DE19955410A1

DE19955410A1 - Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau

Info

Publication number: DE19955410A1
Application number: DE1999155410
Authority: DE
Inventors: Richard Eiletz; Hans Kocherscheidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: DE19955410B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau 1 mit einer lasttragenden Feder 2, die an einer oberen Stützstelle 3 über einen rotatorischen Elektroantrieb 7 am Fahrzeugaufbau 1 und in einer unteren Stützstelle 4 an einem Radträger 5 abgestützt ist und mit einem parallel zur Feder 2 wirkenden elektrischen Linearantrieb 6, wobei die obere Stützstelle 3 gegenüber dem Fahrzeugaufbau durch den rotatorischen Elektroantrieb 7 verstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[Stand der Technik]

Bei einer derartigen aus der US 5,060,959 bekannten Vorrich tung ist zwischen dem Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeugs und einem Radträger eine lasttragende Feder mit einem parallel dazu wirkenden elektrischen Linearantrieb zur Bildung einer aktiven Federung vorgesehen. Ein derartiger elektrischer Linearantrieb ist zwar in der Lage, sehr schnelle Hubbewegun gen einzuleiten, er ist aber nur begrenzt fähig, statische Kräfte, die z. B. aufgrund von Eigenbewegungen des Fahrzeug aufbaus herrühren, aufzunehmen. Ein wichtiger Vorteil eines Linearmotors besteht unter anderem darin, dass er die Kraft nicht formschlüssig aufbringt. Er ist somit wesentlich tole ranter gegen Fehler in der Steuerung, da er bei höheren Kräften von außen sofort nachgibt und damit wie ein Dämpfer arbeitet.

Zur Realisierung einer aktiven Federung gibt es verschiedene technologische Möglichkeiten. Es sind beispielsweise integra le Dämpfer mit einem elektrischen Spiral- bzw. Linearmotor bekannt (EP 0 363 158 B1). Ferner sind Kombinationen aus Spiral- mit Linearmotor und Luftfederung bzw. Luftfederung mit Linearmotor und Spindelmotor mit Luftfederung, die je weils parallel geschaltet sind, bekannt (DE 42 04 302 A1). Ferner ist die aktive Steuerung der Radbewegung im voraus mit Hilfe einer Preview-Sensorik aus der DE 43 29 161 A1 bekannt. Zur aktiven Steuerung von schnellen Einfederbewegungen ist die Reaktionsfähigkeit hydraulischer Aktuatoren zu gering. Schnelle hydraulische Verstelleinrichtungen bei hohen Kräften sind nur mit realtiv hohem Aufwand herzustellen. Rotatorisch elektrische Verstellantriebe können die erforderlichen hoch frequenten bzw. schnellen Hubbewegungen nicht realisieren.

Lineare Elektromotoren sind, wie schon erläutert, nur be grenzt fähig, statische Kräfte aufzunehmen.

[Aufgabe der Erfindung]

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine hohe Reaktionsfähgkeit auf eine breites Spektrum von Einfederungsbewegungen auf weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Erfindung ist in Kombination mit dem zur Feder paral lel geschalteten elektrischen Linearantrieb ein rotatorischer Elektroantrieb vorgesehen, mit welchem die obere Stützstelle, an welcher die Feder am Fahrzeugaufbau abgestützt ist, gegen über dem Fahrzeugaufbau verstellbar ist und über welchen ferner die Feder am Fahrzeugaufbau abgestützt wird. Zwischen dem Radträger, an welchem die lasttragende Feder sich in einer untere Stützstelle abstützt, und dem Fahrzeugaufbau sind der elektrische Linearantrieb und der rotatorische Elektroantrieb hintereinander geschaltet. Der rotatorische Elektroantrieb dient zur Verstellung der oberen Stützstelle bei niederfrequenten Bewegungen, während der elektrische Linearantrieb neben der Funktion des Dämpfers ferner in der Lage ist, als aktives Stellglied für schnelle Radbewegungen zu dienen. Durch die kombinierte Anwendung des elektrischen Linearantriebs und des rotatorischen Elektroantriebs ergibt sich eine Erweiterung des Spektrums der steuerbaren Einfede rungsbewegungen. Mit Hilfe entsprechender Regelung können die jeweiligen Bewegungsaufgaben auf den elektrischen Linearan trieb und den rotatorischen Elektroantrieb verteilt werden, wobei auch beide Antriebe bzw. Motore gleichzeitig eingesetzt werden können. Durch Regelung der Verteilung der Systemaufga ben kann dem jeweiligen Teilsystem, die gerade am besten zu beherrschende Teilaufgabe zugeordnet werden. Hierdurch ist es auch möglich den energetischen Einsatz zu minimieren, wobei nur eine Energieform für die beiden Antriebe erforderlich ist. In bevorzugter Weise können der Linearantrieb und der rotatorische Antrieb als Einheit hergestellt werden, die mit elektrischer Energie versorgt wird. Ferner läßt sich eine aktive Steuerung der Radbewegungen im voraus mit Hilfe einer Preview-Sensorik erreichen. Z. B. können die Radbewegungen an der Hinterachse in Abhängigkeit von den Radbewegungen an der Vorderachse mit Hilfe des elektrischen Linearantriebs, wel cher als linearer Stellantrieb wirkt, im voraus realisiert werden.

Durch die Vielfalt der Funktionen können im wesentlichen alle Anforderungen, die an eine aktive Federung gestellt werden, wie Wankstabilisierung, variable Federungs- und Dämpfungsei genschaften, Niveauregulierung und dergleichen erfüllt wer den. Außerdem erreicht man erheblich reduzierte Losbrechmo mente durch Entfall des Dämpfers.

[Beispiele]

Anhand der Figuren wird anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in Form eines schematischen Blockschaltbildes den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vor richtung;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel; und

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades gegenüber einem Fahrzeugaufbau 1 besitzen die dargestellten Ausführungsbei spiele eine lasttragende Feder 2, die an einer oberen Stütz stelle 3 über einen rotatorischen Elektroantrieb 7 am Fahr zeugaufbau abgestützt ist. Ferner ist die lasttragende Feder 2 an einer unteren Stützstelle 4 an einem Radträger 5 abge stützt. Parallel zur Feder 2 wirkt ein elektrischer Linearan trieb 6. Dieser kann beispielsweise in Form eines elektroma gnetischen Aktuators vorliegen.

Die obere Stützstelle 3 ist gegenüber dem Fahrzeugaufbau 1 mittels des rotatorischen Elektroantriebs 7 verstellbar. Hierzu ist die obere Stützstelle 3, bezüglich des Fahrzeug aufbaus 1 in einer Führung 8, linear entlang eines Verstell weges V geführt. Der rotatorische Elektroantrieb 7 besitzt Statorpole 14, welche in einem Gehäuse 17 das starr mit dem Fahrzeugaufbau 1 verbunden ist, ortsfest angeordnet sind. Unter Belassung eines Spaltes liegen den auf einem Kreisring angeordneten Statorpolen 14 Rotorpole 15 eines Rotors 9 gegenüber. Bei Aktivierung des rotatorischen Elektroantriebs 7 wird die Drehbewegung des Rotors 9 in eine axiale Bewegung, mittels eines Gewinde- oder Spiraltriebs umgewandelt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist hierzu eine Kugelumlauf spindel 10 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist hierzu ein Trapezgewindetrieb 11 vorgesehen. Um die obere Stützstelle 3 in der jeweils eingestellten Position fixieren zu können, ist eine bevorzugt elektromagnetisch betätigbare Bremse 12 beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vorgesehen. Die Bremse 12 wirkt auf den Rotor 9. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird durch Selbsthemmung des Trapezgewindetriebs 11 der Rotor und damit die obere Stützstelle 3 in der jewei ligen vertikalen Position festgehalten. Hierdurch ist bei den beiden Ausführungsbeispielen eine Niveauregulierung und Wankstabilisierung über den Gewinde- bzw. Spiraltrieb mög lich. Um eine einwandfreie Linearführung der oberen Stütz stelle 3 zu erreichen ist eine Verdrehsicherung 16 vorgese hen. Diese kann an einem Fortsatz des starr mit dem Fahrzeug aufbau 1 verbundenen Gehäuse 17 vorgesehen sein.

Während der rotatorische Elektroantrieb 7 als Federfußpunkt verstellung für niederfrequente Bewegungen dient, wirkt der elektrische Linearantrieb 6, beispielsweise in Form eines elektromagnetischen Akuators über seine Funktion als Dämpfer hinaus als aktives Stellglied für schnelle Radbewegungen, die auf den Radträger 5 an der unteren Stützstelle 4 übertragen werden. Hierbei stützt sich der elektrische Linearantrieb über ein Stützelement 13 an der oberen Stützstelle 3 ab. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Stützelement 13 über die Stützstelle 3 (Federfußpunkt) starr mit einem Eingriffs teil 18 verbunden, das Bestandteil der Kugelumlaufspindel 10 ist und in welches die Kugeln der Kugelumlaufspindel 10 eingreifen. Auf das Eingriffsteil 18 wird die Rotationsbewe gung des Rotors 3 als Linearbewegung mit verdrehsicherer Führung durch die Verdrehsicherung 16 übertragen. Beim Aus führungsbeispiel der Fig. 3 ist das Stützelement 13 einstüc kig ausgebildet mit dem linear verschiebbaren Teil des Tra pezgewindetriebs 11. In dieses greift das vom Rotor 9 ge drehte Gegenstück des Trapezgewindetriebs 11 ein. Die lineare Verschiebung des Stützelements 13 wird durch die Verdrehsi cherung 16 gewährleistet.

Durch diese Anordnung ist eine hohe Reaktionsfähigkeit auf grund der Funktion des elektrischen Linearantriebs 6 bei den Ausführungsbeispielen gewährleistet. Statische Kräfte, welche aufgrund von Eigenbewegungen des Fahrzeugaufbaus 1 herrühren, werden über die Bestandteile des rotatorischen Elektroan triebs 7 in die Feder 2 eingeleitet.

[Bezugszeichenliste]

1

Fahrzeugaufbau

2

lasttragende Feder

3

obere Stützstelle

4

untere Stützstelle

5

Radträger

6

elektrischer Linearmotor

7

rotatorischer Elektroantrieb

8

Führung

9

Rotor

10

Kugelumlaufspindel

11

Trapezgewindetrieb

12

Bremse

13

Stützelement

14

Statorpol

15

Rotorpol

16

Verdrehsicherung

17

Motorgehäuse

18

Eingriffsteil

Claims

1. Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau mit einer lasttragenden Feder, die an einer oberen Stützstelle am Fahrzeugaufbau und ei ner unteren Stützstelle an einem Radträger abgestützt ist, und mit einem parallel zur Feder wirkenden elektri schen Linearantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die obe re Stützstelle (3) mittels eines rotatorischen Elektroan triebs (7) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verstellbar und am Fahrzeugaufbau (1) abgestützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Stützstelle (3) bezüglich des Fahrzeugaufbaus (1) linear geführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der rotatorische Elektroantrieb (7) bei nieder frequenten Hubbewegungen des Radträgers (5) und der elek trische Linearmotor (6) bei höherfrequenten Hubbewegungen des Radträgers (5) aktiviert sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Linearmotor (6) fer ner Dämpfungsfunktion hat.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rotatorische Elektroantrieb (7) einen fest mit der oberen Stützstelle (3) verbundenen Ge winde- oder Spiraltrieb (10; 11) antreibt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Stützstelle (3) in ihrer jeweiligen Position durch eine am Rotor (9) des rotatori schen Elektroantriebs (7) wirkende Haltekraft am Fahr zeugaufbau (1) fixiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekraft durch eine am Rotor (9) wirkende Bremse (12) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekraft durch Selbsthemmung des Gewindetriebs (11) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewinde- oder Spiraltrieb (10; 11) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verdrehsicher ge führt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Linearantrieb (6) auf den Radträger (5) wirkt und mit einem Stützteil (13) an der oberen Stützstelle (3) abgestützt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Linearmotor (6) und der rotatorische Elektroantrieb (7) eine Baueinheit bil den.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Radbewegung mit Hilfe des elektrischen Linearmotors (6) in Abhängigkeit von einer Preview-Sensorik erfolgt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Radbewegungen an der Hinterachse des Fahrzeugs in Ab hängigkeit von den Radbewegungen an der Vorderachse des Fahrzeugs gesteuert sind.