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DE60116693T2 - Hydraulikkreis für aktives Federungssystem - Google Patents

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DE60116693T2
DE60116693T2 DE60116693T DE60116693T DE60116693T2 DE 60116693 T2 DE60116693 T2 DE 60116693T2 DE 60116693 T DE60116693 T DE 60116693T DE 60116693 T DE60116693 T DE 60116693T DE 60116693 T2 DE60116693 T2 DE 60116693T2
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valve
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control
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Federungssystem zum Tragen einer Masse auf einer Basis eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Passive Federungssystem, solche für einen Fahrzeugsitz, sind bekannt. Beispielsweise haben Serientraktoren von John Deere der Serie 600, 700, 800 und 900 passive Sitzfederungssystem, welche einen hydraulischen Stoßabsorber aufweist, der parallel zu einem Airbag angeordnet ist. Es sind aktive Federungssysteme bekannt, welche einen elektro-hydraulisch gesteuerten Stellantrieb enthalten, der parallel mit einer Federungsvorrichtung, wie beispielsweise einer Feder, arbeitet. Beispielsweise offenbart die US-A-4,363,377 ein aktives Sitzfederungssystem mit einem hydraulischen Stellantrieb der parallel zu einer Feder angeordnet ist. Ein Steuersystem steuert die Flüssigkeitsübertragung zu dem Stellantrieb in Abhängigkeit von einem Sitzpositionssignal, einer Steifigkeitssteuerung, einer Sitzhöhensteuerung und einer Verstärkungssteuerung. Die US-A-6,000,703 offenbart ein aktives Kabinen- oder Sitzfederungssteuersystem mit einem hydraulischen Stellantrieb, der parallel zu einer pneumatischen Luftfeder oder einem Airbag angeordnet ist. Ein aktives Sitzfederungssystem, welches aktiv die Sitzisolation mit Hydraulikkomponenten und einem Beschleunigungsaufnehmer steuert, ist in dem Artikel "An Active Seat Suspension System For Off-Road Vehicles", by Grimm, et al., Division of Control Engineering, University of Saskachewan, Saskatoon, Canada gezeigt. Mit einem elektro-hydraulischen aktiven Positionssteuersystem können beim Inbetriebsetzen und Abschalten des Fahrzeugs hydraulische Wechselwirkungen auftreten.
  • Ein Federungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 41 20 489 A1 bekannt.
  • Beim Inbetriebsetzen kann Hydraulikdruck erzeugt werden, bevor die Elektronik arbeitet. Wenn der Hydraulikkreis nicht gesperrt ist, während die elektronische Steuerung freigegeben wird, können plötzliche Bewegungen im Stellantrieb von dem Versorgungsdruck herrühren, der vor der sachgerechten Positionierung des Stellantriebsteuerventils vorhanden ist. Im Falle eines elektrischen Leistungsabfalls kann die elektronische Positionssteuerung verloren gehen, was eine unerwünschte Aktion des Federungssystems zur Folge hat. Üblicherweise wird ein Ventilschieberpositionsfeedbacksensor verwendet, um bei Inbetriebnahme den Ventilschieber des Stellantriebssteuerventil genau einzustellen. Dies fügt dem System Kosten und Komplexität hinzu. Dementsprechend ist es wünschenswert einen Hydraulikkreis zu haben, der nicht die Verwendung eines Ventilschieberpositionsfeedbacksensor erfordert.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Federungssystem bereitzustellen, mit welchem die zuvor genannten Probleme überwunden und die Wünsche erfüllt werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein aktives Federungssystem bereitzustellen, welches unerwünschte hydraulische Interaktionen bei Fahrzeuginbetriebnahme und -stillsetzung verhindert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, solch ein aktives Federungssystem bereitzustellen, beidem Aktionen des hydraulischen Stellantriebs verhindert werden bis die elektronische Steuerung aktiviert ist. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein aktives Federungssystem bereitzustellen, welches beim Verlust elektrischer Leistung unerwünschte Aktionen des Federungssystems verhindert. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein aktives Federungssystem mit einem Hydraulikkreis bereitzustellen, welches nicht die Verwendung eines Ventilschieberpositionsfeedbacksensor erfordert.
  • Diese und andere Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
  • In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein aktives Federungssystem zum Tragen einer Masse, wie beispielsweise ein Sitz auf einer Basis eines Fahrzeugs, einen hydraulischen Stellantrieb, der zwischen die Masse und die Basis gekoppelt ist, eine pneumatische Entlastungsvorrichtung, die zwischen die Masse und die Basis gekoppelt ist, und ein Steuersystem, welches aktiv den hydraulischen Stellantrieb steuert und welches das Entlastungsbauteil steuert. Ein Durchflusssteuerventil steuert die Ausdehnung und das Zurückziehen des Stellantriebs. Ein proportionales Drucksteuerventil liegt zwischen einem primären Druckreduzierventil und einem Einlass des Durchflussteuerventils und ist mit diesen verbunden. Während einer Inbetriebnahme verhindert das Drucksteuerventil die Lieferung von unter Druck stehender Flüssigkeit an das Durchflusssteuerventil bis das Durchflusssteuerventil in seine mittlere oder Null-Position gefahren wurde. Während eines elektronischen Leistungsausfalls wird das magnetisch betriebene Drucksteuerventil durch Federkraft in eine Schließposition gefahren, in der eine Druckverbindung zum Durchflusssteuerventil unterbunden wird.
  • Die Erfindung und weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Anordnungen der Erfindung werden nun beispielhaft und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert, in denen:
  • 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Sitzfederungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
  • 2 eine schematische Darstellung des Teils des Hydraulikventilkreises der 1 ist,
  • 3 eine elektrische schematische Darstellung eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
  • 4 ein alternatives Ventil darstellt, welches an Stelle des Drucksteuerventils der 2 verwendet werden kann, und
  • 5 ein anderes alternatives Ventil darstellt, welches an Stelle des Drucksteuerventils der 2 verwendet werden kann.
  • Bezugnehmend auf 1 enthält ein aktives Sitzfederungssystem 10 einen Sitz 12, der durch ein Scherengestänge 14 über einer Sitzgrundplatte 16 getragen wird. Zwischen den Sitz 12 und die Grundplatte 16 sind auch ein Hydraulikkolben oder Stellantrieb 18 und eine pneumatische Vorrichtung, wie ein Airbag 20, gekoppelt. Ein Hydraulikkreis oder eine Ventileinheit 22 steuert den Flüssigkeitsdurchfluss zwischen dem Stellantrieb 18, einer Pumpe 24 und einem Reservoir oder Sumpf 26. Der Luftbetrag in dem Airbag 20 wird durch einen Kompressor 28 (der durch eine Magnetspule 29 gesteuert wird) und durch eine Entlüftung 30 (die durch eine Magnetspule 31 gesteuert wird) gesteuert. Ein Beschleunigungsaufnehmer 32, wie beispielsweise ein im Handel verfügbarer kapazitiver Siliziumvariationswandler, ist vorzugsweise am Sitz 12 angeschlossen, und ein Sitzpositionssensor 34, wie beispielsweise ein verhältnismetrischer Hall-Effekt-Drehwandler, ist an dem Gestänge 14 angeschlossen. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 36 empfängt Signale von den Sensoren 32 und 34, von einer manuell betätigbaren Höhensteuerung (Hebe/Senk-Wippschalter) 37 und von einer manuell betätigbaren Festigkeitssteuerung 38. In Abhängigkeit von diesen Eingaben liefert die ECU 36 Steuersignale an die Ventileinheit 22, die Kompressorsteuermagnetspule 29 und eine Entlüftungssteuermagnetspule 31.
  • Wie am besten aus 2 ersichtlich, enthält die Ventileinheit 22 ein zwischen der Pumpe 24 und einem Druckreduzierventil 42 gekoppeltes Einlassfilter 40. Ein magnetspulenbetätigtes, vorgesteuertes 2-Positionen-Proportionaldrucksteuerventil 44 enthält einen ersten Anschluss 46, einen zweiten Anschluss 50 und einen dritten Anschluss 56. Der erste Anschluss 46 steht mit einem Ausgang des Druckreduzierventils 42 und mit einem Druckspeicher 48 in Verbindung. Der zweite Anschluss 50 steht mit einem Drucksteuereingang 52 des Druckreduzierventils 42 und über ein Rückschlagventil 54 mit dem Sumpf 26 in Verbindung. Der dritte Anschluss 56 steht mit einem Druckfühlanschluss 58 des Ventils 44 und mit einem proportionalen Durchflusssteuerventil 70 in Verbindung. Das Ventil 44 enthält ein Ventilteil 60, das von einer ersten Position, in welcher der Anschluss 46 geschlossen und der Anschluss 50 mit dem Anschluss 56 verbunden ist, in eine zweite Position, in welcher der Anschluss 50 geschlossen und der Anschluss 46 mit dem Anschluss 56 verbunden ist, bewegbar. Eine Feder 62 drängt das Ventilteil 60 in seine erste Position. Eine Magnetspule 64 kann erregt werden, um das Ventilteil 60 in seine zweite Position zu bewegen. Alternativ kann das Ventil 44 ein proportionales direktwirkendes Ventil sein, wie es in 4 gezeigt ist, oder ein nichtproportionales direktwirkendes Ventil sein, wie es in 5 gezeigt ist.
  • Ein proportionales Durchflusssteuerventil 70 enthält einen ersten Anschluss 72, einen zweiten Anschluss 74, einen dritten Anschluss 76 und einen vierten Anschluss 78. Der Anschluss 72 steht mit dem dritten Anschluss 56 des Ventils 44 in Verbindung. Der Anschluss 74 steht mit dem Anschluss 50 des Ventils 44 und über ein Rückschlagventil 54 mit dem Sumpf 26 in Verbindung. Der Anschluss 76 steht mit einem ersten Anschluss des Stellantriebs 18 und über eine Blende 77 mit einem zweiten Anschluss des Stellantriebs 18 in Verbindung. Der Anschluss 78 steht mit einem zweiten Anschluss des Stellantriebs 18 und über eine Blende 79 mit dem Anschluss 74 in Verbindung. Vorzugsweise verbindet eine Blende 80 den Anschluss 76 mit dem Anschluss 78. Das Ventil 70 enthält einen Ventilschieber 82, der von einer ersten Position (Stellantriebsverlängerung), in welcher der Anschluss 72 mit dem Anschluss 76 und der Anschluss 78 mit dem Anschluss 74 verbunden sind, in eine zweite, mittlere oder "Schwimm"-Position, in welcher der Anschluss 72 geschlossen ist und die Anschlüsse 76 und 78 mit dem Anschluss 74 verbunden sind, und in eine dritte Position (Stellantriebsrückzug) bewegbar ist, in welcher der Anschluss 72 mit dem Anschluss 78 und der Anschluss 74 mit dem Anschluss 76 verbunden sind. Eine Feder 84 drängt den Ventilschieber 82 in seine erste Position. Die Magnetspule kann erregt werden, um den Ventilschieber 82 in seine zweite und dritte Position zu bewegen.
  • Der Stellantrieb 18 enthält einen Kolben 90 und eine Stange 92, welche in einem Zylinder 94 bewegbar sind und welche den Zylinder in Kammern 96 und 98 unterteilen. Ein Blendendurchlass 100 erstreckt sich durch den Kolben 90 und verbindet die Kammer 96 mit der Kammer 98.
  • Wie am besten aus 3 ersichtlich, ist die ECU 36 mit dem Beschleunigungsaufnehmer 32, dem Sitzpositionssensor 34, der Höhensteuerung 37, der Festigkeitssteuerung 38 der Magnetspule 64 des Ventils 44, der Magnetspule 86 des Ventils 70, der Magnetspule 29 des Kompressors 28 und der Magnetspule 31 der Entlüftung 30 verbunden.
  • Die ECU schaltet das System vorzugsweise in einen "Hydraulik-Aus"-Modus, in dem sie den an das Drucksteuerventil 44 und das Durchflusssteuerventil 70 angelegten Strom auf Null setzt. Wenn diese Ventile gesperrt sind, wirkt die Federung wie eine passive Federung, bei der beide Seiten des Stellantriebs 18 mit dem Sumpf verbunden sind und ihm ein freies Schwimmen ermöglichen. Der "Hydraulik-Aus"-Modus wird vorzugsweise freigegeben, wenn das Fahrzeug steht, eine Fehlerkondition vorliegt, ein Sitzabsenkbefehl durch die Höhensteuerung (Hebe/Senk) 37 erzeugt wird oder wenn der Zündschlüssel (nicht gezeigt) sich in Ausstellung befindet.
  • Beim Übergang von dem "Hydraulik-Aus"-Modus in einen aktiven Steuermodus (Heben über die Steuerung 37 oder aktives Isolieren) setzt die ECU 36 den Strom für Durchflusssteuerventil 70 auf Null, während der an die Magnetspule 64 des Drucksteuerventils 44 angelegt Befehl von Null aus allmählich erhöht wird. Diese allmähliche Erhöhung des Stromes an das Drucksteuerventil 44 liefert eine allmähliche und kontrollierte Erhöhung des Drucks in der Druckversorgung für das Durchflusssteuerventils 70. Nachdem dieser Strombefehl auf ein maximales Niveau "hoch gelaufen" ist, stellt die ECU 36 den Storm für die Magnetspule 86 des Durchflusssteuerventils 70 ein, um den Sitz 12 auf die gewünschte Position zu bewegen. (Die ECU 36 könnte den Strom für das Durchflusssteuerventil 70 auch einstellen bevor der Strom für das Drucksteuerventil 44 sein maximales Niveau erreicht hat). Der Betrieb der ECU 36 und eines dieser zugeordneten Steuersystems ist des Weiteren in der US 6.371.459 und der EP 1 188 608 A1 (die am selben Tag wie die vorliegende Erfindung angemeldet wurden) beschrieben.
  • 4 zeigt ein proportionales direktwirkendes Steuerventil 144, welches an Stelle des Drucksteuerventils 44 verwendet werden kann. Das Ventil 144 hat eine erste Position, in welcher der Anschluss 50 gesperrt ist und der Anschluss 46 mit dem Anschluss 56 verbunden ist, eine zweite Position, in welcher der Anschluss 56 über die Blende 146 bzw. 148 mit den Anschlüssen 46 und 50 verbunden ist, und eine dritte Position, in welcher der Anschluss 46 gesperrt ist und der Anschluss 50 mit dem Anschluss 56 verbunden ist.
  • Bezugnehmend nun auf 5 kann ein nicht-proportionales direktwirkendes Steuerventil 244 anstelle des Drucksteuerventils 44 verwendet werden. Das Ventil 244 hat eine erste Position, in welcher der Anschluss 50 gesperrt ist und der Anschluss 46 mit dem Anschluss 56 verbunden ist, eine zweite Position, in welcher der Anschluss 46 gesperrt ist und der Anschluss 50 mit dem Anschluss 56 verbunden ist. Das Ventil 244 der 5 ist ein nicht-proportionales Ventil ohne Vorsteuerung, wohingegen das Ventil 44 der 2 ein proportionales Ventil mit Vorsteuerung ist.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem besonderen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, versteht es sich, dass im Lichte der vorhergehenden Beschreibung viele Alternativen, Abwandlungen und Variationen für einen Fachmann offensichtlich sind. Beispielsweise ist an Stelle der Sitze die vorliegende Erfindung auch bei Federungssystemen für Massen, wie beispielsweise Fahrzeugkabinen oder -chassis anwendbar. Demgemäß ist diese Erfindung für alle solche Alternativen, Abwandlungen und Variationen bestimmt, die unter den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims (10)

  1. Federungssystem zum Tragen einer Masse (12) auf einer Basis (16) eines Fahrzeugs, enthaltend: eine Hydraulikdruckquelle (24), einen hydraulischen Stellantrieb (18), der zwischen die Masse (12) und die Basis (16) gekoppelt ist, ein erstes Steuerventil (70), welches die Ausdehnung und das Zurückziehen des Stellantriebs (18) steuert, und ein zweites Steuerventil (44), das zwischen der Quelle (24) und einem Einlass (72) des ersten Steuerventils (70) verbunden ist, das zweite Steuerventil (44) hat ein Ventilteil (60), welches von einer ersten Position, in welcher eine Verbindung zwischen der Quelle (24) und dem ersten Steuerventil (70) verschlossen ist, zu einer zweiten Position, in welcher eine Verbindung zwischen der Quelle (24) und dem ersten Steuerventil (70) geöffnet ist, bewegbar ist, das zweite Steuerventil (44) hat eine Feder (62), die vorgespannt ist, um das Ventilteil (60) in seine erste Position zu drängen, und hat eine Magnetspule (64), die erregbar ist, um das Ventilteil (60) aus der ersten Position in seine zweite Position zu bewegen, gekennzeichnet durch eine elektronische Steuereinheit (36), die wirksam mit dem ersten Steuerventil (70) und der Magnetspule (64) des zweiten Steuerventils (44) gekoppelt ist und welche aktiv den hydraulischen Stellantrieb (18) steuert.
  2. Federungssystem nach Anspruch 1, in dem das erste Steuerventil (70) ein Durchflusssteuerventil enthält.
  3. Federungssystem nach Anspruch 1 oder 2, in dem das zweite Steuerventil (44) ein Drucksteuerventil enthält.
  4. Federungssystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das erste Steuerventil (70) eine Nullstellung aufweist, welche die Flüssigkeitsverbindung zu dem Stellantrieb (18) schließt, und während des Inbetriebsetzens die Steuereinheit (36) mit dem zweiten Steuerventil (44) und dem ersten Steuerventil (70) zusammenwirkt, um die Versorgung mit unter Druck stehender Flüssigkeit an das erste Steuerventil (70) zu verhindern bis das erste Steuerventil (70) in seine Nullstellung gefahren ist.
  5. Federungssystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, in dem während eines elektrischen Spannungsabfalls die Feder (62) des zweiten Steuerventils (44) das Ventilteil (60) des zweiten Steuerventils (44) in seine erste Position bewegt, wobei die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Quelle (24) und dem ersten Steuerventil (70) geschlossen wird.
  6. Federungssystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, in dem ein Druckreduzierventil (42) zwischen die Quelle (24) und den Einlass des zweiten Steuerventils (44) eingefügt ist.
  7. Federungssystem nach Anspruch 6, in dem das Druckreduzierventil (42) einen Drucksteueranschluss (52) hat, welcher mit einem Anschluss (50) des zweiten Steuerventils (44) und mit einem Anschluss (74) des ersten Steuerventils (70) verbunden ist.
  8. Federungssystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das zweite Steuerventil (44) den Einlass (72) des ersten Steuerventils (70) mit dem Tank (26) in Verbindung setzt.
  9. Federungssystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das zweite Steuerventil (44) ein proportionales, magnetisch betätigbares, vorgesteuertes Steuerventil ist.
  10. Federungssystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren enthaltend: wenigstens eine Blende (80, 100), die mit dem hydraulischen Stellantrieb (18) verbunden ist, so dass Hydraulikflüssigkeit durch die Blende (80, 100) fließt, wenn sich der hydraulische Stellantrieb (18) bewegt.
DE60116693T 2000-09-05 2001-08-28 Hydraulikkreis für aktives Federungssystem Expired - Lifetime DE60116693T2 (de)

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US09/654,793 US6467748B1 (en) 2000-09-05 2000-09-05 Hydraulic circuit for active suspension system

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DE60116693D1 DE60116693D1 (de) 2006-04-06
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EP (1) EP1186467B1 (de)
JP (1) JP3712643B2 (de)
AR (1) AR031606A1 (de)
AT (1) ATE316015T1 (de)
AU (1) AU773614B2 (de)
BR (1) BR0103881A (de)
CA (1) CA2341794A1 (de)
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