichtungen 13 und 14 mit der Karosserie verbunden.
Die Feststelleinrichtungen 13 und 14 sind als Umschlingungskupplungen 15 und 16 ausgebildet. Zu diesem Zweck weisen sie jeweils ein Spannband 17 beziehungsweise 18 auf. Die Spannbänder 17 und 18 umgreifen ein Reibelement 19, welches drehfest auf dem Stabilisator 9 befestigt ist, zumindest bereichsweise. Das Reibelement 19 weist in der hier dargestellten Ausführungsform einen größeren Durchmesser auf als benachbarte Bereiche des Stabilisators 9. Alternativ kann jedoch auch ein kleinerer oder gleicher Durchmesser vorgesehen sein. Jedes Spannband 17 und 18 ist mit einem Aktuator 20 beziehungsweise 21 wirkverbunden. Den Aktuatoren 20 und 21 jeweils abgewandten Enden 22 und 23 der Spannbänder 17 und 18 sind, ebenso wie die Aktuatoren 20 und 21, vorzugsweise unmittelbar an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. Die Enden 22 und 23 können alternativ auch an einem Hilfsrahmen des Fahrzeugs befestigt sein. Jeder der Aktuatoren 20 und 21 weist ein elektromagnetisches Stellelement 24 beziehungsweise 25 sowie ein Federelement 26 beziehungsweise 27 auf. Über eine lineare Bewegung des Stellelements 24 und 25 in dessen axialer Richtung kann mit den Aktuatoren 20 und 21 eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Spannkraft des jeweiligen Spannbands 17 oder 18 erreicht werden. Mit den Aktuatoren 20 und 21 beziehungsweise über die Verlagerung der Stellelemente 24 und 25 kann also jeweils eine bestimmte Spannkraft auf das Spannband 17 oder 18 aufgebracht werden.
Diese Spannkraft resultiert in einer Reibumfangskraft zwischen dem Spannband 17 beziehungsweise 18 und dem Reibelement 19 und damit dem Stabilisator 9. Die Reibumfangskraft verursacht ein Bremsmoment, welches einer Drehung des Stabilisators, die durch eine Verlagerung der Räder 2 und 3 in vertikaler Richtung verursacht ist, entgegenwirkt. Beim Einfedern oder Ausfedern eines oder beider Räder 2 und 3 wird der Stabilisator 9 elastisch verformt. Die entstehende Federwirkung wirkt der Auslenkung des Rads beziehungsweise der Räder 2 und 3 entgegen. Je höher die Reibumfangskraft, desto höher das Bremsmoment und somit auch eine zusätzliche Federwirkung, welche mittels des Stabilisators 9 auf die Radachse 1 beziehungsweise die Räder 2 und 3 ausgewirkt wird. Diese zusätzliche Federwirkung tritt zu der mittels der Federung erzeugten Federwirkung hinzu und wird von der zusätzlichen Koppelung zwischen den Rädern 2 und 3 und der Karosserie über den Stabilisator 9 bewirkt Dabei können die Aktuatoren 20 und 21 in einer Freigabestellung, in welcher keine oder lediglich eine geringe Spannkraft auf die Spannbänder 17 und 18 aufgebracht wird oder einer Klemmstellung, in welcher eine größere, insbesondere die maximale Reibumfangskraft erzeugt wird, oder einer beliebigen Stellung dazwischen vorliegen.
Vorzugsweise ist die Klemmstellung als Ausgangsstellung vorgesehen, also die Stellung, welche die Aktuatoren 20 und 21 einnehmen, wenn sie nicht entsprechend eingestellt werden. Dabei sorgen die Federelemente 26 und 27 dafür, dass die Aktuatoren 20 und 21 beziehungsweise die Stellelemente 24 und 25 in die Ausgangstellung zurückkehren, indem sie eine Rückstellkraft bewirken, welche die Aktuatoren 20 und 21 in Richtung der Ausgangsstellung drängt. Es wird deutlich, dass der Stabilisator 9 durchgehend ausgebildet ist, und somit eine permanente Wirkverbindung zwischen den beiden Seiten der Radachse 1 herstellt. Die Umschlingung des Stabilisators 9 durch die Spannbänder 17 und 18 wird durch den Umschlingungswinkel φ charakterisiert. Dieser gibt an, wie oft das jeweilige Spannband 17 oder 18 um den Stabilisator 9 herumläuft. Rein beispielhaft ist in 1 für beide Umschlingungskupplungen 15 und 16 ein Umschlingungswinkel φ von 4π dargestellt.
Die 2 zeigt eine Detailansicht der Feststelleinrichtungen 13 und 14. Dabei wird deutlich, dass die Spannbänder 17 und 18 mit gegensinnigen Umschlingungsrichtungen ausgeführt sind. Auf diese Weise ist jede der Feststelleinrichtungen 13 und 14 für eine voneinander unterschiedliche Vorzugsdrehrichtung vorgesehen. Die Vorzugsdrehrichtung ist dabei derart definiert, dass bei einer Drehung des Stabilisators 9 bedingt durch die Reibumfangskraft das Spannband 17 und 18 mit einer Kraft beaufschlagt wird, welche das Ende 22 oder 23 des jeweiligen Spannbands 17 oder 18, nicht jedoch den Aktuator 20 oder 21 belastet Auf diese Weise ist eine selbstverstärkende Arretierung des Stabilisators 9 vorzugsweise mit geringem Kraftaufwand möglich. Die Federelemente 26 und 27 sind dabei derart ausgebildet, dass sie die Stellelemente 24 und 25 derart verlagern, dass die Spannbänder 17 und 18 gespannt werden, also die Reibumfangskraft auf den Stabilisator 9 aufgebracht wird. Dies ist anhand der Umschlingungskupplung 15 dargestellt, wobei eine Spannkraft F_s angedeutet ist, welche von dem Federelement 26 auf das Spannband 17 ausgeprägt wird. Demgegenüber steht eine der Reibumfangskraft entgegengesetzte Umfangskraft F_u, welche von einer Drehbewegung des Stabilisators 9 in die Vorzugsdrehrichtung der Umschlingungskupplung 15 hervorgerufen wird und der Spannkraft F_s entgegenwirkt.
Bei einer Drehbewegung des Stabilisators 9 greift an diesem also die Reibumfangskraft F_u an, die der Spannkraft F_s entgegengerichtet ist.
Zur Auslegung der Federelemente 26 und 27 muss demnach die maximale Umfangskraft F_u betrachtet werden, welche auf die Spannbänder 17 und 18 wirkt Dazu wird der Kraftverstärkungsfaktor C* der Umschlingungsbänder 17 und 18 näher betrachtet. Dieser ist gleich dem Verhältnis der resultierenden maximalen Umfangskraft F_u der Umschlingungsbänder 17 und 18 und der durch die Federelemente 26 und 27 eingeleiteten Spannkraft F_s. Für ein selbstverstärkendes Arretieren des Stabilisators 9 gilt (in Vorzugsdrehrichtung) somit die Beziehung
Dabei bezeichnet φ den Umschlingungswinkel und μ den Reibwert zwischen den Spannbändern 17 und 18 und dem Stabilisator 9 beziehungsweise dessen Reibelement 19. Geht man von einem mittleren Reibwert μ = 0,4 aus, so erhält man die folgenden Kraftverstärkungsfaktoren C*:

φ π 2π 3π 4π

C* 2,5 11,3 42 151
Die vorstehenden Werte zeigen, dass die Kraftverstärkung mit dem Umschlingungswinkel φ stark ansteigt und sehr hohe Werte erreichen kann. Es kann daher eine sehr große Reibumfangskraft auf den Stabilisator 9 mit bereits kleinen Spannkräften, die durch die Federelemente 26 und 27 erzeugt werden, erreicht werden. Soll beispielsweise ein Drehmoment M = 1500 Nm mittels der Umschlingungskupplungen 15, 16 in die Karosserie des Fahrzeugs eingeleitet werden, so beträgt die erforderliche Reibumfangskraft F_u = M/r = 1500 Nm/0.04 m = 37,5 kN, wenn der Stabilisator 9 beziehungsweise das Reibelement 19 einen Radius von r = 0,04 m aufweist. Bei einem Umschlingungswinkel von φ = 4π ergibt sich die benötigte Spannkraft zu F_s = F_u/C* = 37,5 kN/151 = 248 N.
Bedingt durch die gegensinnige Umschlingung der Spannbänder 17, 18 um den Stabilisator 9 wirkt in beiden möglichen Drehrichtungen des Stabilisators 9 stets eine der beiden Umschlingungskupplungen 15 und 16 selbstverstärkend. Bei der hier dargestellten Ausführungsform mit zwei Umschlingungskupplungen 15 und 16 liegen beide Spannbänder 17, 18 an dem Reibelement 19 an, so dass die Vorrichtung 12 mit einem nur geringen Spiel bei einer Änderung der Drehrichtung des Stabilisators arbeitet.
Das Einstellen der Aktuatoren 20 und 21 kann aufgrund eines Beladungszustands, eines Fahrzustands und/oder einer Vorgabe eines Fahrers des Fahrzeugs erfolgen. Gibt der Fahrer beispielsweise eine niedrige Vertikalfederrate vor, ist das Fahrzeug unbeladen oder tritt lediglich eine geringe Nick- oder Hubanregung auf, so werden die Aktuatoren 20 und 21 derart angesteuert, dass der Stabilisator 9 freigegeben ist. Zu diesem Zweck werden die Aktuatoren 20 und 21 bestromt, so dass die entstehenden Magnetkräfte den durch die Federelemente 26 und 27 erzeugten Rückstellkräften entgegenwirken. Die Spannkräfte F_s der Spannbänder 17 und 18 und die maximalen Klemmkräfte F_u werden verringert. Sobald die an den Stellelementen 24 und 25 erzeugten Kräfte die Rückstellkräfte der Federelemente 26 und 27 übersteigen, werden die Spannbänder 17 und 18 von dem Stabilisator 9 beziehungsweise dem Reibelement 19 gelöst, womit die Reibumfangskraft im Wesentlichen gleich 0 N ist. Die Gesamtfederhärte des Fahrzeugs wird demnach lediglich durch die den Rädern 2 und 3 zugeordnete Federung bestimmt. Die zum Freigeben des Stabilisators 9 erforderliche Stellkraft, welche auf die Stellelemente 24 und 25 wirken muss, wird durch die Rückstellkraft bestimmt und ist deshalb ebenfalls gering.
Ein Öffnen der Umschlingungskupplungen 15 und 16 kann in einem beliebigen Lastzustand des Stabilisators 9 erfolgen. Dabei ist durch die elektromagnetischen Stellelementen 24 und 25 eine hohe Stelldynamik realisierbar. Dies ermöglicht Schaltvorgänge der Umschlingungskupplungen 15 und 16 während eines Betriebs des Fahrzeugs, so dass Korrekturen einer Lage des Stabilisators 9 während des Betriebs möglich sind. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, falls der Stabilisator 9 in einem ausgelenkten Zustand fixiert wurde. Dies kann beispielsweise während einer Steigungs- oder Gefällefahrt auftreten. Bevorzugt werden beide Aktuatoren 20 und 21 gleichzeitig und gleich eingestellt. Dies kann beispielsweise mittels einer gemeinsamen Leistungsendstufe für die beiden Aktuatoren 20 und 21 des Stabilisators 9 erfolgen. Selbstverständlich können die Aktuatoren 20 und 21 auch separate Leistungsendstufen aufweisen. Sollte ein Einstellen der Aktuatoren 20 und 21 nicht möglich sein, beispielsweise bei einem Ausfall eines Energiebordnetzes des Fahrzeugs, nehmen die Feststelleinrichtungen 13 und 14 die Ausgangstellung (entsprechend der Klemmstellung) ein.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Spannbänder 17 und 18 mit lediglich einem Akuator 20 einstellbar sind. In einer weiteren Ausführungsform können die Aktuatoren 20 und 21 anstatt der elektromagnetischen Stellelemente 24 und 25 beispielsweise einen Elektromotor mit einem Zwischengetriebe aufweisen. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, die Spannbänder 17 und 18 nicht einstückig (wie in den 1 und 2 dargestellt), sondern jeweils aus mehreren Gliedern zusammengesetzt zu realisieren. Die Vorrichtung 12 kann sowohl einer Vorderachse als auch einer Hinterachse oder beiden zugeordnet sein.
Mit der hier vorgestellten Vorrichtung 12 zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs kann auf einfache und kostengünstige Weise ein hoher Fahrkomfort des Fahrzeugs erreicht werden, indem die Federung des Fahrzeugs zunächst weich ausgelegt und über die teilweise Arretierung des Stabilisators 9 an der Karosserie des Fahrzeugs steuernd und/oder regelnd härter eingestellt wird. Die dazu notwendigen Feststelleinrichtungen 13 und 14 sind mit einem geringen Bauraum und einer geringen Leistungsaufnahme realisierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19846275 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs, mit einem zumindest bereichsweise als Torsionsstab (8) ausgebildeten Stabilisator (9), der auf seinen beiden Seiten über Stabilisatorarme (6, 7) mit Radführungen einer Radachse (1) des Fahrzeugs verbunden ist, gekennzeichnet durch mindestens eine Feststelleinrichtung (13, 14), mit welcher zumindest ein Bereich des Stabilisators (9) in Bezug auf eine Karosserie des Fahrzeugs zumindest teilweise arretierbar ist, wobei die Feststelleinrichtung (13, 14) als Umschlingungskupplung (15, 16) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator (9) eine permanente Wirkverbindung zwischen den Radführungen der Radachse (1) herstellt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschlingungskupplung (15, 16) ein Spannband (17, 18) aufweist, welches den Stabilisator (9) zumindest bereichsweise umschlingt und dabei eine mittels eines Aktuators (20, 21) einstellbare Reibumfangskraft auf diesen ausübt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Aktuator (20, 21) abgewandte Ende (22, 23) des Spannbands (17, 18) und/oder der Aktuator (20, 21) an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Umschlingung ein Reibelement (19) an dem Stabilisator (9) angeordnet ist, welches insbesondere einen größeren Durchmesser als der Stabilisator (9) aufweist, und/oder das Spannband (17, 18) mit einem Reibbelag ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Feststelleinrichtungen (13, 14) vorgesehen sind, wobei das Spannband (17, 18) jeder Feststelleinrichtung (13, 14) für das, insbesondere selbstverstärkende, Arretieren des Stabilisators (9) in einer Vorzugsdrehrichtung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (20, 21) ein elektromagnetisches Stellelement (24, 25) oder einen Elektromotor aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (20, 21) ein Federelement (26, 27) aufweist, welches eine den Aktuator (20, 21) in seine Ausgangsstellung drängende Rückstellkraft bewirkt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangstellung eine Klemmstellung ist, in welcher der Stabilisator (9) zumindest teilweise arretiert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuergerät, welches den Aktuator (20, 21) entsprechend einem Zustand, insbesondere Fahrzustand, des Fahrzeugs und/oder einer Vorgabe eines Fahrers steuernd und/oder regelnd einstellt.