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Die Erfindung betrifft eine Federungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Neigefahrzeug, mit mindestens einer an einem Fahrzeuggehäuse bewegbar festgelegten Fahrzeugkomponente, an der ein Rad des Kraftfahrzeugs anordenbar oder angeordnet ist, mit mindestens einer zwischen Fahrzeuggehäuse und Fahrzeugkomponente angeordneten Federeinheit, durch die eine am Rad wirkende Radlast abfederbar ist, und mit mindestens einem Koppelmittel, durch das die Fahrzeugkomponente mit der Federeinheit kraftübertragend verbindbar oder verbunden ist.
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Federungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge sind beispielsweise in Form von Stoßdämpfern mit Federelementen bekannt, bei denen die jeweiligen Federelemente bei einer Radlastschwankung ein-, bzw. ausfedern.
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Darüber hinaus sind Energierückgewinnungsvorrichtungen bekannt, bei denen bei einem Bewegen eines Rades des Kraftfahrzeugs oder bei einem Ausfedern oder einem Einfedern mechanische Energie in meachanische und/oder elektrische Energie umwandelbar ist. Derartige Energierückgewinnungsvorrichtungen umfassen komplexe Systeme, die zudem das Gewicht des Kraftfahrzeugs erhöhen.
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Bei den bekannten Federungsvorrichtungen wird im Rahmen der Federbewegung Wärme erzeugt, welche als energieverlustig geht. Ferner ist eine solche Federungsvorrichtung oft aufwändig über mechanische, hydraulische und/oder elektronische Mittel einzustellen.
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Eine Aufgabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, eine eingangs genannte Federungsvorrichtung vorzuschlagen, die kompakt baut und energieeffizient arbeitet.
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Diese Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Federungsvorrichtung dadurch gelöst, dass die Federeinheit mindestens ein Getriebe und mindestens einen mit dem Getriebe verbundenen Fahrzeugantrieb und/oder einen Generator umfasst.
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Dadurch, dass die Federeinheit mindestens ein Getriebe und mindestens einen mit dem Getriebe verbundenen Fahrzeugantrieb und/oder einen Generator umfasst, sind ohnehin im Kraftfahrzeug verbaute Komponenten für das Einfedern und Ausfedern des Rads verwendbar. Hierdurch ist die Federungsvorrichtung, insbesondere das Kraftfahrzeug, kompakt ausbildbar. Ferner ist durch das Vorsehen eines Getriebes, bzw. eines Motors beim Einfedern, bzw. beim Ausfedern entstehende Energie in mechanische und/oder elektrische Energie umwandelbar, wodurch das Kraftfahrzeug energieeffizienter betreibbar ist.
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Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen PKW, einen LKW oder um ein Neigefahrzeug handeln. Unter einem Neigefahrzeug werden Fahrräder, Motorräder oder motorradähnliche Kraftfahrzeuge, wie Motorroller, insbesondere zwei-, drei- oder vierrädrige Motorroller, Scooter, neigbare Trikes, Quads oder Dergleichen verstanden.
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Bei der Fahrzeugkomponente kann es sich beispielsweise um eine Schwinge, einen Längslenker, eine Telegabel und/oder ein Duo Lever handeln. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Fahrzeugkomponente ein Federbein umfasst.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Federungsvorrichtung mindestens einen elektrischen oder mechanischen Energiespeicher, wie Batterie oder Kondensator, umfasst in dem durch den Generator umgewandelte Energie speicherbar ist.
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Darüber hinaus ist es denkbar, dass der Energiespeicher ein Federmittel umfasst, beispielsweise Spiralfeder, in dem mechanische Energie zumindest zeitweise speicherbar ist.
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Dadurch, dass die Federungsvorrichtung einen Energiespeicher umfasst, kann durch den Generator umgewandelte Energie gespeichert werden. Bei einer Ausführungsform der Federungsvorrichtung ist es denkbar, dass der Energiespeicher eine Fahrzeugbatterie umfasst.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Federungsvorrichtung ausschließlich mechanisch, insbesondere mit einer automatisch übersetzenden Kinematik ausgebildet ist. Bei einer Ausführungsform der Federungsvorrichtung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Federungsvorrichtung mindestens eine Steuereinheit umfasst, durch die das Getriebe und/oder der Fahrzeugantrieb oder der Generator ansteuerbar und einstellbar ist.
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Hierdurch kann das Getriebe, der Generator und/oder der Fahrzeugantrieb immer optimal an den derzeitigen Fahrzustand, insbesondere das Einfedern oder Ausfedern, angepasst werden. Solchenfalls ist beispielsweise die Federrate, die Dämpfung, die Federweg-Aufteilung und/oder die HöhenEinstellung auf einfache Weise und automatisch einstellbar.
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Um das Einstellen der Federungsvorrichtung zu verbessern, erweist es sich bei einer Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform als vorteilhaft, wenn die Steuereinheit mindestens ein Sensormittel umfasst und/oder wenn der Steuereinheit mindestens ein Sensormittel funktional zuordenbar oder zugeordnet ist, wobei das Sensormittel insbesondere einen Dehnungsmesstreifen (DMS), einen Kraftsensor, eine Momentenüberwachung, einen Wegaufnehmer, einen Winkelaufnehmer und/oder einen Abstandssensor umfasst.
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Hierdurch ist durch das Sensormittel eine Änderung des derzeitigen Fahrzustandes, insbesondere einer auf das Rad wirkenden Radlast, schnell erfassbar und durch die Steuereinheit unmittelbar ausgleichbar.
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Das Kuppelmittel kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein, solange es der technischen Funktion nachkommt, die Fahrzeugkomponente mit dem Getriebe zu verbinden.
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Bei Ausführungsformen der Federungsvorrichtung erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Koppelmittel eine Zahnsegment, ein Schneckenradsegment und/oder eine Gewindespindel umfasst und/oder wenn das Getriebe ein Ritzel, und/oder ein Schneckenritzel umfasst.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Federungsvorrichtung mindestens ein Spannmittel umfasst, das zwischen Gehäuse und Fahrzeugkomponente angeordnet ist und das Gehäuse und Fahrzeugkomponenten aufeinander zu oder voneinander weg spannt.
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Hierdurch können geringere Haltekräfte für eine Fahrlage sowie das Anhalten/Parken gewährleistet werden.
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Darüber hinaus ist bei einer Ausführungsform der Federungsvorrichtung vorgesehen, dass das Getriebe eine hohe Übersetzung umfasst, die zumindest nahezu eine Selbsthemmung oder eine vollständige Selbsthemmung umfasst.
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Um das Kraftfahrzeug beim Anhalten oder Parken, im Wesentlichen federungsfrei zu halten, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Federungsvorrichtung mindestens ein Festlegemittel umfasst, durch das das Getriebe gegen ein Bewegen, insbesondere Drehen, festlegbar ist und/oder wenn das Festlegemittel ein Bremsmittel, insbesondere ein kraft- oder reibschlüssiges Bremsmittel und/oder eine Getriebesperre, umfasst.
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Wenn das Festlegemittel eine Getriebesperre umfasst, kann die Federungsvorrichtung kompakt ausgebildet werden.
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Wenn das Festlegemittel ein kraft- oder reibschlüssiges Bremsmittel umfasst, können auch herkömmliche Getriebe ohne Weiteres für die Federungsvorrichtung verwendet werden.
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Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Getriebe einen Spielausgleich, insbesondere durch verspannte Zahnräder, umfasst.
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Durch den Spielausgleich können Geräusche und ein Ausschlagen zumindest reduziert werden.
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Schließlich wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Federungsvorrichtung mit mindestens einen der zuvor genannten Merkmale, mit den Schritten:
- a. Ggf. Erfassen eines Fahrzustandes durch das mindestens eine Sensormittel und Einstellen des Getriebes, des Generators und/oder Fahrzeugantriebs durch die Steuereinheit;
- b. Einfedern der Fahrzeugkomponente durch Relativbewegung des Koppelmittels bezüglich des Getriebes;
- c. Erzeugen mechanischer oder elektrischer Energie durch den Generator und/oder Übertragen der mechanischen Energie auf den Fahrzeugantrieb und ggf. Reduzieren Antriebsleistung;
- d. Einspeisen und Speichern der mechanischen oder elektrischen Energie in den Energiespeicher, wenn Getriebe mit Generator verbunden ist; und
- e. Ausfedern oder Absenken der Fahrzeugkomponente durch Relativbewegung des Koppelmittels bezüglich des Getriebes mittels Energie aus dem Energiespeicher oder vom Fahrzeugantrieb.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugter Ausführungsforme der Federungsvorrichtung und des Verfahrens zum Betreiben einer Federungsvorrichtung.
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 Eine Seitenansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Federungsvorrichtung;
- 2 Eine Seitenansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Federungsvorrichtung;
- 3 Ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Federungsvorrichtung.
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Die Figuren zeigen eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 versehene Federungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug 4. Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst das Kraftfahrzeug 4 jeweils ein Neigefahrzeug.
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Die Federungsvorrichtung 2 umfasst eine an einem Fahrzeuggehäuse 6 bewegbar festgelegte Fahrzeugkomponente 8. An der Fahrzeugkomponente 8 ist ein Rad 10 des Kraftfahrzeugs 4 angeordnet.
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Darüber hinaus umfasst die Federungsvorrichtung 2 eine zwischen Fahrzeuggehäuse 6 und Fahrzeugkomponente 8 angeordnete Federeinheit 12, durch die eine am Rad 10 wirkende Radlast abfederbar ist.
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Ferner umfasst die Federungsvorrichtung 2 ein Koppelmittel 14, durch das die Fahrzeugkomponente 8 mit der Federeinheit 12 kraftübertragend verbindbar ist.
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Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Federeinheit 12 der Federungsvorrichtung 2 durch ein Getriebe 16 und durch mindestens ein mit dem Getriebe 16 verbundener Fahrzeugantrieb 18 und/oder einen Generator 20 verbunden. Die 1 und 2 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele der Federungsvorrichtung 2, bei der bei dem Kraftfahrzeug 4 jeweils zwei Federungsvorrichtungen 2 vorgesehen sind. Bei einer Federungsvorrichtung 2 ist die Fahrzeugkomponente 8 durch eine Schwinge des Kraftfahrzeugs 4 gebildet. Die Federungsvorrichtung 2 wirkt hierbei bei einem als Hinterrad ausgebildeten Rad 10 des Kraftfahrzeugs 4.
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Darüber hinaus umfassen die Kraftfahrzeuge 4 jeweils eine zweite Federungsvorrichtung 2, bei der die Fahrzeugkomponente 8 durch das Gleitrohr einer Telegabel gebildet ist. Das Rad 10 umfasst hierbei ein Vorderrad.
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Darüber hinaus umfassen die Ausführungsbeispiele der Federungsvorrichtung 2 einen Energiespeicher 22, in dem durch den Generator 20 umgewandelte Energie speicherbar ist.
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Ferner umfasst die Federungsvorrichtung 2 eine Steuereinheit 24 sowie eine mit der Steuereinheit 24 zusammenwirkendes Sensormittel 26. Sowohl Steuereinheit 24 als auch Sensormittel 26 sind in den Figuren nur schematisch dargestellt. Durch die Steuereinheit 24 ist das Getriebe 16 und/oder der Generator 20 oder der Fahrzeugantrieb 18 ansteuerbar und einstellbar.
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Über die Sensormittel 26 sind Fahrzustände erfassbar, wobei das Sensormittel 26 solchenfalls Dehnungsmessstreifen, Kraftsensoren, Momentenüberwachung, Wegaufnehmer, Winkelaufnehmer und/oder einen Abstandssensor umfassen kann.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Federungsvorrichtung 2, bei der das Koppelmittel 14 ein Zahnsegment 28 umfasst, das mit einem korrespondierten ausgebildeten Ritzel 32 am Getriebe 16 eingreifend zusammenwirkt.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Federungsvorrichtung 2, bei der das Koppelmittel 14 ein Schneckenradsegment 34 und das Getriebe 16 ein Schneckenritzel 36 umfasst.
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Bei den Federungsvorrichtungen 2 ist sowohl beim Ausführungsbeispiel in 1 als auch beim Ausführungsbeispiel in 2 ein Koppelmittel 14 am Vorderrad mit einer Gewindespindel 38 ausgebildet.
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3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Federvorrichtung 2. Unter Zuhilfenahme der Darstellung gemäß 1 und 2 wird nachfolgend das Verfahren erläutert:
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In einem ersten Schritt 100 wird gegebenenfalls ein Fahrzustand durch das mindestens eine Sensormittel 26 erfasst und das Getriebe 16, der Generator 20 und/oder der Fahrzeugantrieb 18 durch die Steuereinheit 24 eingestellt.
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In einem Nachfolgeschritt 101 wird die Fahrzeugkomponente 8 durch Relativbewegung des Koppelmittels 14 bezüglich des Getriebes 16 eingefedert.
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Hierdurch erfolgt in einem weiteren Schritt 102 das Erzeugen mechanischer oder elektrischer Energie durch den Generator 20 und/oder es wird mechanische oder elektrische Energie auf den Fahrzeugantrieb 18 übertragen und gegebenenfalls die Antriebsleistung des Fahrzeugantriebs 18 reduziert. Hierbei wird die durch das Einfedern gewonnene Energie zumindest teilweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 4 genutzt.
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In einem Nachfolgeschritt 103 wird die gewonnene Energie in den Energiespeicher 22 eingespeist, wenn das Getriebe 16 mit einem Generator 20 verbunden ist und gegebenenfalls auch dort gespeichert.
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In einem anschließenden Schritt 104 wird die Fahrzeugkomponente 8 durch Relativbewegung des Koppelmittels 14 bezüglich des Getriebes 16 ausgefedert, wobei hierbei auf die im Energiespeicher 22 gespeicherte Energie zurückgegriffen wird. Alternativ hierzu kann auch Energie des Fahrzeugantriebs 18 zum Ausfedern der Fahrzeugkomponente 8 verwendet werden.
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Unter einem Ausfedern kann u. a. auch ein Absenken der Fahrzeugkomponente 8 umfasst sein. Dieses ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Kraftfahrzeug 4 zum Halten oder Parken abgestellt wird.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung, können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination in der Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Federungsvorrichtung
- 4
- Kraftfahrzeug
- 6
- Fahrzeuggehäuse
- 8
- Fahrzeugkomponente
- 10
- Rad
- 12
- Federeinheit
- 14
- Koppelmittel
- 16
- Getriebe
- 18
- Fahrzeugantrieb
- 20
- Generator
- 22
- Energiespeicher
- 24
- Steuereinheit
- 26
- Sensormittel
- 28
- Zahnsegment
- 32
- Ritzel
- 34
- Schneckenradsegment
- 36
- Schneckenritzel
- 38
- Gewindespindel
