DE19700567A1

DE19700567A1 - Aktiv Vierrad Antieinfederung-Diagonalkarosseriestabilisation-Niveaudifferenzkorrekturregel System (AVAS) zur dynamischen Fahrzeugstabilitätserzeugung

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Publication number: DE19700567A1
Application number: DE1997100567
Authority: DE
Original assignee: AUER ANATOL VON
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Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1998-08-27

Description

Es ist bekannt, daß die Fahrzeugstabilität nach Karosseriestabi lität und Fahrstabilität betrachtet wird. Karosseriestabilität kann man unter dem Aspekt der Längsrichtung (Wippstabilität) der Querrichtung (Rollstabilität) und Höhenrichtung (Hubbewegung) betrachten.

Fig. 6 Fahrzeug- bzw. Karosseriebewegungen und ihre Bezeichnung.

Es ist bekannt, daß für die Fahrzeugdynamik die Gleichge wichtsproblematik von maßgebender Bedeutung ist und im höchsten Maße die Stabilität des Fahrzeuges bestimmt.

Es ist bekannt, daß die Kursstabilität in Gefahr ist, wenn der Effekt aus vermehrtem Einfluß der Masseverteilung eines Fahrzeugs auftritt.

Es ist bekannt, daß im Bestreben der aktiven Sicherheit - um eine maximale Beibehaltung der Kursstabilität und Steuerbarkeit zu erreichen - ein Regelsystem erforderlich ist, das in schwierigen Situationen dem labilen Gleichgewicht (labiles Gleichgewicht = Schwerpunkt fällt und kehrt nicht in seine alte Position zurück) höchste Kursstabilität sichert, und ein indifferentes Gleichgewicht herstellt (indifferentes Gleichgewicht = unempfind lich gegenüber der Störung).

Es ist bekannt, daß im fahrenden Fahrzeug mit Schraubenfederung das in der andauernden Rückkopplungsaktion wirkende Regelsy stem zur dynamischen Gleichgewichtswiederherstellung am meisten als Gegenkräfte die Gegenfederung der Schraubenfederung/Dämpfung und die eingebaute Fahrzeugsteifheit wirken.

Dabei ist allerdings nötig, Karosserieeinfederung mit passiver Aktion des Schraubenfederungsregelsystems mit mangelnder Sy stemeffizienz zu erdulden.

Fig. 8a, Ineffizienz der Schraubenfederung, Zeichnung des Rollmo ments ohne AVAS und Foto DB S Klasse in Kurvenfahrt.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Pro blem zugrunde, jedem beliebigen Schraubenfederungssystem im dy namischen Fahrzeugverhalten die dynamische Fahrzeugstabilität zu erzeugen und zu optimieren.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale (durch das Wirken zwischen Karosserie und Schrauben feder mit hydraulischem Regelsystem AVAS, das für sich komplett hergestellt ist und das das Ungleichgewicht der dynamischen Fahrzeuginstabilität in sein jeweils bestimmtes dynamisches Gleichgewicht zurückbringt und beibehält), gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß anstatt einer dynamischen Fahrzeuginstabilität durch den Schraubenfederung-Fahrwerks-Konstruktions-Kompromiß die dynamische Fahrzeugstabilität effektiv dadurch erzeugt wird, indem dem passiven Schraubenfederungsregelsystem eine Aktionskraft F durch AVAS beigefügt wird. AVAS ergänzt vorteilhaft jedes Schraubenfederungsfahrzeug, ohne weder Karosserie noch Fahrwerks neukonstruktion zu verändern sondern bedarf lediglich der Montage des Regelsystems. Ist also für jede Schraubenfederung anwendbar und somit eine radikale Verbesserung der konventionellen Schrau benfederung. AVAS als aktives dynamisches Regelsystem be läßt jede Schraubenfederung/Dämpfung in seiner Funktion oder er laubt Steifheitsreduzierung und stattet zusätzlich die Schrauben federung/Dämpfung mit der Eigenschaft der aktiven Karosseriesta bilisierung und beliebiger Niveauregulierung aus.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen auch darin, daß AVAS konkurrenzlose aktive Sicherheit und Komfort erzeugt, weil in voller Funktion entsteht die dynamische Fahrzeugstabilität, auf der Schraubenfederungsbasis mit geringstem Aufwand, denn AVAS unterstützt die Schraubenfederung und erzeugt nur die fehlende Differentialkraft in der Gegenfederungsleistung zur maxima len Fahrzeugstabilität; im Fall des Systemausfalls ist die Fahr zeugsnutzung uneingeschränkt, dagegen führt derselbe Systemaus fall im hydraulischen Federungsfahrwerkssystem zu erheblichen Einschränkungen der Fahrzeugsnutzung, und gegenüber einer futuri stischen Fiktion, bzw. Zukunftslösung (in Form eines voll aktiven Fahrwerksystems, mit extremen Energiebedarf, mit Laser strahlenabtastung der Fahrbahn, Mikroprozessor-Steuerung der Hy draulik, so daß der Aufbau die Räder über die Fahrbahnunebenhei ten hinweg hebt) in dem Vorteil, daß bei vollstem Fahrwerk system-Ausfall nur die Notnutzung des Fahrzeugs übrigbleibt. AVAS mit Schraubenfederung ist ein universelles Regelsystem.

Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentan spruch 1 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 er möglicht AVAS, die jeweils für eine bestimmte Positionierung und Ausführung des Haupthydraulikzylinders und Schraubenfeder er weiternde Konstruktion zusammenbauen zu können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dar gestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Hauptzeichnung zur AVAS Wirkungsweise,

Fig. 2 Zeichnung des Haupthydraulikzylinders rund um die Schrau benfeder,

Fig. 3 Zeichnung des Haupthydraulikzylinders rund um Feder und Dämpfer,

Fig. 4 AVAS im Vorderrad DB 190 Schraubenfederung,

Fig. 5 AVAS im Hinterrad DB 190 Schraubenfederung,

Fig. 6 Karosseriebewegungen,

Fig. 7a Zeichnung des Wippmoments ohne AVAS,

Fig. 7b Zeichnung des Wippmoments mit AVAS,

Fig. 8a Zeichnung des Rollmoments ohne AVAS und Foto DB S Klasse während Kurvenfahrt,

Fig. 8b Zeichnung des Rollmoments mit AVAS und Foto DB S Klasse während Kurvenfahrt,

Fig. 9a Zeichnung der Niveauregulierung ohne AVAS,

Fig. 9b Zeichnung der Niveauregulierung mit AVAS,

Fig. 10a Belastungsabhängige Karosserieeinfederung ohne AVAS,

Fig. 10b Belastungsabhängige Niveauregulierung durch AVAS,

Fig. 11a Kurvenfahrt/Karosserieeinfederung ohne AVAS und Foto DB S Klasse,

Fig. 11b Kurvenfahrt mit AVAS und Foto DB S Klasse,

Fig. 12a Karosserieeinfederung beim Bremsen ohne AVAS,

Fig. 12b Karosserieeinfederung beim Bremsen mit AVAS,

Fig. 13 AVAS Übersicht,

Fig. 14a/14b AVAS im BMW 7er Serie.

Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und auch nach Wirkungsweise der dargestellten Erfin dung.

Fahrendes Fahrzeug unterliegt ständigem Wechsel der Belastung. Diese Bewegungen und Kräfte (Federungskräfte und Dämpfungs kräfte) treten in zahlreichen Größen, Richtungen und Ebenen auf.

Karosseriebewegungen, die von AVAS indifferent im Gleichgewicht gehalten werden.

Fig. 6, Karosseriebewegungen.

Fahrendes Fahrzeug mit Schraubenfederung dann betrachtet werden als komplexes Schwingungssystem. Für die Stabilitäts-Einhaltung des Fahrzeugs bemüht sich ein Regelsystem. Dieses Regelsystem ar beitet mit einer Rückkoppelungsgeschwindigkeit.

Für die maximale dynamische Fahrzeugstabilitätserzeugung eines Schraubenfederungsfahrzeuges ist es notwendig ein indifferentes Gleichgewicht zu erzeugen und zu halten, indem dem Regelsystem die nötige Differenz-Rückstellkräfte zugefügt werden.

Fahrzeugstabilität wird als Karosseriestabilität und Fahrt stabilität betrachtet. Karosseriestabilität teilt sich auf:

a) Wippstabilität - Längsrichtung,
b) Rollstabilität - Querrichtung,
c) Höhenstabilität - Hubrichtung.

Fig. 7a, Zeichnung des Wippmoments ohne AVAS. Das Wippmoment wird durch die Federn aufgefangen.

Fig. 7b, Zeichnung des Wippmoments mit AVAS. Das Wippmoment wird durch die Federn aufgefangen und AVAS sorgt analog für indiffe rentes Karosserie-Gleichgewicht.

Fig. 8a, Zeichnung des Rollmoments ohne AVAS. Das Rollmoment (drehen in der Federung) wird von Federn aufgenommen.

Fig. 8b, Zeichnung des Rollmoments mit AVAS. Das Rollmoment (drehen in der Federung) wird von Federn aufgenommen und AVAS sorgt analog für indifferentes Karosserie-Gleichgewicht.

Fig. 9a, Zeichnung der Niveauregulierung ohne AVAS. Belastungs abhängige Hubbewegung, Steigen und Sinken wird durch die Federn aufgefangen.

Fig. 9b, Zeichnung der Niveauregulierung mit AVAS. Belastungs abhängige Hubbewegung, Steigen und Sinken wird durch die Federn aufgefangen und AVAS sorgt analog für indifferentes Karosserie- Gleichgewicht.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist das Zufügen der Rückstell kräfte dem Karosseriestabilitätsystem. Das Rollmoment, das Wipp moment, die Hubbewegung rufen Reaktionskräfte in der Federung hervor. Das gegenwirkende Moment der Federn wird mit Differential- Rückstellkräften adäquat jede einzelne von den Karosserie einfederungen zu gegenwirkenden Reaktionskräften analog ergänzt.

Fig. 1, Hauptzeichnung zur AVAS Wirkungsweise. Mikroprozessor verarbeitet Informationen von Sensoren, vergleicht mit gespei cherten Grenzwerten und steuert die Ventile an. AVAS sorgt analog für indifferentes Karosserie-Gleichgewicht.

Kurvenfahrt

Fig. 1a, Kurvenfahrt/Karosserieeinfederung ohne AVAS und Foto DB S Klasse. Beim Fahren durch eine Kurve, bei Seitenwind oder über eine Fahrbahn mit Schrägneigung tritt die Rollbewegung des Aufbaus, also unterschiedliche Radbelastung auf. Eine starke Ge wichtsverlagerung zu einem Rad der Achse hin verursacht Gegen federung.

Fig. 11b, Kurvenfahrt mit AVAS und Foto DB S Klasse. AVAS gleicht die Karosserieeinfederung aus. Die Ventile werden analog angesteuert. AVAS sorgt für indifferentes Karosserie-Gleichgewicht. AVAS erzeugt Rollstabilität, Wippstabilität und Höhenstabilität.

Bremsen und Beschleunigungen

Fig. 12a, Karosserieeinfederung beim Bremsen ohne AVAS. Beim Brem sen oder Beschleunigen treten die Wippbewegung, die Rollbewegung oder Hubbewegung des Aufbaus, also unterschiedliche Radbelastun gen auf. Eine starke Gewichtsverlagerung zu einem Rad der Achse hin oder von Achse zu Achse verursacht Gegenfederung.

Fig. 12b, Karosserieeinfederung beim Bremsen mit AVAS. Beim Brem sen oder Beschleunigen wird das Karosserieeinfedern durch AVAS gegen Wippbewegung, Rollbewegung oder Hubbewegung kompensiert. AVAS erzeugt Wippstabilität, Rollstabilität und Höhenstabilität. AVAS erhöht die Fahrstabilität bei extremer Fahrweise.

Belastungsabhängige Anpassung - Niveauregulierung

Fig. 10a, Belastungsabhängige Karosserieeinfederung ohne AVAS. Bei der Belastung entsteht Einfederung des Aufbaus, also unter schiedliche Radbelastung tritt auf. Eine starke Gewichts verlagerung zu einem Rad der Achse hin oder von Achse zu Achse verursachen Gegenfederung.

Fig. 10b, Belastungsabhängige Niveauregulierung durch AVAS. Unter Belastung entstandene Karosserieeinfederung wird durch AVAS kom pensiert, während der Fahrt ständig analog geregelt. AVAS erzeugt Höhenstabilität, Wippstabilität und Rollstabilität.

Aktiv Vierrad Antieinfederung-Diagonalkarosseriestabilisation-Ni veaudifferenzkorrekturregel-System (AVAS), ist ein aktives, dyna misches, der Karosserie indifferentes Gleichgewichtsregel system, stabilisierendes, wechselndes, asymmetrisches und diagona les Einfedern, dazu noch niveauregulierend bei symmetrischem Ein federn unter statischen Belastungen, also Fahrzeugstabilität er zeugend mit AVAS doppelt wirkendem Hydraulikkolben, d. h.:
aktiv, weil die zusätzliche Rückstellkraft F vom AVAS zeugt wird, also nicht nur von Federn und Dämpfer abhängig ist und nach Belieben variiert werden kann,
dynamisch, weil während der Fahrt,
indifferentes Gleichgewicht, weil unempfindlich gegenüber der Störung,
Regelsystem, weil ein System mit Rückkopplung,
doppelwirkende Hydraulikringkolben, weil der Druck über und unter dem Ringkolben angesteuert wird, damit der Aufbau in gewün schter Höhe bleibt,
Stabilisierend wechselndes Einfedern, weil Verkürzung der Feder an einer Achsenseite und Verlängerung an der anderen Seite durch doppelwirkenden Hydraulikringkolben des AVAS ausgeglichen wird,
stabilisierendes asymmetrisches und diagonales Einfedern, weil Verkürzung der Feder an einer Vorder-Achsenseite und Ver längerung an der diagonalen anderen Seite der Hinterachse (bei Kurvenfahrt) durch doppelwirkende Hydraulikringkolben des AVAS ausgeglichen wird,
Niveauregulierend bei symmetrischem Einfedern, weil unter Be lastung entstehende Hubbewegung des Aufbaus durch doppelt wirkende Hydraulikringkolben des AVAS ausgeglichen wird.

Die AVAS Ausführungen rund um Schraubenfeder und Feder/Dämpfer:

Fig. 2, Zeichnung des Haupthydraulikzylinders des AVAS rund um Schraubenfeder.

Fig. 3, Zeichnung des Haupthydraulikzylinders des AVAS rund um Feder/Dämpfer.

Das AVAS als Ausführungsbeispiel - Anbau im DB 190:

Fig. 4, AVAS im Vorderrad DB 190 Schraubenfederung.

Fig. 5, AVAS im Hinterrad DB 190 Schraubenfederung.

Das AVAS als Ausführungsbeispiel - Aufbau im BMW 7er Serie:

Fig. 14a, BMW 7er Serie Hinterrad Feder-Dämpfereinheit mit AVAS.

Fig. 14b, BMW 7er Serie Mac Pherson-Federbein mit AVAS.

Bezugszeichenliste

AVAS besteht aus:

1

Doppelwirkende Hydraulikzylinder jeder einzelnen Schrau benfeder (

Fig.

2), oder Schraubenfeder/Dämpfer (

Fig.

3)

2

Hochdruck-Hydraulik (bis zu 10 MPa) mit Druckregelung, Ölpumpe und Leitungen (

Fig.

13)

3

Steuerventile mit Schaltfrequenz bis zu 100 Hertz (

Fig.

13)

4

Sensoren (

Fig.

13): Beschleunigungssensoren

4

a Einfederwegsensor jeder Schraubenfeder, Gasventil-Potentio meter als Höhensensor, analog funktionierend, für Schraubenfedereinfederung jede Feder, bzw. Karosserie einfederungshöhe, liefert Meßsignale an den Mikroprozes sor (

Fig.

2 und

Fig.

3)

4

b Lenkwinkelsensor zum Messen des Einlenkungswinkels, ein optoelektronischer Sensor, liefert Meßsignale an den Mikroprozessor (

Fig.

13)

4

c Bremsdruckschalter-Sensor des Verzögerungssignals des Bremsvorganges, liefert Meßsignal an den Mikroprozessor (

Fig.

13)

4

d Geschwindigkeitsgeber liefert Meßsignal an den Mikro prozessor (

Fig.

13)

4

e Giergeschwindigkeits-Sensor, liefert Meßsignal an den Mikroprozessor (

Fig.

13)

4

f Querbeschleunigungs-Sensor, liefert Meßsignal an den Mikroprozessor (

Fig.

13)

5

Mikroprozessor, für die Verarbeitung der von den Sensoren gelieferten Signale, für die Berechnung der erforderlichen Werte aus diesen Signalen, für das Vergleichen der berech neten Werten mit den gespeicherten Werten und für das Bestimmen der geeigneten Einstellung der Aufbauhöhe, ge eigneten Einstellung der Steuer-Ventile den Hydraulik zylindern (

Fig.

13). Mikroprozessor mit Selbstdiagnose system und Störungsspeicher.

6

Tank für Hydrauliköl (

Fig.

13)

7

Druckspeicher für Hydrauliköl (

Fig.

13)

Claims

1. Aktiv Vierrad Antieinfederung-Diagonalkarosseriestabilisation- Niveaudifferenzkorrekturregel-System (AVAS) mit vorgegebener Wirkung zur dynamischen Fahrzeugstabilität und aktiver Sicher heitserzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß jede beliebige Fahrzeugschraubenfederung unverwechselbar mit dem hydraulischen System AVAS versehen ist, wirkend zwischen Karosserie und oberhalb des Schraubenfedertellers, der für sich hergestellt ist und der das Ungleichgewicht der dyna mischen Fahrzeuginstabilität in sein jeweils bestimmtes dyna misches Gleichgewicht zurückbringt und beibehält trotz wirken der innerer Störkraft (Fahrer) und äußerer Störkräfte (Kurve, Unebenheit, Windstoß, Beschleunigung, Bremsen, Beladung).
Fig. 2 Schraubenfeder mit AVAS.

2. AVAS nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede beliebige Fahrzeugschraubenfederung mit Federbein un verwechselbar ergänzend - mit hydraulischem System AVAS verse hen ist-, zwischen Karosserie und oberen Lagerung eines Feder beines wirkend, das für sich hergestellt ist und das Ungleich gewicht der dynamischen Fahrzeuginstabilität in sein je weils bestimmtes dynamisches Gleichgewicht zurückbringt und trotz innerer und äußerer Störkräfte beibehält.
Fig. 3 Federbein mit AVAS.