DE102013002703A1 - Drehfedersystem für eine Fahrzeugachse - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Drehfedersystem für eine Fahrzeugachse (1), insbesondere mit einer Radaufhängung für ein linkes Fahrzeugrad und eine Radaufhängung für ein rechtes Fahrzeugrad, denen jeweils ein erster Drehaktuator (29) und ein zweiter Drehaktuator (31) für eine aktive Fahrwerksregelung zugeordnet ist, von denen jeder eine Motor-Getriebe-Einheit (33, 47) aufweist, mit der Drehmomente über einen Abtriebshebel (45, 57) als Stellkräfte auf ein Radaufhängungselement (20) übertragbar sind, wobei die Motor-Getriebe-Einheit (33, 47) des ersten Drehaktuators (29) insbesondere bauteilsteif am Fahrzeugaufbau (11) gelagert ist und über ein erstes Torsionsfederelement (39), insbesondere einen torsionsweichen Drehstab, mit vorgegebener Federkonstante (cF) mit dem Abtriebshebel (45) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Motor-Getriebe-Einheit (47) des zweiten Drehaktuators (31), insbesondere torsionssteif, mit dem Abtriebshebel (57) verbunden, und über ein zweites Torsionsfederelement (51) in Richtung der wirkenden Torsionsmomente am Fahrzeugaufbau (11) federnd nachgiebig abgestützt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Drehfedersystem für eine Fahrzeugachse, insbesondere eine Hinterachse, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Ein solches Drehfedersystem kann bei einer aktiven Fahrwerksregelung eingesetzt werden, bei der jeder Radaufhängung einer Hinterachse jeweils ein Drehaktuator zugeordnet ist. Mit den beiden Drehaktuatoren der Fahrzeugachse können je nach Ansteuerung das Fahrzeugniveau und/oder Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeuges ausgeglichen werden.
- Aus der
DE 10 2007 007 214 A1 ist ein gattungsgemäßes Drehfedersystem für eine Fahrzeugachse bekannt. Der Radaufhängung für das linke Fahrzeugrad sowie der Radaufhängung für das rechte Fahrzeugrad ist jeweils ein Drehaktuator für eine solche Fahrwerksregelung zugeordnet. Jeder dieser Drehaktuatoren weist jeweils eine Motor-Getriebe-Einheit auf. Die in der Motor-Getriebe-Einheit erzeugten Drehmomente können über einen Torsionsstab sowie einen Abtriebshebel als Stellkräfte auf ein Radaufhängungselement übertragen werden. In dem Drehfedersystem wird die Federarbeit im Wechselspiel der Ein- und Ausfederbewegung des Fahrzeugrades aufgenommen beziehungsweise abgegeben. Gleichzeitig können mit Hilfe der Motor-Getriebe-Einheiten Momente überlagert werden, das heißt die Drehfederstäbe je nach Erfordernis aufgezogen oder entspannt werden. Durch das Vorhandensein der Tragfeder als eine Hauptfeder müssen mit den Drehaktuatoren nur anteilig Stellkräfte zur Radlaständerung gestellt werden. Es findet ständig eine Überlagerung der Federkräfte aus Hauptfeder und Drehfederstab statt. Somit können die in der Motor-Getriebe-Einheit erzeugten Drehmomente über den Lastpfad Motor/Getriebe/Drehfederstab/Abtriebshebel/Koppel/Radaufhängungselement/Fahrzeugrad letztlich als lineare Stellkräfte auf das Fahrzeugrad übertragen werden. - In der
DE 10 2007 007 214 A1 sind die beiden Drehaktuatoren im Wesentlichen baugleich ausgeführt sowie spiegelsymmetrisch mit Bezug auf eine senkrechte Fahrzeugmittellängsebene eingebaut. Es muss daher in der Fahrzeugachse zwingend entsprechender Bauraum für die Drehaktuatoren an beiden Fahrzeugseiten bereitgestellt sein, wodurch sich Packageprobleme ergeben können. - Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein Drehfedersystem für eine Fahrzeugachse bereitzustellen, bei der eine im Vergleich zum Stand der Technik flexiblere Anpassung an die baulichen Gegebenheiten in der Fahrzeugachse ermöglicht ist.
- Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zwar oftmals ausreichend Bauraum auf einer Fahrzeugseite vorhanden ist, jedoch ausreichender Bauraum auf der anderen Fahrzeugseite fehlt. Vor diesem Hintergrund sind gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 die beiden Drehaktuatoren nicht mehr baugleich ausgeführt sowie spiegelsymmetrisch angeordnet. Vielmehr sind der erste und der zweite Drehaktuator unterschiedlich aufgebaut und am Fahrzeugaufbau befestigt: So ist die erste Motor-Getriebe-Einheit des ersten Drehaktuators bauteilsteif am Fahrzeugaufbau montiert und über eine erste Torsionsfeder (das heißt einen torsionsweichen Drehstab) mit vorgegebener Federkonstante mit dem Abtriebshebel verbunden. Die zweite Motor-Getriebe-Einheit ist dagegen gerade nicht bauteilsteif am Fahrzeugaufbau montiert, sondern über ein zweites Torsionsfederelement am Fahrzeugaufbau federnd nachgiebig abgestützt, und zwar in Richtung der wirkenden Torsionsmomente. Im Gegensatz zum ersten Drehaktuator ist außerdem beim zweiten Drehaktuator die Motor-Getriebe-Einheit nicht mehr torsionsweich, sondern vielmehr torsionssteif mit dem Abtriebshebel verbunden. Durch einen solchen Aufbau des Drehfedersystems ist eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich flexiblere Anordnung der Drehaktuatoren in der Fahrzeugachse ermöglicht.
- Das dem ersten Drehaktuator zugeordnete erste Torsionsfederelement und das dem zweiten Drehaktuator zugeordnete zweite Torsionsfederelement können bevorzugt eine identische Federkonstante aufweisen. Zudem können die beiden Torsionsfederelemente jeweils als torsionsweiche Drehstäbe (das heißt Torsionsstäbe) ausgeführt sein. Beispielhaft kann das erste Torsionsfederelement in einer Kraftflussrichtung nach der ersten Motor-Getriebe-Einheit sowie noch vor dem Abtriebshebel angeordnet sein. Dagegen kann das zweite Torsionsfederelement in einer Kraftflussrichtung vor der zweiten Motor-Getriebe-Einheit angeordnet sein.
- In diesem Fall kann ein Ausgangselement der ersten Motor-Getriebe-Einheit unter Zwischenschaltung des ersten Torsionsfederelementes torsionsweich mit dem Abtriebshebel verbunden sein. Das Ausgangselement der zweiten Motor-Getriebe-Einheit kann dagegen ohne Zwischenschaltung des zweiten Torsionsfederelementes torsionssteif mit dem Abtriebshebel verbunden sein.
- In einer technischen Realisierung kann das zweite Torsionsfederelement ein torsionsweicher Drehstab sein. Dieser kann mit einem Ende am Gehäuse der zweiten Motor-Getriebe-Einheit bauteilsteif angebunden sein und mit dem anderen Ende am Fahrzeugaufbau, etwa einem Hilfsrahmen, bauteilsteif abgestützt sein, etwa an einer Momentenstütze des Fahrzeugaufbaus.
- Für einen einfachen Aufbau des Drehfedersystemes ist es von Vorteil, wenn die erste und die zweite Motor-Getriebe-Einheit jeweils baugleich ausgeführt sind. Die beiden Motor-Getriebe-Einheiten können zudem gemeinsam in einer, zur senkrechten Fahrzeugmittelebene linken oder rechten Fahrzeughälfte angeordnet sein, sofern es aufgrund von geometrischen Gegebenheiten erforderlich ist. Für eine weitere Bauraumreduzierung kann es vorteilhaft sein, wenn die beiden Motor-Getriebe-Einheiten der Drehaktuatoren mit ihren Drehachsen achsparallel zueinander angeordnet sind. Zudem können die Drehachsen der Abtriebshebel und die Drehachsen der zugeordneten Motor-Getriebe-Einheiten jeweils koaxial zueinander angeordnet sein.
- Alternativ dazu kann die Drehachse des Abtriebshebels sowie die Drehachse einer zugeordneten Motor-Getriebe-Einheit nicht koaxial, sondern um einen Achsversatz voneinander beabstandet sein. In diesem Fall kann zur Überbrückung dieses Achsversatzes eine Getriebestufe vorgesehen werden, die zwischen der Motor-Getriebe-Einheit und dem Abtriebshebel angeordnet ist. Zudem können im Hinblick auf eine weitere Packageoptimierung die beiden Motor-Getriebe-Einheiten mit ihren Drehachsen um einen Winkel zur Fahrzeugquerrichtung schräggestellt sein.
- Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
- Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 in einer Ansicht von unten eine Fahrzeug-Hinterachse mit einem Drehfedersystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; -
2 ein Ersatzschaltbild des in der1 gezeigten Drehfedersystems der Fahrzeug-Hinterachse; -
3 und4 jeweils Ansichten entsprechend der1 gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel. - In der
1 ist in einer Ansicht von unten eine Hinterachse1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, die nur insoweit gezeigt ist, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die Hinterachse1 weist einen Hilfsrahmen5 auf, der aus Längsträgern7 sowie aus vorderen und hinteren Querträgern9 aufgebaut ist. Der Hilfsrahmen5 ist Bestandteil des nur im Ersatzmodell der2 angedeuteten Fahrzeugaufbaus11 und in an sich bekannter Weise am Fahrzeugaufbau11 angebunden. - An den beiden Längsträgern
7 des Hilfsrahmens5 sind für die Radaufhängung an den beiden Fahrzeugseiten jeweils untere Lenker14 ,16 ,18 sowie obere Lenker20 ,22 in räumlich versetzter Anordnung über nicht dargestellte Lenkerlager angelenkt. Die Lenker14 bis22 erstrecken sich in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen bis zum Radträger23 , der jeweils ein rechtes/linkes Hinterrad59 (nur in der2 angedeutet) des Kraftfahrzeuges trägt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die beiden Hinterräder59 durch eine Gelenkwelle25 angetrieben, das in ein, am Hilfsrahmen5 aufgehängtes, nur angedeutetes Hinterachs-Differenzial26 geführt ist. Der oben beschriebene Aufbau der Fahrzeug-Hinterachse1 ist mit Bezug auf eine vertikale Fahrzeugmittellängsebene27 spiegelsymmetrisch ausgeführt. - Wie aus der
1 weiter hervorgeht, sind an der Hinterachse1 zwei Drehaktuatoren29 ,31 für eine aktive Fahrwerksregelung vorgesehen. Die beiden Drehaktuatoren29 ,31 sind aus Packagegründen unterschiedlich zueinander aufgebaut sowie mit Bezug zur Fahrzeugmittellängsebene27 asymmetrisch positioniert. - Der erste Drehaktuator
29 weist gemäß der1 eine Motor-Getriebe-Einheit33 auf. Die Motor-Getriebe-Einheit33 ist mit ihrem Gehäuse35 an der, in der1 linken Fahrzeughälfte über Anbindungsstellen37 bauteilsteif am vorderen Querträger9 des Hilfsrahmens5 angebunden. Aus der Motor-Getriebe-Einheit33 ist ein torsionsweicher Drehstab39 herausgeführt. Der torsionsweiche Drehstab39 ist mit seinem einen Ende an einem Getriebeausgangselement41 (nur in1 angedeutet) angebunden und an seinem anderen Ende an einer Drehlagerstelle43 drehbar gelagert, mit der eine Drehachse D1 des ersten Drehaktuators29 definiert ist. Im Anschluss an die Lagerstelle43 geht der Drehstab39 in einen davon nach hinten abgewinkelten Abtriebshebel45 über, der, etwa über eine nicht gezeigte Koppelstange, mit dem Lenker20 der in der1 rechts gezeigten Radaufhängung angelenkt ist. - Der zweite Drehaktuator
31 weist ebenfalls eine Motor-Getriebe-Einheit47 auf. Die zweite Motor-Getriebe-Einheit47 ist im Gegensatz zur ersten Motor-Getriebe-Einheit33 nicht bauteilsteif am Fahrzeugaufbau26 angebunden. Am Gehäuse49 der zweiten Motor-Getriebe-Einheit47 ist ein als zweites Torsionsfederelement wirkender, torsionsweicher Drehstab51 drehfest angebunden, der mit seinem gegenüberliegenden Ende an einer Momentenstütze53 bauteilsteif am Fahrzeugaufbau11 abgestützt ist. Der Abtriebshebel57 ist über die Lagerstelle43 drehbar gelagert. Die Motor-Getriebe-Einheit47 ist daher über die Stützstellen bzw. Lagerstellen53 43 gelagert. - Der Torsionsstab
39 des ersten Drehaktuators29 sowie der Torsionsstab51 des zweiten Drehaktuators31 weisen jeweils eine identische Federkonstante cF auf. Zudem ist das Gehäuse49 der zweiten Motor-Getriebe-Einheit47 an seiner gegenüberliegenden Stirnseite über eine Stirnradstufe55 bauteilsteif mit dem Abtriebshebel57 verbunden. Auf diese Weise kann die Drehachse A (1 ) des Abtriebshebels57 um einen Achsversatz Δx von der Drehachse D2 des zweiten Drehaktuators31 beabstandet werden. - In der
1 sind die beiden Motor-Getriebe-Einheiten33 ,47 baugleich ausgeführt sowie mit ihren Drehachsen D1, D2 achsparallel sowie fluchtend in der Fahrzeuglängsrichtung x zueinander angeordnet. - Im ersten Drehaktuator
29 ist also das Getriebeausgangselement41 unter Zwischenschaltung des Torsionsstabes39 torsionsweich mit dem linken Abtriebshebel45 verbunden. Demgegenüber ist im zweiten Drehaktuator31 das Getriebeausgangselement41 , ohne Zwischenschaltung eines Torsionsstabes, torsionssteif mit dem rechten Abtriebshebel57 verbunden. Der Torsionsstab39 ist daher in einer Kraftflussrichtung nach der ersten Motor-Getriebe-Einheit33 sowie noch vor dem Abtriebshebel45 angeordnet. Demgegenüber ist im zweiten Drehaktuator31 der Torsionsstab51 in einer Kraftflussrichtung vor der zweiten Motor-Getriebe-Einheit angeordnet, wie es in dem Ersatzmodell der2 gezeigt ist. - Die linksseitige und die rechtsseitige Radaufhängung weisen außerdem jeweils einen Stoßdämpfer
28 mit davon getrennter Tragfeder30 auf, die in den Figuren lediglich angedeutet sind und jeweils am unteren Lenker16 der Radaufhängungen angelenkt sind. - Die Motor-Getriebe-Einheit kann beispielhaft aus einem Elektromotor mit einem hoch übersetzenden Getriebe (zum Beispiel einem Harmonic-Drive-Getriebe oder geschachtelten Planetenradsätze) zusammengesetzt sein.
- In der
2 ist in einem Ersatzschaltbild das Zusammenwirken der Federungsanordnung der Radaufhängungen der Hinterachse1 gezeigt. Demzufolge sind zwischen dem Aufbau11 des Kraftfahrzeuges und den beiden Hinterrädern59 die parallel geschalteten Federsysteme (Tragfedern30 und Torsionsstäbe39 ,51 ) wirksam, die die Gesamtfederrate bestimmen. Die Länge und die Auslegung der Torsionsstäbe39 ,51 bestimmen daher jeweils die Gesamttorsionssteifigkeit beziehungsweise die Federrate des Drehfedersystems. - In den
1 ,3 und4 sind die beiden Motor-Getriebe-Einheiten33 ,47 jeweils um einen Querversatz Δy (4 ) von der Fahrzeugmittelebene27 beabstandet. - In der
3 ist eine weitere Fahrzeug-Hinterachse1 gezeigt, deren Aufbau und Funktionsweise im Wesentlichen identisch mit der in der1 gezeigten Hinterachse1 ist. Im Unterschied zur1 sind in der3 jedoch die Motor-Getriebe-Einheiten33 ,47 mit ihren Drehachsen D1, D2 nicht fluchtend in Querrichtung y ausgerichtet, sondern vielmehr mit einem Spitzwinkel α zur Querrichtung y schräggestellt angeordnet. Durch diese Schräg-Anordnung kann auf der, in der3 linken Fahrzeughälfte die Motor-Getriebe-Einheit47 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne verlagert werden, wodurch der in der1 gezeigte Achsabstand Δx zur Drehachse A des Abtriebshebels45 überbrückt werden kann. Dadurch kann auf die Getriebestufe55 (1 ) verzichtet und anstelle der Abtriebshebel45 unmittelbar am Gehäuse49 der zweiten Motor-Getriebe-Einheit47 bauteilsteif angebunden werden. - In der
4 ist ebenfalls eine in der Fahrzeugquerrichtung y fluchtend ausgebildete Parallel-Anordnung der beiden Motor-Getriebe-Einheiten33 ,47 mitsamt der Drehachsen D1, D2 gezeigt. Aufgrund der längsversetzten Anordnung der beiden Motor-Getriebe-Einheiten33 ,47 sind die jeweils zugeordneten Abtriebshebel45 ,57 mit unterschiedlicher Länge beziehungsweise Geometrie ausgeführt, um diesen Längsversatz auszugleichen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007007214 A1 [0003, 0004]
Claims (10)
- Drehfedersystem für eine Fahrzeugachse (
1 ), insbesondere mit einer Radaufhängung für ein linkes Fahrzeugrad und eine Radaufhängung für ein rechtes Fahrzeugrad, denen jeweils ein erster Drehaktuator (29 ) und ein zweiter Drehaktuator (31 ) für eine aktive Fahrwerksregelung zugeordnet ist, von denen jeder eine Motor-Getriebe-Einheit (33 ,47 ) aufweist, mit der Drehmomente über einen Abtriebshebel (45 ,57 ) als Stellkräfte auf ein Radaufhängungselement (20 ) übertragbar sind, wobei die Motor-Getriebe-Einheit (33 ,47 ) des ersten Drehaktuators (29 ) insbesondere bauteilsteif am Fahrzeugaufbau (11 ) gelagert ist und über ein erstes Torsionsfederelement (39 ), insbesondere einen torsionsweichen Drehstab, mit vorgegebener Federkonstante (cF) mit dem Abtriebshebel (45 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Getriebe-Einheit (47 ) des zweiten Drehaktuators (31 ), insbesondere torsionssteif, mit dem Abtriebshebel (57 ) verbunden ist, und über ein zweites Torsionsfederelement (51 ) in Richtung der wirkenden Torsionsmomente am Fahrzeugaufbau (11 ) federnd nachgiebig abgestützt ist. - Drehfedersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Torsionsfederelement (
51 ) ein torsionsweicher Drehstab ist, und/oder dass die Motor-Getriebe-Einheit (47 ) des zweiten Drehaktuators (31 ) ein Gehäuse (49 ) aufweist, das über das zweite Torsionsfederelement (51 ) an einer Momentenstütze (53 ) des Fahrzeugaufbaus (11 ) abgestützt ist. - Drehfedersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Torsionsfederelement (
39 ) in einer Kraftflussrichtung nach der ersten Motor-Getriebe-Einheit (33 ) sowie vor dem Abtriebshebel (45 ) angeordnet ist, und/oder dass das zweite Torsionsfederelement (51 ) in einer Kraftflussrichtung vor der zweiten Motor-Getriebe-Einheit (47 ) angeordnet ist. - Drehfedersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der als zweites Torsionsfederelement (
51 ) wirkende torsionsweiche Drehstab mit einem Ende am Gehäuse (49 ) der zweiten Motor-Getriebe-Einheit (47 ) bauteilsteif angebunden ist und mit dem anderen Ende am Fahrzeugaufbau (11 ) bauteilsteif abgestützt ist. - Drehfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Motor-Getriebe-Einheiten (
33 ,47 ) baugleich sind und/oder beide gemeinsam in einer zur senkrechten Fahrzeugmittelebene (27 ) linken oder rechten Fahrzeughälfte angeordnet sind, und zwar insbesondere mit einem Querversatz (Δy) von der Fahrzeugmittelebene (27 ) beabstandet. - Drehfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (D1, D2) der beiden Motor-Getriebe-Einheiten (
33 ,47 ) achsparallel sind, und/oder die beiden Motor-Getriebe-Einheiten (33 ,47 ) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) in Flucht zueinander angeordnet sind. - Drehfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangselement (
41 ) der ersten Motor-Getriebe-Einheit (33 ) unter Zwischenschaltung des ersten Torsionsfederelements (39 ) torsionsweich mit dem Abtriebshebel (45 ) verbunden ist, und/oder dass ein Ausgangselement (41 ) der zweiten Motor-Getriebe-Einheit (47 ), ohne Zwischenschaltung des zweiten Torsionsfederelements (51 ), torsionssteif mit dem Abtriebshebel (57 ) verbunden ist. - Drehfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (A) des Abtriebshebel (
45 ) und die Drehachse (D1) der zugeordneten Motor-Getriebe-Einheit (33 ) nicht koaxial, sondern um einen Achsversatz (Δx) beabstandet sind und eine Getriebestufe (55 ) zwischen der Motor-Getriebe-Einheit (47 ) und dem Abtriebshebel (57 ) angeordnet ist. - Drehfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Motor-Getriebe-Einheiten (
33 ,47 ) mit ihren Drehachsen (D1 und D2) um einen Spitzwinkel (α) zur Fahrzeugquerrichtung (y) schräggestellt sind. - Drehfedersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehaktuatoren (
29 ,31 ) unterschiedlich lange Abtriebshebel45 ,57 ) mit jeweils angepassten Steifigkeiten aufweisen.
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