DE19955410B4

DE19955410B4 - Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau

Info

Publication number: DE19955410B4
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: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: DE19955410A1

Abstract

Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau mit einer lasttragenden Feder (2), die an einer oberen Stützstelle am Fahrzeugaufbau (1) und einer unteren Stützstelle an einem Radträger (5) abgestützt ist, sowie mit einem parallel zur Feder (2) wirkenden elektrischen Linearantrieb (6), dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stützstelle (3) der als Schraubenfeder ausgebildeten lasttragenden Feder (2) mittels eines rotatorischen Elektroantriebs (7) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verstellbar an diesem abgestützt ist und dieser rotatorische Elektroantrieb (7) zur Niveauregulierung und Wankstabilisierung des Fahrzeugsaufbaus angesteuert wird, während der eine Dämpfungsfunktion wahrnehmende elektrische Linearantrieb (6) bei höherfrequenten Hubbewegungen des Radträgers (5) aktiviert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei einer derartigen aus der US 5,060,959 A bekannten Vorrichtung 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 Hubbewegungen einzuleiten, er ist aber nur begrenzt fähig, statische Kräfte, die z. B. aufgrund von Eigenbewegungen des Fahrzeugaufbaus herrühren, aufzunehmen. Ein wichtiger Vorteil eines Linearmotors besteht unter anderem darin, dass er die Kraft nicht formschlüssig aufbringt. Er ist somit wesentlich toleranter 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. Aus o. g. Schrift sind integrale Dämpfer mit einem elektrischen Spiral- bzw. Linearmotor bekannt. Ferner sind Kombinationen aus Spiral- mit Linearmotor und Luftfederung bzw. Luftfederung mit Linearmotor und Spindelmotor mit Luftfederung, die jeweils 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 hochfrequenten bzw. schnellen Hubbewegungen nicht realisieren. Lineare Elektromotoren sind, wie schon erläutert, nur begrenzt fähig, statische Kräfte aufzunehmen.
Weiterhin ist in der DE 21 46 723 A eine Schraubenfeder-Anordnung an einem Fahrzeug mit grundsätzlich bekannter Federfußpunkt-Verstellung gezeigt. Mit einer solchen Federfußpunkt-Verstellung erfolgt eine statische Niveauregulierung allein zum Ausgleich von Änderungen der Beladung des Fahrzeugs.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangsgenannten Art zu schaffen, welche eine hohe Reaktionsfähigkeit auf ein breites Spektrum von Einfederungsbewegungen aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei der Erfindung ist in Kombination mit dem zur Feder parallel geschalteten elektrischen Linearantrieb ein rotatorischer Elektroantrieb vorgesehen, mit welchem die obere Stützstelle, an welcher die Feder am Fahrzeugaufbau abgestützt ist, gegenüber 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 unteren 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 Einfederungsbewegungen. Mit Hilfe einer entsprechenden Regelung können die jeweiligen Bewegungsaufgaben auf den elektrischen Linearantrieb und den rotatorischen Elektroantrieb verteilt werden, wobei auch beide Antriebe bzw. Motore gleichzeitig eingesetzt werden können. Durch Regelung der Verteilung der Systemaufgaben 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, welcher 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 Dämpfungseigenschaften, Niveauregulierung und dergleichen erfüllt werden. Außerdem erreicht man erheblich reduzierte Losbrechmomente durch Entfall des Dämpfers.
Anhand der Figuren wird anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:
1 in Form eines schematischen Blockschaltbildes den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel; und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel.
Zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades gegenüber einem Fahrzeugaufbau 1 besitzen die dargestellten Ausführungsbeispiele eine lasttragende Feder 2, die an einer oberen Stützstelle 3 über einen rotatorischen Elektroantrieb 7 am Fahrzeugaufbau abgestützt ist. Ferner ist die lasttragende Feder 2 an einer unteren Stützstelle 4 an einem Radträger 5 abgestützt. Parallel zur Feder 2 wirkt ein elektrischer Linearantrieb 6. Dieser kann beispielsweise in Form eines elektromagnetischen 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 Fahrzeugaufbaus 1 in einer Führung 8, linear entlang eines Verstellweges 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 2 ist hierzu eine Kugelumlaufspindel 10 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel der 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 2 vorgesehen. Die Bremse 12 wirkt auf den Rotor 9. Beim Ausführungsbeispiel der 3 wird durch Selbsthemmung des Trapezgewindetriebs 11 der Rotor und damit die obere Stützstelle 3 in der jeweiligen vertikalen Position festgehalten. Hierdurch ist bei den beiden Ausführungsbeispielen eine Niveauregulierung und Wankstabilisierung über den Gewinde- bzw. Spiraltrieb möglich. Um eine einwandfreie Linearführung der oberen Stützstelle 3 zu erreichen ist eine Verdrehsicherung 16 vorgesehen. Diese kann an einem Fortsatz des starr mit dem Fahrzeugaufbau 1 verbundenen Gehäuse 17 vorgesehen sein.
Während der rotatorische Elektroantrieb 7 als Federfußpunktverstellung 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 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 Rotationsbewegung des Rotors 3 als Linearbewegung mit verdrehsicherer Führung durch die Verdrehsicherung 16 übertragen. Beim Ausführungsbeispiel der 3 ist das Stützelement 13 einstückig ausgebildet mit dem linear verschiebbaren Teil des Trapezgewindetriebs 11. In dieses greift das vom Rotor 9 gedrehte Gegenstück des Trapezgewindetriebs 11 ein. Die lineare Verschiebung des Stützelements 13 wird durch die Verdrehsicherung 16 gewährleistet.
Durch diese Anordnung ist eine hohe Reaktionsfähigkeit aufgrund 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 Elektroantriebs 7 in die Feder 2 eingeleitet.

Claims

Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau mit einer lasttragenden Feder (2), die an einer oberen Stützstelle am Fahrzeugaufbau (1) und einer unteren Stützstelle an einem Radträger (5) abgestützt ist, sowie mit einem parallel zur Feder (2) wirkenden elektrischen Linearantrieb (6), dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stützstelle (3) der als Schraubenfeder ausgebildeten lasttragenden Feder (2) mittels eines rotatorischen Elektroantriebs (7) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verstellbar an diesem abgestützt ist und dieser rotatorische Elektroantrieb (7) zur Niveauregulierung und Wankstabilisierung des Fahrzeugsaufbaus angesteuert wird, während der eine Dämpfungsfunktion wahrnehmende elektrische Linearantrieb (6) bei höherfrequenten Hubbewegungen des Radträgers (5) aktiviert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stützstelle (3) in ihrer jeweiligen Position durch eine am Rotor (9) des rotatorischen Elektroantriebs (7) wirkende Haltekraft am Fahrzeugaufbau (1) fixiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft durch eine am Rotor (9) wirkende Bremse (12) aufgebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft durch die Selbsthemmung des Gewindetriebs (11) aufgebracht wird.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rotatorische Elektroantrieb (7) einen fest mit der oberen Stützstelle (3) verbundenen Gewinde- oder Spiraltrieb (10; 11) antreibt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stützstelle (3) bezüglich des Fahrzeugaufbaus (1) linear geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewinde- oder Spiraltrieb (10; 11) gegenüber dem Fahrzeugaufbau (1) verdrehsicher geführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Linearantrieb (6) auf den Radträger (5) wirkt und mit einem Stützteil (13) an der oberen Stützstelle (3) abgestützt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Linearantrieb (6) und der rotatorische Elektroantrieb (7) eine Baueinheit bilden
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Radbewegung mit Hilfe des elektrischen Linearmotors (6) in Abhängigkeit von einer Preview-Sensorik erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Radbewegungen an der Hinterachse des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den Radbewegungen an der Vorderachse des Fahrzeugs gesteuert werden.