DE10242552B4

DE10242552B4 - Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen

Info

Publication number: DE10242552B4
Application number: DE2002142552
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Ing. Meixner (FH); Anton Dr.-Ing. Stich
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2022-09-14
Also published as: DE10242552A1

Abstract

Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen eines zweiteiligen Stabilisators in Fahrwerken von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit einem Elektromotor und einem als Planetenraddifferenzial ausgebildeten Verstellgetriebe, mit zumindest einem von dem Elektromotor angetriebenen Eingangselement, zwei auf die Stabilisatorhälften wirkenden Ausgangselementen und zumindest zwei die Ausgangselemente trieblich miteinander verbindenden Ausgleichselementen, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsglied ein Planetenradträger (22) vorgesehen ist, dessen axial zueinander beabstandete und miteinander gekoppelte Planetenräder (26, 28) als Ausgleichselemente mit Sonnenrädern (32, 34) als Abtriebselemente kämmen, wobei die Zähnezahlen der Sonnenräder (32, 34) und der Planetenräder (26, 28) zueinander ungleich sind, und dass der Elektromotor (44) am Kraftfahrzeugaufbau befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen eines zweiteiligen Stabilisators in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 4.

Es ist bereits bekannt, mittels Verstellgetriebe zweigeteilte Stabilisatoren so zu verstellen, dass deren zusätzliche Federrate das Fahrverhalten von Kraftfahrzeugen mit beeinflusst (vgl. z.B. DE 44 43 809 A1 oder DE 100 01 087 A1 ). So kann durch gegensinniges Verstellen eines insgesamt U-förmigen Stabilisators das Wankverhalten bzw. die Kurvenneigung verringert oder durch gleichsinniges Verstellen der Stabilisatorhälften der Nickneigung z.B. beim Bremsen entgegengewirkt werden.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen eines zweiteiligen Stabilisators in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen ist bereits aus der DE 198 46 275 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind Stellmittel vorgesehen, die wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Wankgröße und mindestens einen Schwenkantrieb, der zwischen den beiden Stabilisatorhälften angeordnet ist, aufweisen, die eine Vorspannung der Stabilisatorhälften zur Reduzierung oder Unterdrückung der Wankbewegungen bewirken und die im Wankfall ein Gegenmoment auf den Fahrzeugaufbau abhängig von Ausgangssignalen des Sensors aufbringen. Der Schwenkantrieb ist hier als ein elektromechanischer Schwenkantrieb ausgebildet und weist Mittel zur Blockierung der gegenseitigen Verschwenkung der Stabilisatorhälften auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen eines zweiteiligen Stabilisators in Fahrzeugen zu schaffen, mit der eine bezüglich Nick- und/oder Wankausgleich gute Fahrwerksauslegung möglich ist.

Diese Aufgabe wird einerseits mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und andererseits mit den Merkmalen des Patentanspruches 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass das Eingangsglied ein Planetenradträger ist, dessen axial zueinander beabstandete und miteinander gekoppelte Planetenräder als Ausgleichselemente mit Sonnenrädern als Abtriebselemente kämmen, wobei die Zähnezahlen der Sonnenräder und der Planetenräder zueinander ungleich sind. Diese Konzeption ermöglicht zusammen mit einer ebenfalls vorgesehenen Befestigung des Elektromotors am Kraftfahrzeugaufbau eine Fahrwerksauslegung, bei der der Stabilisator bei Wankneigungen seine grundsätzliche Funktion beibehält, während durch elektromotorisches Verstellen des mit dem Stabilisator drehbaren Differenziales dessen Federrate beispielsweise zum Anheben oder Absenken der Karosserie veränderbar ist und/oder Nick- und Tauchbewegungen beim Bremsen oder Beschleunigen entgegengewirkt werden kann.

Aufgrund der für diese Getriebekonstruktion erforderlichen unterschiedlichen Zähnezahlen bzw. Teilkreisdurchmesser der Sonnenräder des Planetenraddifferenziales und der damit verbundenen ungleich großen Abtriebsmomente können vorteilhaft die Längsarme der U-förmigen Stabilisatorhälften im gleichen Verhältnis ungleich lang ausgeführt sein, um gleiche Rückstellmomente auf die jeweils linke und rechte Radaufhängung des Kraftfahrzeuges auszuüben.

Gemäß Anspruch 4 ist das Differenzial als Kegelradgetriebe ausgeführt, das bei robuster und funktionssicherer Ausführung baulich besonders gedrängt herstellbar ist und dementsprechend auch bei relativ niedrig bauenden Kraftfahrzeugen anwendbar ist.

Bei einer Fahrwerksauslegung ohne Wankausgleich kann dabei das Eingangselement ein erstes Achskegelrad sein, ferner kann das zweite Achskegelrad die eine Stabilisatorhälfte als Ausgangselement antreiben und schließlich das zweite Ausgangselement das Ausgleichsgehäuse sein, dessen drehbar gelagerte Ausgleichskegelräder mit den Achskegelrädern kämmen. Damit bleibt die normale Stabilisatorfunktion erhalten und es kann durch elektromotorisches Verdrehen des Eingangselementes ei ne gleichsinnige Verstellung der Stabilisatorhälften bzw. eine Verringerung der Wankneigung des Kraftfahrzeuges gesteuert werden. Die ebenfalls auftretenden ungleichen Abtriebsmomente können wie vorstehend durch ungleiche Längen der Längsarme der Stabilisatorhälften entsprechend ausgeglichen werden.

Dabei kann zudem das erste Achskegelrad über eine Hohlwelle auf der mit dem anderen Achskegelrad verbundenen Stabilisatorhälfte und im Ausgleichsgehäuse drehbar gelagert sein; daraus resultiert eine für die Verstellung der Stabilisatoren günstige und biegesteife Getriebekonstruktion, die zudem baulich besonders gedrängt ausführbar ist.

Bei einer Fahrwerksauslegung ohne Nickausgleich und mit Wankausgleich kann als Eingangselement ein erstes, im Ausgleichsgehäuse gelagertes Ausgleichskegelrad und als Ausgangselemente die beiden mit den Stabilisatorhälften verbundenen Achskegelräder vorgesehen sein und es können das Ausgleichsgehäuse und der Elektromotor karosseriefest angeordnet sein. Diese baulich ebenfalls vorteilhafte Lösung ergibt zudem gleiche Abtriebsmomente an den Stabilisatorhälften.

Des weiteren wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor und das Eingangselement drehbar mit den Stabilisatorhälften gelagert sind und dass ein karosseriefester zweiter Elektromotor ein zweites Eingangselement des Differenzialgetriebes verstellt. Diese entsprechend aufwändigere Konzeption ermöglicht es, alle mit dem Stabilisator möglichen Fahrwerksbeeinflussungen auszufüh ren; so kann mittels des einen Elektromotors der Wankneigung entgegengewirkt werden, während mittels dem karosseriefesten Elektromotor und dem zweiten Eingangselement des Differenziales der Nickausgleich, unterschiedliche Bodenfreiheiten, Niveauregulierungen und veränderliche Federraten an der Vorderachse und/oder an der Hinterachse des Kraftfahrzeuges steuerbar sind.

Eine baulich und getriebetechnisch günstige Konzeption wird dabei erzielt, wenn das erste Eingangselement ein Ausgleichskegelrad im Ausgleichsgehäuse ist, wenn die Achskegelräder als Ausgangselemente mit den Stabilisatorhälften trieblich verbunden sind und wenn schließlich der zweite Elektromotor das Ausgleichsgehäuse als weiteres Eingangselement des Differenzialgetriebes antreibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben.
Die anliegende schematische Zeichnung zeigt in:
1 eine Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen eines zweigeteilten Stabilisators für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges, mit einem Planetenraddifferenzial als Verstellgetriebe;
2 ein zur 1 alternatives Kegelraddifferenzial als Verstellgetriebe; und
3 eine weitere Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen eines Stabilisators mit einem Kegelraddifferenzial als Verstellgetriebe;
4 eine Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen eines Stabilisators mittels eines Kegelraddifferenziales mit zwei Eingangselementen als Verstellgetriebe und zwei antreibenden Elektromotoren.
Die 1 zeigt grob schematisch einen U-förmigen Stabilisator 10, der sich zweigeteilt jeweils aus einem Mittelabschnitt 12, 14 und einem Längsarm 16, 18 zusammensetzt. Der Drehstab-Stabilisator 10 ist in bekannter und nicht dargestellter Weise an seinen Mittelabschnitten 12, 14 am Aufbau des Kraftfahrzeuges drehbar gelagert und über die Längsarme 16, 18 an nicht dargestellten Radführungselementen der Radaufhängung des Kraftfahrzeuges angelenkt (z.B. an Querlenkern).
Die beiden Mittelabschnitte 12, 14 bzw. die beiden Stabilisatorhälften 12, 16 und 14, 18 sind über ein Verstellgetriebe bzw. Planetenraddifferenzial 20 trieblich miteinander verbunden.
Das Planetenraddifferenzial 20 weist dabei ein Eingangselement auf, das durch einen Planetenradträger 22 und ein äußeres Gehäuse 24 gebildet ist.
Der Planetenradträger 22 trägt mehrere, jeweils durch zwei zueinander beabstandete und durch eine Achse 26 trieblich mitein ander gekoppelte Planetenräder 28, 30, die wiederum mit an den Mittelabschnitten 12, 14 des Stabilisators 10 befestigten Sonnenrädern 32, 34 kämmen.
Das Gehäuse 24 ist drehbar über eine Lagerstelle 36 und eine am Gehäuse 24 festgelegte Hohlwelle 38 auf den Stabilisator-Mittelabschnitten 12, 14 gelagert.
Ein auf der Hohlwelle 38 angeordnetes Zahnrad 40 schließlich kämmt mit einem Antriebszahnrad 42 eines Elektromotors 44, der als Schrittmotor mit einer inneren Bremse das Gehäuse 24 mit dem Planetenradträger 22 als Eingangselement bei entsprechender elektrischer Bestromung feinfühlig verstellt oder unbestromt festbremst.
Die Sonnenräder 32, 34 und die mit diesen kämmenden Planetenräder 28, 30 weisen dazu wie ersichtlich unterschiedliche Durchmesser bzw. Zähnezahlen auf, wodurch sich eine Standgetriebeübersetzung von z.B. +1,2 ergibt. Zum Ausgleich der unterschiedlichen Abtriebsmomente an den Sonnenrädern 32, 34 sind die Längen l der Längsarme 16, 18 des Stabilisators 10 im gleichen Verhältnis unterschiedlich ausgeführt (vgl. l₁ zu l₂).
Der Elektromotor 44 ist am nicht dargestelltem Aufbau des Kraftfahrzeuges befestigt, während sich wie ersichtlich das Verstellgetriebe bzw. Planetenradgetriebe 20 bei entsprechender Verstellung durch den Elektromotor 44 mit den Stabilisator-Mittelabschnitten 12, 14 verdrehen kann.
Ausgehend von einer Konstruktionslage der Radaufhängung des Kraftfahrzeuges kann der Stabilisator 10 bei wechselseitigem Einfedern der Räder wie ein Stabilisator ohne Verstellgetriebe 20 wirken und entsprechende Rückstellkräfte z.B. beim Durchfahren von Kurven ausüben.
Über den Elektromotor 44 und das Verstellgetriebe bzw. Planetenraddifferenzial 20 können ferner in gleicher Drehrichtung die Mittelabschnitte 12, 14 verdreht werden und damit beispielsweise die Gesamtfederrate der Radaufhängung erhöht werden (dynamisch) oder die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeuges abgesenkt oder angehoben und/oder ein Nickausgleich durchgeführt werden.
In der 2 ist anstelle des Planetenraddifferenziales 20 ein Kegelraddifferenzial 50 als Verstellgetriebe verwendet. Im wesentlichen gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Als Eingangselement dient bei dem Kegelraddifferenzial 50 ein erstes Achskegelrad 52, das über eine Hohlwelle 54 und ein Zahnrad 56 trieblich mit dem Antriebszahnrad 42 des Elektromotors 44 verbunden ist.
Als Ausgangselemente dienen einerseits das Ausgleichsgehäuse 58 und das weitere Achskegelrad 60, die mit den jeweiligen Mittelabschnitten 12, 14 des Stabilisators 10 fest verbunden sind.
Die besagten Achskegelräder 52, 60 kämmen mit mehreren, im Ausgleichsgehäuse 58 auf Mitnehmerbolzen 62 drehbar gelagerten Ausgleichskegelrädern 64.
Dabei erstreckt sich der Mittelabschnitt 14 des Stabilisators 10 durch die Hohlwelle 54 und bildet eine in sich verschachtelte Drehlagerung für die Hohlwelle 54 und das Ausgleichsgehäuse 58 mit der Lagerstelle 66.
Aufgrund der wiederum ungleichen Abtriebsmomente über das Achskegelrad 60 einerseits und das Ausgleichsgehäuse 58 andererseits sind auch die Längen l₁ zu l₂ der Längsarme 16, 18 des Stabilisators 10 im gleichen Übersetzungsverhältnis unterschiedlich ausgeführt.
Wie im vorstehendem Ausführungsbeispiel ist zunächst die normale Stabilisatorfunktion gegeben. Bei einer Verstellung der Stabilisatorhälften 12, 16 und 14, 18 in gleicher Drehrichtung, wobei das Eingangselement bzw. Achskegelrad 52 über die Ausgleichskegelräder 64 das Ausgleichsgehäuse 58 und das Achskegelrad 60 entsprechend verstellt, erfolgt wieder der vorbeschriebene Nickausgleich oder die Verstellung der Bodenfreiheit, etc.
Die 3 beschreibt eine weitere Auslegung des Verstellgetriebes bzw. Kegelraddifferenziales 70, wobei gleiche Teile wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Als Eingangselement dient hier das Ausgleichskegelrad 72, das in dem Ausgleichsgehäuse 74 über eine Welle 76 angetrieben ist. Das Zahnrad 78 auf der Welle 76 kämmt mit dem Antriebszahnrad 42 des Elektromotors 44.
Abweichend zu den vorstehenden Ausführungen ist der Elektromotor 44 mit dem Ausgleichsgehäuse 74 starr verbunden und am Aufbau des Kraftfahrzeuges befestigt. Das Ausgleichsgehäuse 74 bildet deshalb Lagerstellen 80, 82 für die Mittelabschnitte 16, 18 des Stabilisators 10. Ferner sind die Ausgangselemente durch die beiden Achskegelräder 71, 73 gebildet, die mit den Mittelabschnitten 16, 18 des Stabilisators 10 drehfest verbunden sind.
Mit dem dargestellten Verstellgetriebe bzw. Kegelraddifferenzial 70 liegt keine normale Stabilisatorfunktion vor, weil die triebliche Verbindung zwischen den beiden Stabilisatorhälften 12, 16 bzw. 14, 18 durch das gebremste Eingangselement bzw. Ausgleichskegelrad 72 unterbrochen ist. Der Stabilisator 10 wirkt deshalb auf eine jede Seite der Radaufhängung getrennt. Es versteht sich, dass die sich ergebende, veränderte Federrate des Stabilisators 10 an die Gesamtfederrate der Radaufhängung anzupassen ist.
Bei einer Verstellbewegung über das Verstellgetriebe bzw. Kegelraddifferenzial 70 kann jedoch ein Wankausgleich gesteuert werden, der z.B. einer Kurvenneigung des Kraftfahrzeuges entgegenwirkt. Dabei können durch entsprechendes Verdrehen des Ausgleichskegelrades 72 die beiden Stabilisatorhälften 12, 16 und 14, 18 gegensinnig zueinander verdreht werden und entsprechende Rückstellmomente ausüben.
Aufgrund des gleichen Abtriebsmomentes am Kegelraddifferenzial 70 können die Längen der Längsarme 12, 14 gleich ausgeführt sein.
Die 4 schließlich zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektromechanischen Verstellung des Stabilisators 10, wobei diese nur soweit beschrieben ist, als sie von der in der 3 beschriebenen abweicht.
Dabei ist das Verstellgetriebe bzw. Kegelraddifferenzial 90 mit dem Elektromotor 44 starr verbunden, jedoch auf den Mittelabschnitten 16, 18 des Stabilisators 10 über Lagerstellen 92, 94 drehbar gelagert.
Des weiteren ist an dem Ausgleichsgehäuse 96 ein Zahnrad 98 angeordnet, das mit einem Antriebszahnrad 100 eines weiteren Elektromotors 102 zusammenwirkt. Der Elektromotor 102 ist an dem Aufbau des Kraftfahrzeuges befestigt.
Damit kann über den ersten Elektromotor 44 und über das erste Eingangselement bzw. Ausgleichskegelrad 72 wie zur 3 beschrieben ein Wankausgleich gesteuert werden.
Zusätzlich kann über den zweiten Elektromotor 102 und über die Zahnräder 100, 94 das Ausgleichsgehäuse 96 verdreht und somit ein Nickausgleich gemäß den Ausführungen zu den 1 und 2 gesteuert werden. Der Elektromotor 44 wird dabei mit dem Ausgleichsgehäuse 96 mitbewegt, so dass ein entsprechender Freiraum für den Elektromotor 44 vorzusehen ist.
Es versteht sich, dass durch die gezeigte Kombination mit zwei Elektromotoren 44, 102 und durch deren getriebetechnische Überlagerungsfunktion bzw. durch die gegebenen Freiheitsgrade auch Funktionen steuerbar sind, bei denen beide Elektromotoren 44, 102 gleichzeitig und gleich- oder gegensinnig arbeiten können. Daraus resultieren vielfache Möglichkeiten zur gezielten Fahrwerksbeeinflussung eines Kraftfahrzeuges wie einem Wankausgleich, Nickausgleich, sportliche und komfortable Auslegung durch Veränderung der Federrate, Veränderung der Bodenfreiheit, etc.
Die Elektromotoren 44 und/oder 102 können dabei über intelligente, elektronische Steuergeräte mit entsprechenden logischen Verknüpfungen abhängig von fahrspezifischen und fahrdynamischen Parametern angesteuert werden; aber auch manuelle Schalter z.B. für Gelände- oder Autobahnbetrieb etc. können vorgesehen sein.

Claims

Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen eines zweiteiligen Stabilisators in Fahrwerken von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit einem Elektromotor und einem als Planetenraddifferenzial ausgebildeten Verstellgetriebe, mit zumindest einem von dem Elektromotor angetriebenen Eingangselement, zwei auf die Stabilisatorhälften wirkenden Ausgangselementen und zumindest zwei die Ausgangselemente trieblich miteinander verbindenden Ausgleichselementen, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsglied ein Planetenradträger (22) vorgesehen ist, dessen axial zueinander beabstandete und miteinander gekoppelte Planetenräder (26, 28) als Ausgleichselemente mit Sonnenrädern (32, 34) als Abtriebselemente kämmen, wobei die Zähnezahlen der Sonnenräder (32, 34) und der Planetenräder (26, 28) zueinander ungleich sind, und dass der Elektromotor (44) am Kraftfahrzeugaufbau befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem U-förmig gestaltetem Stabilisator (10) mit Längsarmen (12, 14) die Länge l der Längsarme (12, 14) im gleichen Verhältnis wie die Getriebeübersetzung unterschiedlich ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (22) zugleich als Gehäuse (24) die Planetenräder (26, 28) und Sonnenräder (32, 34) des Pla netenraddifferenziales (20) umschließt und auf den Stabilisatorhälften (12, 14) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung zum elektromechanischen Verstellen eines zweiteiligen Stabilisators in Fahrwerken von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit einem Elektromotor und einem als Differenzialgetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe, mit zumindest einem von dem Elektromotor angetriebenen Eingangselement, zwei auf die Stabilisatorhälften wirkenden Ausgangselementen und zumindest zwei die Ausgangselemente trieblich miteinander verbindenden Ausgleichselementen, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe als Kegelradgetriebe (50; 70; 90) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement ein erstes Achskegelrad (52) ist, dass das zweite Achskegelrad (60) die eine Stabilisatorhälfte (14) als Ausgangselement antreibt und dass das zweite Ausgangselement das Ausgleichsgehäuse (58) ist, dessen drehbar gelagerte Ausgleichskegelräder (64) mit den Achskegelrädern (52, 60) kämmen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Achskegelrad (52) über eine Hohlwelle (54) auf der mit dem anderen Achskegelrad (60) verbundenen Stabilisatorhälfte (14) und im Ausgleichsgehäuse (58) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangselement (72) ein erstes, im Ausgleichsgehäuse (74) gelagertes Ausgleichskegelrad und als Ausgangselemente die beiden mit den Stabilisatorhälften (12, 14) verbundenen Achskegelräder (71, 73) vorgesehen sind und dass das Ausgleichsgehäuse (74) und der Elektromotor (44) karosseriefest angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (44) und das Eingangselement (72) drehbar mit den Stabilisatorhälften (12, 14) gelagert sind und dass ein karosseriefester zweiter Elektromotor (102) ein zweites Eingangselement (96) des Differenzialgetriebes (90) verstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Eingangselement (72) ein Ausgleichskegelrad im Ausgleichsgehäuse (96) ist, dass die Achskegelräder (71, 73) als Ausgangselemente mit den Stabilisatorhälften (12, 14) trieblich verbunden sind und dass der zweite Elektromotor (102) das Ausgleichsgehäuse (96) als weiteres Eingangselement des Differenzialgetriebes (90) antreibt.