DE102009010850A1

DE102009010850A1 - Hydraulisches Fahrwerksystem

Info

Publication number: DE102009010850A1
Application number: DE102009010850A
Authority: DE
Inventors: Dirk Nissing; Stephan Walentowski
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Fahrwerksystem (10) zur Wankstabilisierung und Niveauregulierung eines Fahrzeugs, umfassend eine bidirektionale Pumpe (12), ein Reservoir (14) für Hydraulikfluid, einen ersten, als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildeten Dämpfer (16), der eine erste Aktivkammer (18) aufweist, und einen zweiten, als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildeten Dämpfer (20), der eine zweite Aktivkammer (22) aufweist, wobei die Aktivkammern (18, 22) über die bidirektionale Pumpe (12) miteinander gekoppelt sind, und wobei zwischen die Aktivkammern (18, 22) ein Wegeventil (24) geschaltet ist, welches die Aktivkammern (18, 22) in einer ersten Ventilstellung über die Pumpe (12) miteinander verbindet, und welches die Aktivkammern (18, 22) in einer zweiten Ventilstellung zum einen direkt miteinander und zum andern über die Pumpe (12) mit dem Reservoir (14) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Fahrwerksystem zur Wankstabilisierung und Niveauregulierung eines Fahrzeugs, umfassend eine bidirektionale Pumpe, ein Reservoir für Hydraulikfluid, einen als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildeten ersten Dämpfer, der eine erste Aktivkammer aufweist, und einen als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildeten zweiten Dämpfer, der eine zweite Aktivkammer aufweist, wobei die Aktivkammern über die bidirektionale Pumpe miteinander gekoppelt sind.
Fahrwerksysteme, welche zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit und des Insassenkomforts Wankbewegungen eines Fahrzeugaufbaus aktiv entgegenwirken und darüber hinaus innerhalb vorgegebener Zuladungsgrenzen ein weitgehend konstantes Niveau des Fahrzeugaufbaus aufrechterhalten können, sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt.
So zeigt beispielsweise die DE 195 21 746 A1 eine Einrichtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs, mit an den Rädern einer Fahrzeugachse jeweils zwischen einem Radführungselement und dem Fahrzeugaufbau angeordneten Hydraulikzylindern, die sich über ein Federelement am Fahrzeugaufbau abstützen und jeweils eine Arbeitskammer aufweisen. Die Arbeitskammern sind über eine bidirektionale Hydraulikpumpe miteinander verbunden, wobei die Pumpe zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs einen Volumenstrom von der Arbeitskammer eines Hydraulikzylinders in die Arbeitskammer des anderen Hydraulikzylinders fördern kann. Ein hydraulisches System, welches sowohl eine Wankstabilisierungsfunktion als auch eine Niveauregulierungsfunktion aufweist, ist nicht explizit offenbart. In der Beschreibung wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorgeschlagene Ein richtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs durch eine Niveauregelung ergänzt werden kann.
Die DE 102 27 417 A1 beschreibt ein Federungssystem für ein Fahrzeug, mit dem sich unter anderem eine Wankstabilisierung und eine Niveauregulierung des Fahrzeugaufbaus realisieren lassen. Das Federungssystem ist jedoch insgesamt recht aufwendig und komplex. Insbesondere sind im Hydraulikkreis mehrere Ventile vorgesehen, die zur Realisierung der gewünschten Systemfunktion elektromagnetisch geschaltet werden müssen. Diese Magnetventile sind in Summe teuer und verursachen einen beachtlichen Steuerungsaufwand. Im Übrigen steigt die Anfälligkeit für Systemstörungen in der Regel mit der Anzahl der im Hydrauliksystem eingebauten Einzelkomponenten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein möglichst einfaches und preiswertes Fahrwerksystem zu schaffen, welches eine besonders zuverlässige Wankstabilisierung und Niveauregulierung eines Fahrzeugs bereitstellt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein hydraulisches Fahrwerksystem der eingangs genannten Art, bei dem zwischen die Aktivkammern ein Wegeventil geschaltet ist, welches die Aktivkammern in einer ersten Ventilstellung über die Pumpe miteinander verbindet und welches die Aktivkammern in einer zweiten Ventilstellung zum einen direkt miteinander und zum anderen über die Pumpe mit dem Reservoir verbindet. Das Schalten lediglich eines Wegeventils ermöglicht hierbei in einfacher Weise den Wechsel zwischen einer Wankstabilisierungsfunktion und einer Niveauregulierungsfunktion des hydraulischen Fahrwerksystems. So befindet sich das Wegeventil im Fahrbetrieb des Fahrzeugs bevorzugt in der ersten Ventilstellung zur Wankstabilisierung und schaltet bei stehendem Fahrzeug bevorzugt in die zweite Ventilstellung zur Niveauregulierung.
Um das Systemverhalten bei äußeren Einwirkungen zu verbessern, insbesondere bei hochfrequenten äußeren Einwirkungen, ist in einer Ausführungsform des hydraulischen Fahrwerksystems ein zur Pumpe parallel geschaltetes erstes Drucksteuerventil vorgesehen, das bei einem vordefinierbaren Druck einen Hydraulikfluidfluss von der ersten Aktivkammer zur zweiten Aktivkammer freigibt.
Besonders bevorzugt ist ferner ein zur Pumpe und zum ersten Drucksteuerventil parallel geschaltetes zweites Drucksteuerventil vorgesehen, das bei einem vordefinierbaren Druck einen Hydraulikfluidfluss von der zweiten Aktivkammer zur ersten Aktivkammer freigibt. Bei plötzlich auftretenden Druckschwankungen infolge äußerer Anregungen, beispielsweise einseitigen Radauslenkungen durch Straßenschäden, ermöglichen diese Drucksteuerventile einen schnellen und ausreichend großen Fluidfluss zwischen den Aktivkammern, um die Druckschwankungen auszugleichen.
In jedem Dämpfer sind bevorzugt zwei durch einen Dämpferkolben getrennte Dämpferkammern vorgesehen.
Darüber hinaus können die Dämpfer jeweils eine gasgefüllte Druckkammer aufweisen. Sind im Hydraulikzylinder eines als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildeten Dämpfers zwei Dämpferkammern, eine gasgefüllte Druckkammer und eine Aktivkammer ausgebildet, so ergibt sich ein besonders kompaktes Fahrwerksystem, welches hervorragende Federungs- und Dämpfungseigenschaften aufweist sowie darüber hinaus die Möglichkeit einer aktiven Wankstabilisierung und Niveauregulierung bietet.
Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist.
Dabei zeigt die einzige Figur ein erfindungsgemäßes hydraulisches Fahrwerksystem 10 zur Wankstabilisierung und Niveauregulierung eines nicht dargestellten Fahrzeugs. Das Fahrwerksystem 10 umfasst eine bidirektionale Pumpe 12, ein Reservoir 14 für Hydraulikfluid, einen als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildeten ersten Dämpfer 16, der eine erste Aktivkammer 18 aufweist, und einen als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildeten zweiten Dämpfer 20, der eine zweite Aktivkammer 22 aufweist, wobei die Aktivkammern 18, 22 über die bidirektionale Pumpe 12 miteinander gekoppelt sind. Die Pumpe wird in diesem Fall als reversible oder bidirektionale Pumpe 12 bezeichnet, da sie zwei Betriebsrichtungen aufweist und dementsprechend Hydraulikfluid in die eine oder andere Richtung fördern kann.
Die beiden Dämpfer 16, 20 sind einer Fahrzeugachse zugeordnet. So ist beispielsweise der erste Dämpfer 16 mit einem linken Rad der Fahrzeugachse und der zweite Dämpfer 20 mit einem rechten Rad derselben Fahrzeugachse gekoppelt.
Zwischen die Aktivkammern 18, 22 der Zylinder/Kolben-Einheiten 16, 20 ist ein Wegeventil 24 geschaltet, welches die Aktivkammern 18, 22 in einer ersten Ventil stellung über die Pumpe 12 miteinander verbindet und welches die Aktivkammern 18, 22 in einer zweiten Ventilstellung zum einen direkt miteinander und zum andern über die Pumpe 12 mit dem Reservoir 14 verbindet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wegeventil 24 ein 4/2-Wegeventil, welches von einer Druckfeder 26 in seine erste Ventilstellung beaufschlagt wird. Diese erste Ventilstellung entspricht somit einer Grundstellung des Wegeventils 24, die eine aktive Wankstabilisierung des Fahrzeugs ermöglicht. Der Hydraulikkreislauf ist in diesem Fall geschlossen, und die bidirektionale Pumpe 12 fördert zur Wankstabilisierung in geeigneter Weise lediglich Hydraulikfluid von der ersten Aktivkammer 18 zur zweiten Aktivkammer 22 oder umgekehrt.
Gemäß der Figur ist das Wegeventil 24 elektromagnetisch angesteuert. Es weist einen Ansteuermagnet 28 auf, der das Wegeventil 24 bei einer Bestromung in die zweite Ventilstellung bewegt. Diese zweite Ventilstellung ist also eine Betätigungsstellung, in der die Aktivkammern 18, 22 zum einen direkt miteinander und zum andern über die Pumpe 12 mit dem Reservoir 14 verbunden sind. Je nach Förderrichtung der reversiblen Pumpe 12 strömt somit Hydraulikfluid vom Reservoir 14 in die Aktivkammern 18, 22 bzw. aus den Aktivkammern 18, 22 in das Reservoir 14. Folglich lässt sich in der zweiten Ventilstellung des Wegeventils 24 eine Niveauregulierung realisieren. Wird Hydraulikfluid in die Aktivkammern 18, 22 gepumpt, so werden letztlich Kolbenstangen 30 der Zylinder/Kolben-Einheiten 16, 20 ausgefahren, um einen Fahrzeugaufbau an der zugeordneten Fahrzeugachse anzuheben. Wird hingegen Hydraulikfluid aus den Aktivkammern 18, 22 abgelassen, so werden die Kolbenstangen 30 eingefahren, um den Fahrzeugaufbau an der entsprechenden Fahrzeugachse abzusenken.
Von der Pumpe 12 ausgehend ist in der Figur eine Leckageleitung 32 eingezeichnet, welche als Pumpenleckage austretendes Hydraulikfluid wieder zu einer Pumpensaugseite zurückführt. Um einen Fluidfluss von einer Pumpendruckseite über die Leckageleitung 32 zur bidirektionalen Pumpe 12 zu verhindern, sind in der Leckageleitung 32 zwei Rückschlagventile 34 vorgesehen, die einen entsprechenden Fluidfluss sperren.
Im Folgenden wird kurz auf die Konstruktion der als Zylinder/Kolben-Einheiten ausgebildeten Dämpfer 16, 20 eingegangen. Jeder Dämpfer 16, 20 umfasst einen Hydraulikzylinder 36 und einen im Hydraulikzylinder 36 geführten Dämpferkolben 38, wobei der Dämpferkolben 38 mit der Kolbenstange 30 verbunden ist, die sich aus dem Hydraulikzylinder 36 erstreckt und an einem Fahrzeugaufbau angreift. In jedem Dämpfer 16, 20 sind zwei durch den Dämpferkolben 38 getrennte Dämpferkammern 42, 44 vorgesehen. Diese Dämpferkammern 42, 44 stehen über im Dämpferkolben 38 angeordnete Dämpferventile 46 miteinander in Verbindung. Eine derartige Konstruktion aus Dämpferkammern 42, 44 und einem Dämpferkolben 38 mit Dämpferventilen 46 ist aus dem Stand der Technik bekannt und bewirkt eine zuverlässige Schwingungsdämpfung zwischen dem Fahrzeugaufbau und ungefederten Fahrzeugkomponenten.
In der Ausführungsform des Fahrwerksystems 10 gemäß der Figur weisen die Dämpfer 16, 20 jeweils eine gasgefüllte Druckkammer 48 auf, welche mit einem kompressiblen Gas gefüllt ist und einen Volumenausgleich im zugeordneten Dämpfer 16, 20 ermöglicht. So kann im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Kompression oder Expansion des Gasvolumens in der Druckkammer 48 z. B. das Volumen der Kolbenstange 30 beim Verschieben des Dämpferkolbens 38 kompensiert werden.
Die gasgefüllte Druckkammer 48 ist durch einen verschieblichen Kolben 50 von der jeweiligen Aktivkammer 18, 22 des Dämpfers 16, 20 getrennt. Dieser Kolben 50 ist im Hydraulikzylinder 36 geführt und entlang einer Zylinderachse A beweglich. Dabei gleitet der Kolben 50 im Wesentlichen dicht an einer Umfangswand 52 des Hydraulikzylinders 36, sodass keine Verbindung zwischen der Aktivkammer 18, 22 und der Druckkammer 48 besteht.
Auf einer der Aktivkammer 18, 22 gegenüberliegenden Seite der Druckkammer 48 grenzt die Druckkammer 48 an die Dämpferkammer 44 an. Die Druckkammer 48 ist dabei von der Dämpferkammer 44 durch einen weiteren beweglichen Kolben 54 im Wesentlichen dicht getrennt, wobei der Kolben 54 ebenfalls im Hydraulikzylinder 36 geführt und entlang der Zylinderachse A beweglich ist.
Bei der Ausführungsform des Fahrwerksystems 10 gemäß der Figur ist ein zur Pumpe 12 parallel geschaltetes erstes Drucksteuerventil 56 vorgesehen, das in der ersten Ventilstellung des Wegeventils 24 bei einem vordefinierbaren Druck einen Hydraulikfluidfluss von der ersten Aktivkammer 18 zur zweiten Aktivkammer 20 freigibt. Dieses Drucksteuerventil 56 ist vorzugsweise als Druckminderventil ausgebildet und erlaubt einen raschen Druckausgleich zwischen den Dämpfern 16, 20. Wird beispielsweise die Kolbenstange 30 des ersten Dämpfers 16 aufgrund äußerer Einwirkungen plötzlich in den Hydraulikzylinder 36 eingefahren, so steigt der Druck in der ersten Aktivkammer 18 stark an und kann mittels eines Fluidflusses von der ersten Aktivkammer 18 über das erste Drucksteuerventil 56 zur zweiten Aktivkammer 22 abgebaut werden. Um einen unerwünschten Fluidfluss in die Gegenrichtung zu verhindern, ist das erste Drucksteuerventil 56 in Reihe geschaltet mit einem Rückschlagventil 58, das einen Hydraulikfluidfluss von der zweiten Aktivkammer 22 zur ersten Aktivkammer 18 sperrt.
Um bei einem plötzlichen Druckanstieg in der zweiten Aktivkammer 22 ebenfalls einen raschen Druckausgleich zu ermöglichen, ist ein zur Pumpe 12 und zum ersten Drucksteuerventil 56 parallel geschaltetes zweites Drucksteuerventil 60 vorgesehen, das bei einem vordefinierbaren Druck einen Hydraulikfluidfluss von der zweiten Aktivkammer 22 zur ersten Aktivkammer 18 freigibt. Um einen Fluidfluss in die Gegenrichtung zu verhindern, ist auch dieses zweite Drucksteuerventil 60 vorzugsweise in Reihe geschaltet mit einem Rückschlagventil 62, das einen Hydraulikfluidfluss von der ersten Aktivkammer 18 zur zweiten Aktivkammer 22 sperrt.
Besonders bevorzugt sind die Drucksteuerventile 56, 60 durch einen Elektromagneten 64 mit einstellbarer Bestromung angesteuert. Über die Bestromung des Elektromagneten 64 wird der vordefinierbare Druck festgelegt, ab dem der Hydraulikfluidfluss von der ersten Aktivkammer 18 zur zweiten Aktivkammer 22 freigegeben wird. Somit lässt sich über die Bestromung der Elektromagnete 64 auf einfache Art und Weise ein gewünschtes Dämpfungs- und Federungsverhalten des hydraulischen Fahrwerksystems 10 einstellen.
Die Drucksteuerventile 56, 60 bilden zusammen mit ihren jeweils in Reihe geschalteten Rückschlagventilen 58, 62 eine Ventilvorrichtung 66, die in der Figur gestrichelt angedeutet ist. Diese Ventilvorrichtung 66 ermöglicht in hydraulischen Fahrwerksystemen 10 zur Wankstabilisierung und Niveauregulierung eines Fahrzeugs bei äußeren Anregungen, insbesondere hochfrequenten Anregungen, einen raschen Druckausgleich zwischen den Dämpfern 16, 20 einer Fahrzeugachse. Hierdurch können z. B. Überlastsituationen im hydraulischen Fahrwerksystem 10 vermieden werden.
Obwohl das Fahrwerksystem 10 prinzipiell auch ohne die Ventilvorrichtung 66 funktionsfähig wäre, sind die genannten Vorteile der Ventilvorrichtung 66 für eine zuverlässige Systemfunktion von besonderer Bedeutung. Um einen raschen Druckausgleich und die damit einhergehenden Vorteile zu erzielen, kann die Ventilvorrichtung 66 optional auch bei hydraulischen Fahrwerksystemen zur Wankstabilisierung und Niveauregulierung eines Fahrzeugs eingesetzt werden, die nicht über das oben beschriebene 4/2-Wegeventil 24 gesteuert werden, sondern über eine alternative Ventilanordnung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19521746 A1 [0003]
- DE 10227417 A1 [0004]

Claims

Hydraulisches Fahrwerksystem zur Wankstabilisierung und Niveauregulierung eines Fahrzeugs, umfassend eine bidirektionale Pumpe (12), ein Reservoir (14) für Hydraulikfluid, einen als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildeten, ersten Dämpfer (16), der eine erste Aktivkammer (18) aufweist, und einen als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildeten, zweiten Dämpfer (20), der eine zweite Aktivkammer (22) aufweist, wobei die Aktivkammern (18, 22) über die bidirektionale Pumpe (12) miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Aktivkammern (18, 22) ein Wegeventil (24) geschaltet ist, welches die Aktivkammern (18, 22) in einer ersten Ventilstellung über die Pumpe (12) miteinander verbindet, und welches die Aktivkammern (18, 22) in einer zweiten Ventilstellung zum einen direkt miteinander und zum anderen über die Pumpe (12) mit dem Reservoir (14) verbindet.
Fahrwerksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Pumpe (12) parallelgeschaltetes erstes Drucksteuerventil (56) vorgesehen ist, das bei einem vordefinierbaren Druck einen Hydraulikfluidfluss von der ersten Aktivkammer (18) zur zweiten Aktivkammer (22) freigibt.
Fahrwerksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Pumpe (12) parallelgeschaltetes erstes Drucksteuerventil (56) vorgesehen ist, das bei einem vordefinierbaren Druck einen Hydraulikfluidfluss von der ersten Aktivkammer (18) zur zweiten Aktivkammer (22) freigibt.
Fahrwerksystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drucksteuerventil (56) in Reihe geschaltet ist mit einem Rückschlagventil (58), das einen Hydraulikfluidfluss von der zweiten Aktivkammer (22) zur ersten Aktivkammer (18) sperrt.
Fahrwerksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Pumpe (12) und zum ersten Drucksteuerventil (56) parallelgeschaltetes zweites Drucksteuerventil (60) vorgesehen ist, das bei einem vordefinierbaren Druck einen Hydraulikfluidfluss von der zweiten Aktivkammer (22) zur ersten Aktivkammer (18) freigibt.
Fahrwerksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drucksteuerventil (60) in Reihe geschaltet ist mit einem Rückschlagventil (62), das einen Hydraulikfluidfluss von der ersten Aktivkammer (18) zur zweiten Aktivkammer (22) sperrt.
Fahrwerksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dämpfer (16, 20) einen Hydraulikzylinder (36) und einen im Hydraulikzylinder (36) geführten Dämpferkolben (38) umfasst, wobei der Dämpferkolben (38) mit einer Kolbenstange (30) verbunden ist, die sich aus dem Hydraulikzylinder (36) erstreckt.
Fahrwerksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Dämpfer (16, 20) zwei durch den Dämpferkolben (38) getrennte Dämpferkammern (42, 44) vorgesehen sind.
Fahrwerksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferkammern (42, 44) über im Dämpferkolben (38) angeordnete Dämpferventile (46) miteinander in Verbindung stehen.
Fahrwerksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfer (16, 20) jeweils eine gasgefüllte Druckkammer (48) aufweisen.
Fahrwerksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gasgefüllte Druckkammer (48) durch einen verschieblichen Kolben (50) von der jeweiligen Aktivkammer (18, 22) des Dämpfers (16, 20) getrennt ist.
Fahrwerksystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Dämpfer (16, 20) zwei durch einen Dämpferkolben (38) getrennte Dämpferkammern (42, 44) ausgebildet sind, wobei die gasgefüllte Druckkammer (48) durch einen verschieblichen Kolben (54) von einer benachbarten Dämpferkammer (42, 44) getrennt ist.