DE3308011C2 - Aktives Federungssystem - Google Patents

Abstract

Ein hydraulisches Abstützsystem (1, 2) weist eine erste expandierbare Kammer (8) auf, die mit einem konstanten, zur Kompensation der statischen Belastung ausreichenden Druck beaufschlagt wird. Zwei weitere Kammern (9, 10), die gleich großen Wirkflächen von Kolben (1', 2') zugeordnet sind, können mittels einer Regel- und Umschaltvorrichtung (21, 22) mit unterschiedlichen Drucken beaufschlagt werden, um ein aktives Ein- bzw. Ausfedern sowie die Rückstellung in eine Mittellage zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives Federungssystem zur Schwingungsunterdrückung — insbesondere für Kraftfahrzeuge — mit hydraulischem, vorzugsweise als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildetem, statische sowie dynamischen Belastungen aufnehmendem Abstützsystem sowie mit einer programmgesteuerten Regelvorrichtung, welche den Druck in mindestens einer ersten beim Ausfedern expandierenden sowie einer zweiten beim Einfedern expandierenden Hydraulikkammer d-ir Abstützvorrichtung in Abhängigkeit von Betriebs- oder bzw. Fahrzuständen regelt.

Derartige Federungssysteme werden in der Druckschrift »ATZ — Automobiltechnische Zeitschrift« 84 (1982) 9, Seiten 425 bis 434 in Anwendung auf die Schwingungsisolierung eines Fahrerplatzes in ungefederten Fahrzeugen beschrieben.

Dabei wird zunächst (Bild 4) ein System dargestellt, bei dem eine einzige Kolben-Zylinder-Einheit mit beidseitig beaufschlagbarem Kolben sowohl zur Kompensation statischer als auch dynamischer Kräfte dient. Ein derartiges System ist regelungstechnisch vergleichsweise aufwendig, wenn auch bei stark unterschiedlichen statischen Belastungen ein gleichbleibender Komfort erreicht werden soll. Insbesondere ist zm beachten, daß für eine aktive Verstellung der Kolben-Zylinder-Einheit in einander entgegengesetzten Richtungen unterschiedlieh starke Druckdifferenzen auf Vorder- und Rückseite des Kolbens erzeugt werden müssen.

Außerdem wird in der Druckschrift (Bild 5) ein System gezeigt bei der zur Abstützung der gefederten Masse eine herkömmliche mechanische Feder dient, der eine Kolben-Zylinder-Einheit mit beidseitig beaufschlagbarem Kolben parallelgeschaltet ist. Die vom Kolben innerhalb des Zylinders abgeteilten Kammern erfahren bei Federungshüben ungleiche Volumensänderungen, weil die Kolbenstange lediglich die eine Kammer durchsetzt. Mittels einer Ventilanordnung können jeweils eine der Kammern mit der Druckseite einer Pumpe und die andere der Kammern mit einem Tank verbunden werden, um auf den Kolben eine Kraft in der einen oder anderen Richtung auszuüben. Im übrigen sind die beiden Kammern über eine gedrosselte Verbindungsleitung miteinander gekoppelt. Auch dieses System kann bei der Regelung Schwierigkeiten bereiten, weil einerseits die Spannung der mechanischen Feder notwendigerweise vom Federungshub abhängig ist und andererseits bei gleichbleibendem Pumpendruck die auf die Vorder- oder Rückseite des Kolbens wirkenden hydraulischen Kräfte aufgrund der unsymmetrischen Anordnung der Kolbenstange unterschiedlich sind. Dil'fc-

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renzen der auf die Vorder- und Rückseite wirkenden hydraulischen Drucke erzeugen also unterschiedliche Sxellkräfte, welche noch durch die wechselnde Spannung der mechanischen Feder zusätzlich beeinflußt werden.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein aktives Federungssystem zu schaffen, welches sich bei konstruktiver Einfachheit dadurch auszeichnet, daß nur ein vergleichsweise geringer regelungstechnischer Aufwand notwendig ist, wobei eine Anpassung des Programms der Regelung tür unterschiedliche Fahrzeugtypen leicht möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erste und zweite Hydraulikkammer bei Federungshüben gleiche Volumenänderungen erfahren und daß eine weitere, beim Ausfedern expandierende Kammer des Abstützsystems mit einem im wesentlichen vom Kammervolumen unabhängigen, konstanten Druck zur Kompensation der statischen Belastung beaufschlagt ist

Die Erfindung zeichnet sich also dadurch aus, daß die statischen Belastungen, welche ausschließlich durch das Gewicht der gefederten Masse hervorgerufen werden, von gesonderten hydraulischen Komponenten des Abstützsystemes aufgenommen werden und daher bei der Beeinflussung der Federungshübe bzw. der Vertikalbewegungen der Räder eines Fahrzeuges unberücksichtigt bleiben können. Darüber hinaus ist gewährleistet, daß die Stellbefehle der Regelvorrichtung in definierte und reproduzierbare Hübe des Federungssystemes bzw. der Räder umgesetzt werden, da die beim Einfedern expandierende Kammer sowie die beim Ausfedern expandierende Kammer bei Federungshüben gleiche Volumensänderungen erfahren, so daß bei einander entsprechenden Druckunterschieden in diesen Kammern sowohl in Einfeder- als auch in Ausfederrichtung gleich große Stellgeschwindigkeiten und Stellkräfte erreicht werden.

Gemäß einer konstruktiv bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind als Abstützorgane des Abstützsystemes zwei Koiben-Zylinder-Aggregate mit beidseitig beaufschlagbarem Kolben unterschiedlichen Querschnittes mit jeweils der Kolbenstange zugewandter kleinerer und von der Kolbenstange abgewandter größerer Wirkfläche derart angeordnet, daß die kleinere Wirkfläche des im Querschnitt größeren ersten Kolbens gleich groß wie die größere Wirkfläche des anderen Kolbens ist; dabei ist des weiteren vorgesehen, daß die der größeren Wirkfläche des ersten Kolbens zugeordnete Kammer im ersten Kolben-Zylinder-Aggregat sowie die dazu parallelgeschaltete, der kleineren Wirkfläche des anderen Kolbens zugeordnete Kammer im anderen Kolben-Zylinder-Aggregat mit dem konstanten Druck beaufschlagt sind und die Steuervorrichtung die wechselnden, gegebenenfalls voneinander abweichenden Drucke in den beiden übrigen Kammern bestimmt, welche gleich großen Wirkflächen der Kolben zugeordnet sind. Durch die Anordnung zweier Kolben-Zylinder-Aggregate wird eine konstruktive Vereinfachung erreicht, da geeignet bemessene, handelsübliche Normalteile einfacher Bauart verwendbar sind. Außerdem läßt sich auch bei großen zulässigen Federungshüben eine geringe Bauhöhe erreichen, welche nur wenig größer als der zulässige Federungshub ist.

Zweckmäßigerweise kann zwischen der bzw. den mit konstantem Druck beaufschlagten Kammern und einer Konstant-Druck-Quelle, welche beispielsweise durch ein einstellbares Druckbegrenzungsventil und eine Druckquelle, insbesondere Pumpe, gebildet wird, ein Hvdraulikspeicher angeschlossen sein, um Druckspitzen zu vermeiden, welche andernfalls aufgrund dynamischer Effekte beim Ein- und Ausfedern entstehen könnten.

Die den beiden gleich großen Kolbenwirkflächen zugeordneten Kammern, d. h. die erste sowie die zweite Kammer, können jeweils über eine Leitung mit einer von der Regelvorrichtung gesteuerten Umschaltvorrichtung verbunden sein, welche die beiden Leitungen miteinander — mit vorgegebenem Drosselwiderstand — zu verbinden und/oder abzusperren und andererseits

ίο jeweils eine Leitung bei gleichzeitiger Druckentlastung der jeweils anderen Leitung an eine Druckquelle anzuschließen gestattet Damit kann die Regelungsvorrichtung in einfacher Weise Federungshübe in einander entgegengesetzten Richtungen auslösen bzw. beeinflussen und das Federungssystem in eine vorgegebene, von Sensoren überwachte Mittelstellung zurückführen bzw. in dieser Stellung festhalten.

Als Umschaltvorrichtung ist bevorzugt ein mit einem Hydraulikreservoir sowie der Druckquelle bzw. Pumpe gekoppeltes Umschaltorgan, beispielsweise ein Schieber od. dgl., angeordnet, weiches die Leitungen abzusperren und/oder miteinander zu verbinden sowie wechselweise an die Druckquelle und das Hydraulikreservoir anzuschließen gestattet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand sines in der Zeichnung schematisiert dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Ansicht einer Radaufhängung in Fahrzeuglängsrichtung,

F i g. 2 eine Draufsicht dieser Radaufhängung und

F i g. 3 ein Schaltbild der Abstützvorrichtung mit zugeordneter Regelvorrichtung.

Mittels zweier Kolben-Zylinder-Aggregate 1 und 2 ist ein an Lagerböcken 3 um eine zur Fahrzeuglängsachse etwa parallele Schwenkachse beweglicher Dreiecksquerlenker 4, welcher in bekannter Weise zur Führung eines Rades dient, vertikal gegenüber dem Fahrzeugaufbau 5 abgestützt. Im dargestellten Beispiel sind dabei die Zylinder der Kolben-Zylinder-Aggregate 1 und 2 am Aufbau 5 angelenkt, während die zugehörigen Kolben Γ und 2' mittels Kolbenstangen 6 und 7 am Dreiecksquerlenker 4 gelenkig angeordnet sind.

Innerhalb der Zylinder der Kolben-Zylinder-Aggregate 1 und 2 sind jeweils eine der oberen Stirnseite bzw. Wirkfläche der Kolben 1' bzw. 2' angeordnete Kammer 8 bzw. 9 sowie jeweils eine der unteren Stirnseite bzw. Wirkfläche der Kolben 1' bzw. 2' zugeordnete Kammer 10 bzw. 11 angeordnet. Bei dieser Anordnung ist die jeweils obere Wirkfläche der Kolben Γ und 2' um das Maß des Querschnittes der zugehörigen Kolbenstange 6 bzw. 7 größer als die jeweils untere Wirkfläche. Im übrigen sind die Querschnitte der Kolben-Zylinder-Aggregate 1 und 2 so bemessen, daß die untere, ringförmige Wirkfläche des Kolben Γ gleiche Größe wie die obere Wirkfläche des Kolben 2' hat.

Die mittels einer Leitung 12 parallelgeschalteten Kammern 8 und 11 sind mittels einer Leitung 13, an die ein Speicher 14 angeschlossen ist, über eine einstellbare Drossel 15 mit einer Konstant-Druck-Quelie 16 verbun-

bo den, welche durch eine zur Druckerzeugung dienende Pumpe 16' sowie ein zur Einstellung des Druckes dienendes Druckbegrenzungsventil 16" gebildet wird, das ebenso wie die Pumpe 16' mit einem Reservoir 17 für Hydnulikmedium verbunden ist.

Da die obere Wirkfläche des Kolbens Γ um die Summe der Querschnitte der Kolbenstangen 6 und 7 größer ist als die untere Wirkfläche des Kolbens 2', wird durch den von der Konstant-Druck-Quelle 16 erzeugten

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Druck in den Kammern 8 und 11 eine resultierende Kraft erzeugt, welche den Dreiecksquerlenker im Sinne eines Ausfederns zu schwenken sucht. Der von der Konstant-Druck-Quelle 16 erzeugte Druck ist dabei so bemessen, daß die durch den Fahrzeugaufbau 5 erzeugten statischen Belastungen kompensiert bzw. nur ganz geringfügig überkompensiert werden. Dieser Druck wird sowohl beim Ein- als auch beim Ausfedern annähernd unverändert aufrechterhalten, indem einerseits der Speicher 14 kurzzeitige Druckschwankungen ausgleicht und andererseits die Pumpe 16' beim Ausfedern Hydraulikmedium in die Leitung 13 nachführt bzw. das Druckbegrenzungsventil 16" beim Einfedern öffnet.

Die untere Kammer 10 des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 sowie die obere Kammer 9 des Kolben-Zylinder-Aggregates 2 — diese Kammern 9 und iO sind jeweils gleich großen Kolbenwirkflächen zugeordnet — sind über Leitungen 18 und 19, zwischen denen ein Differenzdruckmesser 20 angeordnet ist, jeweils separat mit einem Umschaltorgan 21 verbunden, welches als Schieberventil ausgebildet und mittels eines Reglers 22 steuerbar ist, der unter anderem die von dem als Istwertgeber geschalteten Differenzdruckmesser 20 erzeugten Signale auswertet. Im übrigen kann der Regler 22 weitere Eingangssignale von nicht dargestellten Sensoren erhalten, die Fahrbahnunebenheiten und/oder Abweichungen des Dreiecksquerlenkers 4 und seiner Mittellage registrieren.

Der Schieber 21' des Umschaltorganes 21 gestattet es in seinen beiden Endlagen, jeweils eine der Leitungen 18 und 19 mit einer Druckquelle bzw. Pumpe 23 und die jeweils andere dieser Leitungen 18 und 19 unter Entlastung mit einem Hydraulikreservoir 24 zu verbinden, so daß entweder die Kammer 9 des Kolben-Zylinder-Aggregates 2 unter gleichzeitiger Druckentlastung der Kammer 10 des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 zur Erzeugung eines Ausfederungshubes des Dreiecksquerlenkers 4 mit Druck beaufschlagt wird oder die Kammer 10 des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 unter gleichzeitiger Druckentlastung der Kammer 9 des Kolben-Zylinder-Aggregates 2 zur Erzeugung eines Einfederungshubes unter Druck gesetzt wird.

In Mittelstellungen des Schiebers 21' können die Leitungen 18 und 19 — gegebenenfalls mit Drosselwirkung — wie dargestellt miteinander verbunden sein. Statt dessen oder zusätzlich sind auch Stellungen möglich, bei denen die Leitungen 18 und 19 jeweils abgesperrt werden.

Somit ist der Regler 22 in der Lage, in Abhängigkeit von Eingangssignalen, insbesondere in Abhängigkeit der vom Differenzdruckmesser 20 erzeugten Signale des Umschaltorgan 21 derart zu steuern, daß der Dreiecksquerlenker 4 zum Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten zwangsgesteuerte Aufwärts- bzw. Abwärtsschwenkungen ausführt bzw. in seine Mittellage gebracht oder in derselben gehalten wird.

Gegebenenfalls kann der Regler 22, etwa beim Fahrzeugstillstand, auch das Druckbegrenzungsventil 16" entsprechend der jeweiligen statischen Belastung, d. h. entsprechend dem jeweiligen Gewicht des Fahrzeugaufbaues 5, einstellen. Statt dessen kann diese Einstellung auch über gesonderte, etwa zwischen Fahrzeugaufbau 5 und Dreiecksquerlenker 4 angeordnete Stellorgane 25 erfolgen, welche auf Abweichungen des Dreiecksquerlenkers 4 von seiner Mittellage, gegebenenfalls mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung ansprechen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

33 08 Oil Patentansprüche:

1. Aktives Federungssystem zur Schwingungsunterdrückung — insbesondere für Kraftfahrzeuge — mit hydraulischem, vorzugsweise ab Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildetem, statische sowie dynamische Belastungen aufnehmendem Abstützsystem sowie mit einer programmgesteuerten Regelvorrichtung, welche den Druck in mindestens einer ersten beim Ausfedern expandierenden sowie einer zweiten beim Einfedern expandierenden Hydraulikkammer der Abstützvorrichtung in Abhängigkeit von Betriebs- bzw. Fahrzuständen regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Hydraulikkammer (9, 10) bei Federungshüben gleiche Volumenänderungen erfahren und daß eine weitere, beim Ausfedern expandierende Kammer (8) des Abstützsystems (1, 2) mit einem im wesentlichen vom Kammervolumen unabhängigen, konstanten Druck zur Kompensation der statischen Belastung beaufschlagt ist

2. Aktives Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstützorgane des Abstützsystems zwei Kolben-Zylinder-Aggregate (1,2) mit beidseitig beaufschlagbaren Kolben (V, 2') unterschiedlichen Querschnittes mit jeweils der Kolbenstange (6, 7) zugewandter kleinerer und von der Kolbenstange (6, 7) abgewandter größerer Wirkfläche angeordnet sind und die kleinere Wirkfläche des im Querschnitt größeren ersten Kolbens (V) gleiche Größe wie die größere Wirkfläche des anderen Kolbens (2') aufweist, und daß die der größeren Wirkfläche des ersten Kolbens (1') zugeordnete Kammer (8) im ersten Kolben-Zylinder-Aggregat (1) sowie die dazu parallelgeschaltete, der kleineren Wirkfläche des anderen Kolbens (2') zugeordnete Kammer (11) im anderen Kolben-Zylinder-Aggregat (2) mit dem konstanten Druck beaufschlagt sind und die Regelvorrichtung (21,22) die wechselnden, gegebenenfalls voneinander abweichenden Drucke in den beiden übrigen Kammern (9, 10) der Kolben-Zylinder-Aggregate (1,2) bestimmt.

3. Aktives Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der bzw. den mit konstantem Druck beaufschlagten Kammern (8, 11) und einer Konstant-Druck-Quelle (16), welche durch ein einstellbares Druckbegrenzungsventil (16") und eine Druckquelle (Pumpe 16') gebildet wird, ein Hydraulikspeicher (14) angeschlossen ist.

4. Aktives Federungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (13) des Abstützsystemes (1, 2) zur Konstant-Druck-Quelle (16) zwischen derselben und dem Hydraulikspeicher (14) eine einstellbare Drossel (15) angeordnet ist.

5.-Aktives Federungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (9) sowie die zweite Kammer (10) jeweils über eine Leitung (18, 19) mit einer von der Regelvorrichtung (22) gesteuerten Umschaltvorrichtung (21) verbunden sind, die die beiden Leitungen (18, 19) miteinander — mit vorgegebenem Drosselwiderstand — zu verbinden und/oder abzusperren und andererseits jeweils eine Leitung (18,19) bei gleichzeitiger Druckentlastung der jeweils anderen Leitung (19,18) an eine Druckquclle (23) anzuschlie-

Ben gestattet

6. Aktives Federungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Umschaltvorrichtung ein mit einem Hydraulikreservoir (24) sowie der Druckquelle (Pumpe 23) gekoppeltes Umschaltorgan (21) angeordnet ist welches die Leitungen (18, 19) abzusperren und/oder miteinander zu verbinden sowie wechselweise an die Druckquelle (23) und das Hydraulikreservoir (24) anzuschließen gestattet

7. Aktives Federungssystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß zwischen der ersten und der zweiten Kammer (9,10) ein Differenzdruckmesser (20) der Regelvorrichtung (22) als Istwertgeber angeordnet ist.