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Die Erfindung betrifft ein Dämpfungssystem eines aktiven Fahrwerks für ein Rad eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug.
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DE 10 2017 117 658 B4 und
DE 10 2019 115 492 B4 offenbaren jeweils ein Dämpfungssystem eines aktiven Fahrwerks für ein Rad eines Kraftfahrzeugs, welches einen Dämpfer, eine von einem Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpe, ein Hydraulikreservoir sowie mehrere Ventile aufweist. Der Dämpfer ist von einem doppelt-wirkenden Hydraulikzylinder und einem in demselben hin und her bewegbaren Kolben gebildet. Die Hydraulikpumpe ist über Hydraulikleitungen mit Hydraulikkammern des Hydraulikkolbens gekoppelt, wobei abhängig von der Förderrichtung der Hydraulikpumpe eine Bewegung des Kolbens in einer ersten Betätigungsrichtung oder in einer zweiten Betätigungsrichtung bereitstellbar ist. Bei den Ventilen handelt es sich um Rückschlagventile sowie um Dämpfungsventile.
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Ein solches Dämpfungssystem eines aktiven Fahrwerks ist während der Fahrt hochdynamischen Belastungen ausgesetzt. Dasselbe soll dabei sowohl über gute dynamische Eigenschaften im Sinne der Bereitstellung eines hohen Kraftgradienten sowie über gute akustische Eigenschaften im Sinne einer geringen Geräuschentwicklung verfügen.
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Aus der Praxis bekannte Dämpfungssysteme halten hierzu ein ausreichend großes Hydraulikreservoir bereit. Dies ist jedoch aus Gewichtsgründen und Bauraumgründen von Nachteil.
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US 2018 / 0 297 432 A1 offenbart ein aktives Aufhängungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit hydraulischen Aktuatoren, die jeweils ein Ausdehnungsvolumen und ein Kompressionsvolumen aufweisen, und mit hydraulischen Motoren bzw./Pumpen, die in Fluidverbindung mit den Ausdehnungsvolumen und Kompressionsvolumen stehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dämpfungssystem eines aktiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs für ein Rad des Kraftfahrzeugs zu schaffen, welches bei geringem Gewicht und Bauraumbedarf sowohl über gute dynamische Eigenschaften im Sinne der Bereitstellung eines hohen Kraftgradienten als auch gute akustische Eigenschaften im Sinne einer geringen Geräuschentwicklung verfügt. Ferner soll ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Dämpfungssystem bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Dämpfungssystem gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Dämpfungssystem weist einen Dämpfer auf, der einen doppelt-wirkenden Hydraulikzylinder und einen Kolben aufweist, wobei der Dämpfer mit einem Radaufhängungssystem für das Rad koppelbar ist.
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Das erfindungsgemäße Dämpfungssystem weist ferner eine Hydraulikpumpe und eine ein Hydraulikreservoir und Ventile aufweisende Hydraulikeinheit auf. Die Hydraulikeinheit ist vorzugsweise am Dämpfer verbaut oder in den Dämpfer integriert.
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Die Hydraulikpumpe und die Hydraulikeinheit wirken mit Hydraulikkammern des Hydraulikzylinders derart zusammen, dass abhängig von der Förderrichtung der Hydraulikpumpe eine Bewegung des Kolbens in einer ersten Betätigungsrichtung oder in einer zweiten Betätigungsrichtung bereitstellbar ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Dämpfungssystem sind die Hydraulikpumpe und der Dämpfer über die Hydraulikeinheit und ein Rohr-Schlauch-System aus Rohren und Schläuchen verbunden. Vorzugsweise ist die Hydraulikpumpe mit der am Dämpfer verbauten Hydraulikeinheit über das Rohr-Schlauch-System derart verbunden, dass sich ausgehend von der Hydraulikpumpe zunächst die Rohre und anschließend die Schläuche des Rohr-Schlauch-Systems in Richtung auf die Hydraulikeinheit und den Hydraulikzylinder erstrecken.
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Der Hydraulikzylinder des Dämpfers und das Rohr-Schlauch-System des Dämpfungssystems sowie ein in dem Dämpfungssystem genutztes Hydrauliköl weisen zusammen eine hydraulische Kapazität zwischen 9 ml/100 bar und 14 ml/100bar auf.
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Durch die obige Merkmalskombination können bei geringem Gewicht und Bauraumbedarf sowohl gute dynamische Eigenschaften als auch gute akustische Eigenschaften für das Dämpfungssystem des aktiven Fahrwerks bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise weisen der Hydraulikzylinder des Dämpfers und das Rohr-Schlauch-System des Dämpfungssystems sowie das im Dämpfungssystem genutzte Hydrauliköl in der ersten Betätigungsrichtung des Kolbens, insbesondere in Zugrichtung, zusammen eine hydraulische Kapazität zwischen 10 ml/100bar und 14 ml/100bar, bevorzugt zwischen 11 ml/100bar und 13 ml/100bar, besonders bevorzugt zwischen 11,5 ml/100bar und 12,5 ml/100bar, und in der in der zweiten Betätigungsrichtung des Kolbens, insbesondere in Druckrichtung, eine hydraulische Kapazität zwischen 9 ml/100bar und 12 ml/100bar, bevorzugt zwischen 10,5 ml1/100bar und 11,5 ml/100bar, besonders bevorzugt zwischen 10 ml/100bar und 11 ml/100 bar, auf. Diese hydraulischen Kapazitäten in Zugrichtung und Druckrichtung des Dämpfers sind besonders bevorzugt, um bei geringem Gewicht und geringem Bauraumbedarf gute dynamische und akustische Eigenschaften bereitzustellen.
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Vorzugsweise beträgt in der ersten Betätigungsrichtung, insbesondere in Zugrichtung, des Kolbens die hydraulische Kapazität des Hydraulikzylinders des Dämpfers zwischen 3,5 ml/100bar und 4,5 ml/100bar und in der zweiten Betätigungsrichtung, insbesondere in Druckrichtung, des Kolbens zwischen 2 ml/100bar und 3 ml/100bar.
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Die hydraulische Kapazität des Hydrauliköls beträgt in einem luftfreien Zustand vorzugsweise zwischen 1,6 ml/100bar und 1,9 ml/100bar und in einem lufthaltigen Zustand vorzugsweise zwischen 2,2 ml/100bar und 2,7 ml/100bar.
Die hydraulische Kapazität der der Schläuche des Rohr-Schlauch-Systems beträgt zwischen 5,1 und 5,5 ml/100bar bei 0,33 m Schlauchlänge.
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Diese hydraulischen Kapazitäten der Einzelkomponenten des Dämpfungssystems sind besonders bevorzugt, um bei geringem Gewicht und geringem Bauraumbedarf gute dynamische und akustische Eigenschaften des Dämpfungssystems zu gewährleisten.
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Die hydraulische Kapazität der Rohre des Rohr-Schlauch-Systems ist vernachlässigbar gering. Auch die hydraulische Kapazität von Rohrleitungen der Hydraulikeinheit ist vernachlässigbar gering. Die hydraulische Kapazität des Hydraulikreservoirs der Hydraulikeinheit ist für die Bereitstellung guter dynamischer und akustischer Eigenschaften des Dämpfungssystems ohne Bedeutung, da das Hydraulikreservoir immer mit der Hydraulikkammer des Hydraulikzylinders des Dämpfers zusammenwirkt, in welcher der im Vergleich zu anderen Hydraulikkammer geringere Druck herrscht, aus welcher also Hydrauliköl abzuführen ist. Die hydraulische Kapazität des Hydraulikreservoirs dient lediglich dazu, einen Vorspanndruck des Dämpfungssystems in gewünschten Grenzen bereitzustellen.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematisierte Darstellung eines Dämpfungssystems eines aktiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs für ein Rad des Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt stark schematisiert ein erfindungsgemäßes Dämpfungssystem 10 eines aktiven Fahrwerks für ein Rad eines Kraftfahrzeugs.
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Das Dämpfungssystem 10 verfügt über einen Dämpfer 11, welcher an ein nichtgezeigtes Radaufhängungssystem für das nicht-gezeigte Rad koppelbar ist. Der Dämpfer 11 ist von einem doppelt-wirkenden Hydraulikzylinder 12 und einem Kolben 13 gebildet, wobei der Kolben 13 im Hydraulikzylinder 12 hin und her bewegbar ist, und zwar in 1 nach oben und unten.
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Der als doppelt-wirkender Hydraulikzylinder ausgebildete Hydraulikzylinder 12 verfügt zu jeder Seite des Kolbens 13 über eine Hydraulikkammer 14, 15. Abhängig davon, welchen der beiden Hydraulikkammern 14, 15 Hydrauliköl zugeführt wird und von welcher der beiden Hydraulikkammern 15, 14 Hydrauliköl abgeführt wird, kann der Kolben 13 entweder in einer ersten Betätigungsrichtung oder in einer entgegengesetzten zweiten Betätigungsrichtung verlagert werden. Nachfolgend sei davon ausgegangen, dass es sich bei der ersten Betätigungsrichtung des Kolbens 13 um eine Betätigung in Zugrichtung und bei der zweiten Betätigungsrichtung des Kolbens 13 um eine Betätigung in Druckrichtung handelt.
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Das Dämpfungssystem 10 verfügt weiterhin über eine Hydraulikpumpe 16, die von einem Elektromotor 17 aus antreibbar ist. Hydraulikpumpe 16 und Elektromotor 17 bilden eine Pumpen-Motor-Einheit 18. Bei der Hydraulikpumpe 16 handelt es sich um eine Reversierpumpe, die zur Bereitstellung unterschiedlicher Förderrichtungen in unterschiedlichen Drehrichtungen angetrieben werden kann.
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Das Dämpfungssystem 10 der 1 verfügt weiterhin über eine Hydraulikeinheit 19, die ein Hydraulikreservoir 20 sowie Ventile 21, 22, 23, 24 aufweist. Bei den Ventilen 21, 22 handelt es sich um Rückschlagventile und bei den Ventilen 23, 24 um Dämpfungsventile. Das Hydraulikreservoir 20 greift jeweils zwischen den Rückschlagventilen 21, 22 und zwischen den Dämpfungsventilen 23, 24 an Rohrleitungen der Hydraulikeinheit 19 an, die mit den Hydraulikkammern 14, 15 des Hydraulikzylinders 12 gekoppelt sind.
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Abhängig von der Förderrichtung der Hydraulikpumpe 16 und vorzugsweise auch abhängig von der Stellung der Ventile 21, 22, 23, 24 der Hydraulikeinheit 19 wird zur Verlagerung des Kolbens 13 in der ersten Bewegungsrichtung, also in Zugrichtung, der Hydraulikkammer 14 Öl zugeführt und von der Hydraulikkammer 15 Öl abgeführt, oder zur Bereitstellung einer zweiten Bewegungsrichtung des Kolbens 13 in der zweiten Bewegungsrichtung, also in Druckrichtung, der Hydraulikkammer 15 Öl zugeführt und von der Hydraulikkammer 14 Öl abgeführt.
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Die Hydraulikpumpe 16 der Pumpen-Motor-Einheit 18 ist mit der das Hydraulikreservoir 20 und die Ventile 21, 22, 23, 24 umfassenden Hydraulikeinheit 19, die vorzugsweise als Einheit am Dämpfer 11 bzw. am Hydraulikzylinder 12 verbaut oder in denselben integriert ist, über ein Rohr-Schlauch-System 25 verbunden.
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So erstrecken sich im bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgehend von der Hydraulikpumpe 16 zunächst Rohre 26, 27 und anschließend Schläuche 28, 29 in Richtung auf die Hydraulikeinheit 19 und damit in Richtung auf den Hydraulikzylinder 12. Aneinandergrenzende Rohre und Schläuche sind über Kupplungseinrichtungen 30, 31 miteinander verbunden.
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Die Hydraulikpumpe 16 ist über jeweils ein Rohr 26, 27 und jeweils einen Schlauch 28, 29 mit jeweiligen Anschlüssen der Hydraulikeinheit 19 für die Hydraulikpumpe 16 und über die Hydraulikeinheit 19, nämlich Rohrleitungen der Hydraulikeinheit 19, mit jeweils einer der beiden Hydraulikkammern 13, 14 des Hydraulikzylinders 12 gekoppelt.
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Der Hydraulikzylinder 12 des Dämpfers 11 und das Rohr-Schlauch-System 25 des Dämpfungssystems 10 und das im Dämpfungssystem 10 genutzte Hydrauliköl weisen zusammen eine hydraulische Kapazität zwischen 9 ml/100 bar und 14 ml/100 bar auf.
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Mit einer hydraulischen Kapazität zwischen 9 ml/100 bar und 14 ml/100 bar, die vor allem durch Verwendung des Rohr-Schlauch-Systems 25 vorteilhaft bereitgestellt werden kann, können bei geringem Gewicht und geringem Bauraumbedarf sowohl gute dynamische Eigenschaften als auch gute akustische Eigenschaften des Dämpfungssystems 10 bereitgestellt werden. In diesem Fall kann dann ein hoher Kraftgradient zur Bereitstellung guter dynamischer Eigenschaften gewährleistet werden, andererseits neigt das Dämpfungssystem 10 zu einer geringen Geräuschentwicklung, wodurch gute akustische Eigenschaften bereitgestellt werden können.
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Der Hydraulikzylinder 12 des Dämpfers 11 und das Rohr-Schlauch-System 25 des Dämpfungssystems 10 und das im Dämpfungssystem 10 genutzte Hydrauliköl weisen in der ersten Betätigungsrichtung des Kolbens 13, insbesondere in Zugrichtung, zusammen eine hydraulische Kapazität zwischen 10 ml/100 bar und 14 ml/100 bar, bevorzugt zwischen 11 ml/100 bar und 13 ml/100 bar, besonders bevorzugt zwischen 11,5 ml/100 bar und 12,5 ml/100 bar auf. In der zweiten Betätigungsrichtung des Kolbens 13, insbesondere in Druckrichtung, weisen der Hydraulikzylinder 12 des Dämpfers 11 und das Rohr-Schlauch-System 25 des Dämpfungssystems 10 und das im Dämpfungssystem 10 genutzte Hydrauliköl eine hydraulische Kapazität zwischen 9 ml/100 bar und 12 ml/100 bar, bevorzugt zwischen 10,5 und 11,5 ml/100 bar, besonders bevorzugt zwischen 10 ml/100 bar und 11 ml/100 bar auf. In ersten Betätigungsrichtung des Kolbens 13, insbesondere in Zugrichtung, beträgt die obige hydraulische Kapazität insbesondere 12,0 ml/100 bar und in der zweiten Betätigungsrichtung des Kolbens 13, insbesondere in Druckrichtung, insbesondere 10,5 ml/100 bar.
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Die obigen hydraulischen Kapazitäten sind von der hydraulischen Kapazität des Hydraulikzylinders 12 des Dämpfers 11, von der hydraulischen Kapazität des Rohr-Schlauch-Systems 25 und der hydraulischen Kapazität des Hydrauliköls abhängig.
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In der ersten Betätigungsrichtung des Kolbens 13, vorzugsweise in Zugrichtung, beträgt die hydraulische Kapazität des Hydraulikzylinders 12 des Dämpfers zwischen 3,5 ml/100 bar und 4,5 ml/100 bar, insbesondere 4,0 ml/100 bar. In der zweiten Betätigungsrichtung des Kolbens 13, insbesondere in Druckrichtung, beträgt die hydraulische Kapazität des Hydraulikzylinders 12 des Dämpfers 12 zwischen 2 ml/100 bar und 3 ml/100 bar, insbesondere 2,5 ml/100 bar.
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Das Hydrauliköl verfügt im luftfreien Zustand über eine hydraulische Kapazität zwischen 1,6 ml/100 bar und 1,9 ml/100 bar und in einem lufthaltigen Zustand über eine hydraulische Kapazität zwischen 2,2 ml/100 bar und 2,7 ml/100 bar.
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Die Rohre 26, 27 des Rohr-Schlauch-Systems 25 sind vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und demnach relativ steif und wenig elastisch. Die hydraulische Kapazität der Rohre 26, 27 des Rohr-Schlauch-Systems 25 ist vernachlässigbar gering. Die Rohre 26, 27 des Rohr-Schlauch-Systems 25 weisen eine vernachlässigbare geringe oder keine hydraulische Kapazität auf.
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Die hydraulische Kapazität der Schläuche 28, 29 des Rohr-Schlauch-Systems 25 beträgt zwischen 5,1 ml/100 bar und 5,5 ml/100 bar, bevorzugt zwischen 5,2 ml/100 bar und 5,4 ml/100 bar, wiederum bei 0,33 m Schlauchlänge. Bei dieser hydraulischen Kapazität der Schläuche 28, 29 handelt es sich um die hydraulische Gesamtkapazität aller Schläuche 28, 29.
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Die Schläuche 28, 29 bestehen vorzugsweise aus einem Gummi-Faser-Werkstoff, wobei zwischen einer äußeren Lage aus einem Gummi-Werkstoff und einer inneren Lage aus einem Gummi-Werkstoff mindestens eine Lage aus einem Faser-Werkstoff angeordnet sind. Sind zwischen der äußeren und inneren Lage aus dem Gummi-Werkstoff zwei Lagen aus einem Faser-Werkstoff angeordnet, so ist insbesondere vorgesehen, zwischen den beiden Lagen aus dem Faser-Werkstoff eine weitere innere Lage aus einem Gummi-Werkstoff anzuordnen.
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Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, ein Dämpfungssystem 10 eines aktiven Fahrwerks für ein Rad eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei welchem die Pumpe 16 der Pumpen-Motor-Einheit 18 mit der vorzugsweise am Dämpfer 12 verbauten Hydraulikeinheit 19, welche das Hydraulikreservoir 20 sowie Ventile 21, 22, 23, 24 aufweist, sowohl über Rohre 26, 27 als auch über Schläuche 28, 29 eines Rohr-Schlauch-Systems 25 zu verbinden, wobei insbesondere über die Länge der Schläuche 28, 29 die hydraulische Kapazität derart eingestellt wird, dass bei der Verlagerung des Kolbens 13 auf der Seite des höheren Hydraulikkammerdrucks des Hydraulikzylinders 12 eine hydraulische Kapazität zwischen 9 ml/100 bar und 14 ml/100 bar, insbesondere in Zugrichtung von 12 ml/100 bar und in Druckrichtung von 10,5 ml/100 bar, aufweist.
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Die hydraulische Kapazität der Rohre 26, 27 des Rohr-Schlauch-Systems 25 ist vernachlässigbar gering. Auch die hydraulische Kapazität von Rohrleitungen der Hydraulikeinheit 19 ist vernachlässigbar gering.
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Die hydraulische Kapazität des Hydraulikreservoirs 20 der Hydraulikeinheit 19 ist für die Bereitstellung guter dynamischer und akustischer Eigenschaften des Dämpfungssystems ohne Bedeutung, da das Hydraulikreservoir 20 immer mit der Hydraulikkammer des Hydraulikzylinders 12 des Dämpfers 11 zusammenwirkt, in welcher der im Vergleich zu anderen Hydraulikkammer geringere Druck herrscht, aus welcher also Hydrauliköl abzuführen ist.
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Die hydraulische Kapazität des Hydraulikreservoirs 20 dient lediglich dazu, einen Vorspanndruck des Dämpfungssystems 10 in gewünschten Grenzen bereitzustellen.
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Die hydraulische Kapazität wird auch als hydraulische Nachgiebigkeit bezeichnet und definiert bei einer Druckänderung eine Volumenänderung. Die hydraulischen Kapazitäten beziehen sich jeweils auf eine Temperatur von 20°C.
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Das erfindungsgemäße Dämpfungssystem 10 kann bei geringem Bauraumbedarf und geringem Gewicht hervorragende dynamische und akustische Eigenschaften bereitstellen.
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Vorzugsweise ist jedem Rad eines Kraftfahrzeugs ein derartiges Dämpfungssystem 10 zugeordnet. Es ist auch möglich, lediglich an einer Achse den beiden Rädern der Achse jeweils ein erfindungsgemäßes Dämpfungssystem 10 zuzuordnen.