DE10009392B4 - Luftfederungsanlage für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Luftfederungsanlage für ein Kraftfahrzeug, die folgende Merkmale aufweist:
– jedem Rad ist eine Luftfeder (4a bis 4d) zugeordnet, mit der der Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges gegenüber dem entsprechenden Rad (2a bis 2d) abgefedert ist,
– mit jeder, Luftfeder (4a bis 4d) ist jeweils eine Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) verbunden, deren Volumen mit einem Abrollkolben (10a bis 10d) veränderbar ist, wobei durch den Druck in der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) eine Kraft auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausgeübt wird
– jeder Abrollkolben (10a bis 10d) einer Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) steht mit jeweils einem Abrollkolben (14a bis 14d) einer Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) derart in Wirkverbindung, dass dieser eine Kraft auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausübt, die der Kraft, die durch den Druck in der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausgeübt wird, entgegengesetzt ist
und die Luftfederungsanlage darüber hinaus folgende Merkmale...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Luftfederungsanlage für ein Kraftfahrzeug.
  • Aus der D-AS-1 050 669 ist eine Luftfederungsanlage für ein Kraftfahrzeug bekannt. Den Rädern der Hinterachse des Kraftfahrzeuges ist jeweils eine Luftfeder zugeordnet, die über einen Querstabilisator miteinander verbunden sind. Der Querstabilisator enthält jeder Luftfeder zugeordnet jeweils eine Ausgleichluftfeder. Jeder Ausgleichluftfeder ist ein Kolben zugeordnet, mit dem das Volumen der Ausgleichluftfeder veränderbar ist. Die beiden Kolben sind derart miteinander gekoppelt, dass bei einer Volumenverkleinerung der einen Ausgleichluftfeder das Volumen der anderen Ausgleichluftfeder gleichzeitig vergrößert wird. Mit Hilfe der aus der genannten Druckschrift bekannten Luftfederungsanlage ist ein Ausgleich von Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus während einer Kurvenfahrt möglich. So wird während einer Kurvenfahrt die Ausgleichluftfeder des kurvenäußeren Rades verkleinert, wodurch der Luftdruck in der dem kurvenäußeren Rad zugeordneten Luftfeder ansteigt. Gleichzeitig wird die Ausgleichluftfeder der Luftfeder, die dem kurveninneren Rad zugeordnet ist, vergrößert, so dass sich in der kurveninneren Luftfeder der Luftdruck verkleinert. Ein Ausgleich von Nickbewegungen ist mit der aus der genannten Druckschrift bekannten Luftfederungsanlage jedoch nicht möglich, da dazu eine gleichzeitige Druckerhöhung in beiden Luftfedern notwendig wäre, die mit Hilfe des Querstabilisators nicht durchführbar ist. Eine Reduzierung der Aufbaubeschleunigung ist aus den gleichen Gründen ebenfalls nicht möglich. Ferner ist festzustellen, dass mit der aus der genannten Druckschrift bekannten Luftfederungsanlage eine Niveauregelung nicht möglich ist.
  • Aus der DE 37 28 120 C2 und aus der DE 42 11 628 A1 sind ebenfalls jeweils Luftfederungsanlagen bekannt, mit denen ein Ausgleich von Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus während einer Kurvenfahrt möglich ist. Auch hier ist eine Niveauregelung mit Hilfe der Luftfederungsanlage nicht vorgesehen.
  • Luftfederungsanlagen für Kraftfahrzeuge, die zusätzlich als Niveauregelanlagen genutzt werden, sind aus dem Stand der Technik bereits seit langem bekannt. Sie bieten den Vorteil, dass das Niveau des Kraftfahrzeuges unabhängig vom Beladungszustand konstant gehalten werden kann. Darüber hinaus ist grundsätzlich auch ein Ausgleich von Wankbewegungen und Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus möglich. Dies könnte innerhalb einer Niveauregelanlage mit Hilfe des Kompressors durchgeführt werden, mit dem die Luftfedern befüllbar sind. Da es sich bei den Bewegungen jedoch um dynamische Vorgänge handelt, müsste zum Ausgleich dieser der Kompressor häufig eingeschaltet werden, was einen zu hohen Energiebedarf erfordert. Ein Ausgleich der genannten Bewegungen ist auch nicht ohne Weiteres mit Hilfe eines einzigen mit den Luftfedern verbindbaren Druckmittelspeichers möglich, da dazu ein zu großer Druckmittelspeicher erforderlich wäre.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfederungsanlage zu schaffen, mit der auf einfache Art und Weise der Ausgleich von Wankbewegungen und Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus und zusätzlich eine Niveauregelung möglich ist.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Druck in der Luftfeder, der Ausgleichluftfeder und der Kompensationsluftfeder an den Beladungszustand des Kraftfahrzeuges angepasst werden kann und somit eine Niveauregelung mit der Luftfederungsanlage möglich ist. Bei einer Beladung des Kraftfahrzeuges erfolgt dies dadurch, dass die genannten Bestandteile mit Hilfe der Druckmittelquelle aufgefüllt werden. Bei einer Entladung des Kraftfahrzeuges erfolgt dies dadurch, dass die genannten Bestandteile in die Druckmittelsenke entleert werden. Von besonderem Vorteil ist es hierbei, dass auch der Druck in der Kompensationsluftfeder an den Beladungszustand angepasst werden kann. So führt z. B. eine Druckerhöhung in der Ausgleichluftfeder dazu, dass bei gleicher Stellung des Abrollkolbens der Ausgleichluftfeder auf diese eine größere Kraft ausgeübt wird. Diese größere Kraft kann bei gleicher Stellung der Kompensationsluftfeder dadurch kompensiert werden, dass der Druck in dieser ebenfalls erhöht wird. Bei einer Entleerung der Ausgleichluftfeder gilt Entsprechendes. Eine Verstellung des Verstellmechanismus in Folge einer Änderung des Beladungszustandes des Kraftfahrzeuges ist somit nicht oder nur in geringem Umfang notwendig.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
  • 1 einen Teil einer Luftfederungsanlage,
  • 2 eine Luftfederungsanlage,
  • 3a-3d jeweils ein Diagramm,
  • 4a-4d jeweils ein Diagramm.
  • 1 zeigt einen Teil einer Luftfederungsanlage in Form einer Niveauregelanlage. Das Rad 2 eines Kraftfahrzeuges wird mit Hilfe einer Luftfeder in Form einer Luftfeder 4 gegenüber einem (nicht gezeigten) Fahrzeugaufbau abgefedert. Das von dem Balg der Luftfeder 4 umschlossene Luftvolumen steht über eine weitestgehend drosselfreie Verbindungsleitung 6 mit dem Volumen in Verbindung, das von dem Balg der Ausgleichluftfeder 8 umschlossen wird. Das Luftvolumen der Ausgleichluftfeder 8 ist mit Hilfe eines Abrollkolbens in Form eines Abrollkolbens 10 veränderbar, so dass durch eine Bewegung des Abrollkolbens 10 Druckluft von der Ausgleichluftfeder 8 über die Verbindungsleitung 6 in die Luftfeder 4 oder in die umgekehrte Richtung überführt werden kann.
  • In der Luftfeder 4 und in der Ausgleichluftfeder 8 liegt immer der gleich Luftdruck vor. Dieser Luftdruck wirkt auf die druckwirksame Querschnittfläche der Ausgleichluftfeder 8 und übt auf den Abrollkolben 10 eine Kraft aus. Diese Kraft ist so ausgerichtet, dass sie versucht, den Abrollkolben 10 aus der Ausgleichluftfeder 8 „herauszudrücken" und ihr Volumen zu vergrößern.
  • Der Ausgleichluftfeder 8 ist eine Kompensationsluftfeder 16 zugeordnet. Der Abrollkolben 10 der Ausgleichluftfeder 8 steht über eine Verbindungsstange 12 mit dem Abrollkolben 14 der Kompensationsluftfeder 16 in Verbindung. Durch den Luftdruck in der Kompensationsluftfeder 16 wird auf ihre druckwirksame Querschnittsfläche und damit auf ihren Abrollkolben 14 eine Kraft ausgeübt, die versucht, den Abrollkolben 14 aus der Kompensationsluftfeder 16 „herauszudrücken". Der Abrollkolben 10 der Ausgleichluftfeder 8 und der Abrollkolben 14 der Kompensationsluftfeder 16 sind so zueinander ausgerichtet, dass die auf sie wirkenden Kräfte in die entgegensetzte Richtung wirken. Wenn die beiden genannten Kräfte vom Betrag her gleich groß sind, befinden sich die beiden Abrollkolben 10, 14 in Ruhe, da sich die auf sie wirkenden Kräfte aufheben.
  • Die Verbindungsstange 12 steht über eine Stange 18 mit einem Verstellmechanismus 20 in Wirkverbindung, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Linearantrieb ausgebildet ist. Mit Hilfe des Verstellmechanismus 20 können die beiden Abrollkolben 10, 14 hin und her bewegt werden. Hierbei stehen die Abrollkolben 10, 14 über die Verbindungsstange 12 derart miteinander in Verbindung, dass bei einer Verkleinerung des Volumens der Ausgleichluftfeder 8 das Volumen der Kompensationsluftfeder 14 vergrößert wird (Bewegung der Abrollkolben 10, 14 nach links), und dass bei einer Vergrößerung des Volumens der Ausgleichluftfeder 8 das Volumen der Kompensationsluftfeder 16 verkleinert wird (Bewegung der Abrollkolben 10, 14 nach rechts).
  • Die Ausgleichluftfeder 8 und die Kompensationsluftfeder 16 sind so aufeinander abgestimmt, dass in jeder Stellung der Abrollkolben 10, 14, die mit dem Verstellmechanismus 20 einstellbar ist, die durch den Luftdruck der Ausgleichluftfeder 8 auf ihren Abrollkolben 10 ausgeübte Kraft weitestgehend durch die Kraft kompensiert wird, die durch den Abrollkolben 14 der Kompensationsluftfeder 16 auf den Abrollkolben 10 der Ausgleichluftfeder 8 ausgeübt wird. Dadurch ist es möglich, dass mit Hilfe des Verstellmechanismus 20 die Abrollkolben 10, 14 weitestgehend kraftfrei hin und her bewegt werden können, wenn dies aufgrund der Fahrdynamik notwendig ist (wie eine Abstimmung der Ausgleichluftfeder 8 und der Kompensationsluftfeder 16 im einzelnen erfolgt, wird im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert).
  • Ist bei einer Kurvenfahrt das Rad 2 beispielsweise ein kurvenäußeres Rad, so wird das Rad 2 durch den Fahrzeugaufbau zusätzlich belastet. Dies würde zu einer Verkürzung der Luftfeder 4 und damit zu einer Wankbewegung des Kraftfahrzeuges führen. Zum Ausgleich dieser Wankbewegung muss Druckluft aus der Ausgleichluftfeder 8 in die Luftfeder 4 überführt werden, d. h. der Abrollkolben 10 und damit der Abrollkolben 14 muss durch den Verstellmechanismus 20 nach links gefahren werden. Der Luftdruck in der Luftfeder 4 und in der Ausgleichluftfeder 8 steigt dann an, so dass eine Wankbewegung unterbunden wird. Entsprechendes gilt, wenn die Luftfeder 4 durch die Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus (z. B. bei einem Bremsvorgang) zusätzlich belastet wird.
  • Handelt es sich hingegen bei dem Rad 2 z. B. um ein kurveninneres Rad, so wird es während der Kurvenfahrt von dem Gewicht des Fahrzeugaufbaus zum Teil entlastet. Dies würde zu einer Verlängerung der Luftfeder 4 und zu einer Anhebung des Fahrzeugaufbaus führen. Zur Unterdrückung dieser Wankbewegung wird der Abrollkolben 10 und damit der Abrollkolben 14 durch den Verstellmechanismus 20 nach rechts gefahren, so dass sich der Luftdruck in der Luftfeder 4 und der Ausgleichluftfeder 8 erniedrigt. Die Tragkraft der Luftfeder 4 verringert sich dann, wodurch ein Anheben des Fahrzeugaufbaus durch die Luftfeder 4 während der Kurvenfahrt unterdrückt wird.
  • Bei einer Verkürzung oder Verlängerung der Luftfeder 4 aufgrund einer Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus wird entsprechend vorgegangen.
  • Die Verbindungsleitung 6 (und damit das Luftvolumen der Luftfeder 4 und das Luftvolumen der Ausgleichluftfeder 8; alternativ können diese Luftvolumina auch direkt mit einer Druckluftleitung verbunden werden) und das Luftvolumen der Kompensationsluftfeder 16 sind jeweils mit einer Druckluftleitung 22, 24 verbunden, die in einem Punkt 26 zusammengeführt werden. In jeder Druckluftleitung 22, 24 befindet sich ein steuerbares 2/2-Wegeventil 28 bzw. 30, mit dem die Druckluftleitungen 22, 24 gesperrt bzw. durchgeschaltet werden können. Vom Punkt 26 ausgehend führt eine Druckluftleitung 32 zu dem (nicht gezeigten) Kompressor der Luftfederungsanlage. Wenn das Wegeventil 28 von dem in der 1 gezeigten Grundzustand durch die Steuereinheit der Luftfederungsanlage in den Schaltzustand überführt wird, ist die Druckluftleitung 22 durchgeschaltet. Die Luftfeder 4 und die Ausgleichluftfeder 8 können dann mit Druckluft aus dem Kompressor gefüllt werden, um das Niveau des Fahrzeugaufbaus anzuheben. Gleichzeitig wird vorzugsweise das Wegeventil 30 von dem in der 1 gezeigten Grundzustand durch die Steuereinheit der Luftfederungsanlage in den Schaltzustand überführt, so dass auch die Druckluftleitung 24 durchgeschaltet ist. Infolgedessen wird auch die Kompensationsluftfeder mit Druckluft aus dem Kompressor aufgefüllt. Dadurch ist sichergestellt, dass sich sowohl der Luftdruck in der Ausgleichluftfeder 8 als auch in der Kompensationsluftfeder 16 erhöht, und somit das oben erläuterte Kräftegleichgewicht der auf die Abrollkolben 10, 14 wirkenden Kräfte bei gleichbleibender Stellung der Abrollkolben 10, 14 zumindest weitestgehend erhalten bleibt. Eine Bewegung der Abrollkolben 10, 14 mit Hilfe des Verstellmechanismus 20 ist dann nur in geringem Maße oder gar nicht notwendig.
  • Über die Wegeventile 28 bzw. 30 kann die Luftfeder 4, die Ausgleichluftfeder 8 und die Kompensationsluftfeder 16 auch mit einer Druckmittelsenke, z. B. der Atmosphäre, verbunden werden. Hiervon wird z. B. Gebrauch gemacht, wenn das Niveau des Fahrzeugaufbaus aufgrund eines geänderten Beladungszustandes abgesenkt werden soll.
  • 2 zeigt in stark schematisierter Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Luftfederungsanlage. Der 2 ist zu entnehmen, dass jedem Rad des Kraftfahrzeuges eine Einheit gemäß der 1, enthaltend eine Luftfeder 4, eine Ausgleichluftfeder 8, eine Kompensationsluftfeder 16 und ein Verstellmechanismus 20, zugeordnet ist. Dadurch wird es möglich, das Niveau eines jeden Rades 2 des Kraftfahrzeuges mit einer der genannten Einheiten separat zu regeln. Mit der Luftfederungsanlage können abhängig vom Fahrzustand des Kraftfahrzeuges Wank- und Nickbewegungen und Aufbaubeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus unterdrückt werden. Der Fahrzustand des Kraftfahrzeuges wird mit Hilfe der Steuereinheit 34 der Luftfederungsanlage erfasst. In der Steuereinheit 34 gehen über einen CAN-Bus 36 Daten über den Lenkradwinkel und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und darüber hinaus gegebenenfalls Informationen über die Betätigung des Bremspedals und des Gaspedals ein. Darüber hinaus verfügt jede der oben genannten Einheiten über einen der Luftfeder 4 zugeordneten Höhensensor 38 und Aufbaubeschleunigungssensor 40 und einen Verstellwegsensor 42. Die Daten der genannten Sensoren werden über Leitungen 44, 46, 48 und 50 ebenfalls an die Steuereinheit 34 übermittelt. Die Steuereinheit 34 erkennt anhand der Leitung, über die die Sensordaten eingehen, von welchem Rad diese Daten übermittelt worden sind. Gehen die Daten beispielsweise über die Leitung 46 ein, so stammen die Daten von dem Rad in der Radposition „hinten rechts" (in der 2 mit HR abgekürzt).
  • Die Steuereinheit 34 kann aus den vorliegenden Daten den Fahrzustand des Kraftfahrzeuges bestimmen. Fährt das Kraftfahrzeug beispielsweise eine Linkskurve, so wird der Steuereinheit 34 über den CAN-Bus 36 ein entsprechender Lenkradwinkel angezeigt. Darüber hinaus zeigen die Höhensensoren 38a und 38b ein niedrigeres Höhenniveau des Fahrzeugaufbaus an, als die Höhensensoren 38c und 38d, da es sich bei den Rädern 2a und 2b um die kurvenäußeren und bei den Rädern 2c und 2d um die kurveninneren Räder handelt. Die Steuereinheit 34 schließt aus den vorliegenden Daten auf eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus zur rechten Fahrzeugseite. Nachdem die Steuereinheit 34 dies festgestellt hat, werden von ihr die Verstellmechanismen 20a bis 20d derart angesteuert, dass die Wankbewegung ausgeglichen werden kann. Ein Ausgleich der Wankbewegungen hat stattgefunden, wenn alle vier Höhensensoren 38a bis 38d das gleiche Höhenniveau anzeigen. Entsprechend wird bei einer Rechtskurve vorgegangen.
  • Eine Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus an der Vorderachse aufgrund eines Bremsvorganges kann von der Steuereinheit 34 wie folgt festgestellt werden: Bei einer Geradeausfahrt wird der Steuereinheit 34 über den CAN-Bus 36 ein der Geradeausfahrt entsprechender Lenkradwinkel angezeigt. Darüber hinaus geht aus dem Signal der Höhensensoren 38b, 38c und 38a, 38d hervor, dass sich das Niveau des Fahrzeugaufbaus im Bereich der Vorderräder abgesenkt und im Bereich der Hinterräder angehoben hat. Ferner schließt das Steuergerät 34 aus der Reduzierung der über den CAN-Bus 36 übertragenen Geschwindigkeit, dass das Kraftfahrzeug abgebremst wird. Aus den vorliegenden Daten schließt die Steuereinheit 34 auf eine Nickbewegung des Kraftfahrzeuges. Zum Ausgleich dieser Nickbewegung werden die Verstellmechanismen 20b, 20c und 20a, 20d entsprechend bewegt. Die Bewegung der Verstellmechanismen 20b, 20c und 20a und 20d erfolgt solange, bis die Höhensensoren 38b, 38c und 38a, 38d der Steuereinheit 34 das gewünschte Niveau anzeigen. Ist das gewünschte Niveau erreicht, so werden die Verstellmechanismen 20b, 20c und 20a, 20d durch die Steuereinheit 34 nicht mehr angesteuert und bleiben in der zuletzt eingenommenen Position stehen. Auf entsprechende Art und Weise kann eine Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus im Bereich der Hinterachse aufgrund einer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges ausgeglichen werden.
  • Im Zusammenhang mit den 3 und 4 wird im Folgenden erläutert, wie eine Abstimmung einer Ausgleichluftfeder zu der ihr zugeordneten Kompensationsluftfeder 16 erfolgt. 3 zeigt hierbei, wie die Abstimmung erfolgen muss, wenn durch die Regelung mit der Luftfederungsanlage ein Ausgleich des Beladungszustandes des Fahrzeugaufbaus mit minimalem Energieaufwand durchgeführt werden soll. Die genannten Ausgleiche werden dadurch herbeigeführt, dass das Volumen jeder Luftfeder 4 unabhängig von der Situation des Kraftfahrzeuges konstant gehalten wird und nur der Druck in den Luftfedern angeglichen wird (bei einer Erhöhung der Beladung wird der Druck z. B. erhöht etc.).
  • 3a zeigt ein Diagramm, in dem das Höhenniveau h einer Luftfeder über dem in der Luftfeder 4 vorliegenden Druck p aufgetragen ist. Die Sollhöhe h0 in der Luftfeder 4 ist (willkürlich) mit 0 festgelegt worden. Die Kennlinie 1 gibt den Zusammenhang zwischen dem Druck p in der Luftfeder 4 und der Höhe h wieder, wenn in der Luftfeder 4 ein bestimmter Luftdruck p1 bei der Höhe h0 vorliegt. Die Kennlinie 2 gibt den gleichen Zusammenhang wieder, wenn in der Luftfeder 4 der Druck p2 bei der Sollhöhe h0 vorliegt. Zum Ausgleich einer Wank- oder einer Nickbewegung bzw. einer Änderung des Beladungszustandes soll das Volumen und damit die Sollhöhe h0 der entsprechenden Luftfeder 4 erhalten bleiben und der Druck p entsprechend verändert werden, z. B. von p1 auf p2 erhöht werden, wenn das Kraftfahrzeug beladen wird. Da jede Luftfeder 4 über eine Verbindungsleitung 6 mit einer Ausgleichluftfeder 8 verbunden ist, liegt in der Ausgleichluftfeder 8 immer der gleiche Luftdruck vor wie in der Luftfeder 4. Eine Änderung des Luftdruckes in der Luftfeder 4 wird dadurch herbeigeführt, dass der Luftdruck mit Hilfe des Verstellmechanismus 20 in der Ausgleichluftfeder 8 entsprechend verändert wird.
  • 3b zeigt ein Diagramm, in dem der Verstellweg xstell des Verstellmechanimus 20 über dem Luftdruck p in der Ausgleichluftfeder 8 aufgetragen ist. Hierbei wird bei dem Verstellweg x0 = 0 eingenommen, wenn die Luftfeder 4 die Sollhöhe h0 einnimmt und in der Luftfeder 4 und der Ausgleichluftfeder 8 liegt dann der Luftdruck p1 vor. Um den Luftdruck in der Ausgleichluftfeder 8 und damit in der Luftfeder 4 von p1 auf p2 zu erhöhen, muss der Verstellweg des Verstellmechanismus 20 von x0 auf x1 geändert werden, d. h. bei einer Anordnung gemäß der 1 muss der Verstellmechanismus 20 um die Strecke x1 – x0 nach links gefahren werden, um den Druck von p0 auf p1 zu erhöhen. Der Verstellweg des Verstellmechanismus wird durch den Verstellwegsensor 42 erfasst (s. 1) und von der Steuereinheit 34 der Luftfederungsanlage 34 gesteuert. Entsprechend wird bei anderen Druckänderungen vorgegangen.
  • 3c zeigt ein Diagramm, in dem die druckwirksame Querschnittsfläche der Ausgleichluftfeder 8 über dem Verstellweg xstell des Verstellmechanismus 20 aufgetragen ist. Aus den 3b und 3c lässt sich für jeden möglichen Verstellweg x des Verstellmechanismus 20 der Druck p (x) in der Ausgleichluftfeder 8 und die druckwirksame Querschnittsfläche A (x) für diesen Verstellweg bestimmen. Aus dem Produkt dieser beiden Werte ergibt sich die Kraft F, die von der Druckluft in der Ausgleichluftfeder 8 auf den Abrollkolben 10 ausgeübt wird. Diese Kraft muss durch die Kraft Fkomp kompensiert werden, die durch die Druckluft in der Kompensationsluftfeder 16 auf den Abrollkolben 14 ausgeübt wird.
  • In der 3d ist die Kraft Fkomp über dem Verstellweg xstell aufgetragen. Hierbei wird Fkomp(X) = p(x)·A(x) aus den entsprechenden Wertepaaren der 3b und 3c für jeden Verstellweg berechnet.
  • Zur Auslegung der Kompensationsluftfeder 16 wird für einen frei wählbaren Verstellweg xstell die druckwirksame Querschnittsfläche der Kompensationsluftfeder 16 bestimmt. Darüber hinaus wird die Kompensationsluftfeder mit einem Druck p derart beaufschlagt, dass das Produkt aus der druckwirksamen Querschnittfläche A und dem Luftdruck p die Kompensationskraft Fkomp für den gewählten Verstellweg xstell ergibt. Ausgehend von diesen festgelegten Werten wird der Abrollkolben 14 der Kompensationsluftfeder 16 so konfiguriert, dass sich bei jedem Verstellweg xstell, der mit Hilfe des Verstellmechanismusses 20 eingestellt wird, die druckwirksame Querschnittsfläche der Kompensationsluftfeder genauso einstellt, dass das Produkt aus dem in der Kompensationsluftfeder 16 vorliegenden Druck p und der druckwirksamen Querschnittsfläche A die benötigte Kompensationskraft Fkomp ergibt. Ist eine entsprechende Abstimmung der Kompensationsluftfeder 16 nicht alleine über eine entsprechende Formgebung des Abrollkolbens 14 möglich, so kann die Kompensationsluftfeder 16 zusätzlich von einer Stützglocke umgeben sein, die den Balg der Kompensationsluftfeder 16 so in seiner radialen Ausdehnung beschränkt, dass sich die gewünschten druckwirksamen Querschnittsflächen A einstellen. Auf entsprechende Art und Weise ist auch eine Auslegung der Ausgleichluftfeder 8 möglich.
  • Im Zusammenhang mit der 4 wird im Folgenden erläutert, wie mit Hilfe der erfindungsgemäßen Luftfederungsanlage eine Reduzierung der Aufbaubeschleunigung des Fahrzeugaufbaues bzw. ein Niveauwechsel des Fahrzeugaufbaues mit minimalem Energieaufwand durchgeführt werden kann. Wie bereits eingangs erläutert, wird eine Reduzierung der Aufbaubeschleunigung des Fahrzeugaufbaues bzw. ein Niveauwechsel des Fahrzeugaufbaues dadurch erreicht, dass das Niveau einer Luftfeder 4 geändert wird und der Druck in dieser Luftfeder 4 konstant gehalten wird. In der 4a ist er Druck p einer Luftfeder 4 über der Höhe h in dieser Luftfeder 4 aufgetragen. Vor einem Regelvorgang nimmt die Luftfeder eine Höhe h0 und einen Druckwert p0 ein, wobei das Wertepaar (h0, p0) auf einer Kennlinie 1 liegt. Wird eine Regelung zur Reduzierung der Aufbaubeschleunigung des Fahrzeugaufbaues bzw. zur Erreichung eines Niveauwechsels durchgeführt, so wird die Höhe der Luftfeder 4 verändert, wobei der Druck konstant gehalten wird. Dies bedeutet, dass bei einer solchen Regelung die Kennlinie 1 verlassen wird. Soll der Fahrzeugaufbau beispielsweise angehoben werden, die Höhe de Luftfeder also beispielsweise von dem Wert h0 auf den Wert h1 angehoben werden, und hierbei der Druck p0 konstant gehalten werden, so liegt das neue Wertpaar (h1, p0) auf der Kenlinie 2.
  • Die Höhenänderung der Luftfeder 4 wird dadurch herbeigeführt, dass das Volumen der der Luftfeder 4 zugeordneten Ausgleichluftfeder 8 vergrößert bzw. verkleinert wird (je nach Regelwunsch). Eine Veränderung des Volumens der Ausgleichluftfeder 8 wird, wie bereits oben erläutert, mit Hilfe des Verstellmechanismus 20 durchgeführt. Soll beispielsweise das Niveau des Fahrzeugaufbaus im Bereich einer Luftfeder verkleinert werden, so muss dazu das Volumen der entsprechenden Luftfeder verkleinert werden. Um die bei einem konstanten Luftdruck in der Luftfeder und der ihr zugeordneten Ausgleichluftfeder zu erreichen, muss das Volumen der Ausgleichluftfeder vergrößert werden. Bei einer Anhebung des Fahrzeugaufbaus (Vergrößerung des Niveaus) gilt Entsprechendes.
  • 4b zeigt ein Diagramm, in dem der Druck in der Ausgleichluftfeder 8 (und damit in der Luftfeder 4) über dem Verstellweg xstell des Verstellmechanismus 20 aufgetragen ist. Da bei einer Reduzierung der Aufbaubeschleunigung des Fahrzeugaufbaues bzw. bei einem Niveauwechsel des Fahrzeugbaues der Druck in der Luftfeder 4 und damit in der Ausgleichluftfeder 8 konstant gehalten wird, ergibt sich in der 4b eine Gerade, die bei einem bestimmten Druckwert parallel zu der x-Achse des Diagramms verläuft. Diese Gerade gibt den Zusammenhang zwischen dem Druck in der Ausgleichluftfeder 8 und dem Verstellweg des Verstellmechanismus 20 wieder.
  • 4c zeigt ein Diagramm, in dem die druckwirksame Querschnittsfläche A der Ausgleichluftfeder 8 über dem Verstellweg xstell des Verstellmechanismus aufgetragen ist. Dem Diagramm der 4c ist eine Kennlinie zu entnehmen, die den Zusammenhang zwischen dem Verstellweg xstell und der druckwirksamen Querschnittsfläche A der Luftfeder 8 wiedergibt.
  • Aus den in den 4b und 4c eingezeichneten Kennlinien kann die Kompensationskraft Fkomp, die von der Kompensationsluftfeder 16 aufzubringen ist, genauso berechnet werden, wie es bereits im Zusammenhang mit der 3d erläutert worden ist. Eine entsprechende Kennlinie für die Kompensationskraft Fkomp ist in der 4d eingezeichnet. Die Kompensationsluftfeder 16 wird derart ausgebildet, dass von ihr bei jedem möglichen Verstellweg xstell die entsprechende Kompensationskraft Fkomp aufgebracht wird. Dies erfolgt analog zu dem Vorgehen, das bereits im Zusammenhang mit der 3d erläutert worden ist.
  • Die Kennlinien der 3d und 4d verlaufen zwangsläufig unterschiedlich, da die Kennlinien in den 3b und 4b unterschiedlich verlaufen und diese Kennlinien in die Bestimmung der Kenlinien der 3d und 4d einfließen. Wird die Kompensationsluftfeder entsprechend der Kennlinie der 3d ausgebildet, ist mit Hilfe der erfindungsgemäßen Luftfederungsanlage an jedem Rad des Kraftfahrzeuges ein Ausgleich von Wankbewegungen, Nickbewegungen und Beladungen des Fahrzeugaufbaues mit minimalem Energieaufwand möglich. Wird hingegen die Kompensationsluftfeder 16 entsprechend der Kennlinie der 4d ausgebildet, ist mit Hilfe der erfindungsgemäßen Luftfederungsanlage an jedem Rad ein Ausgleich von Aufbaubeschleunigungen des Fahrzeugaufbaues und ein Niveauwechsel mit minimalen Energieaufwand möglich. Ein Kompromiss zwischen beiden Regelwünschen kann dadurch gefunden werden, dass man für die Auslegung der Kompensationsluftfeder 16 eine Kennlinie wählt, die zwischen den beiden Kennlinien liegt. Vorzugsweise wird diese Kennlinie so ausgewählt, dass sie bei jedem Verstellweg xstell des Verstellmechanismus 20 gleich weit von der Kennlinie gemäß der 3d und der Kennlinie gemäß der 4d entfernt ist. Entsprechende mathematische Verfahren, mit denen eine solche Kennlinie gefunden werden kann, sind bekannt.
    • 2
    Rad
    4
    Luftfeder
    6
    Verbindungsleitung
    8
    Ausgleichluftfeder
    10
    Abrollkolben
    12
    Verbindungsstange
    14
    Abrollkolben
    16
    Kompensationsluftfeder
    18
    Stange
    20
    Verstellmechanismus
    22, 24
    Druckluftleitung
    26
    Punkt
    28, 30
    2/2-Wegeventil
    32
    Druckluftleitung
    34
    Steuereinheit
    36
    CAN-Bus
    38
    Höhensensor
    40
    Aufbaubeschleunigungssensor
    42
    Verstellwegsensor
    44, 46, 48, 50
    Leitungen

Claims (5)

  1. Luftfederungsanlage für ein Kraftfahrzeug, die folgende Merkmale aufweist: – jedem Rad ist eine Luftfeder (4a bis 4d) zugeordnet, mit der der Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges gegenüber dem entsprechenden Rad (2a bis 2d) abgefedert ist, – mit jeder, Luftfeder (4a bis 4d) ist jeweils eine Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) verbunden, deren Volumen mit einem Abrollkolben (10a bis 10d) veränderbar ist, wobei durch den Druck in der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) eine Kraft auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausgeübt wird – jeder Abrollkolben (10a bis 10d) einer Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) steht mit jeweils einem Abrollkolben (14a bis 14d) einer Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) derart in Wirkverbindung, dass dieser eine Kraft auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausübt, die der Kraft, die durch den Druck in der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausgeübt wird, entgegengesetzt ist und die Luftfederungsanlage darüber hinaus folgende Merkmale aufweist: – jeweils einen Verstellmechanismus (20a bis 20d) für jede Ausgleichluftfeder (8a bis 8d), mit dem gleichzeitig jeweils ein Abrollkolben (10a bis 10d) einer Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und jeweils ein Abrollkolben (14a bis 14d) einer Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) in Richtung der genannten Kräfte verstellbar sind – jeweils eine Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und die ihr zugeordnete Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) sind so aufeinander abgestimmt, dass in jeder Stellung des Abrollkolbens (10a bis 10d) der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und des Abrollkolbens (14a bis 14d) der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d), die mit dem jeweiligen Verstellmechanismus (20a bis 20d) einstellbar ist, die durch den Druck in der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausgeübte Kraft zumindest weitestgehend durch die Kraft kompensiert wird, die durch die Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) auf den Abrollkolben (14a bis 14d) ausgeübt wird, so dass – der Verstellmechanismus (20a bis 20d) durch den Abrollkolben (10a bis 10d) unterstützt wird, wenn eine Verstellung des Abrollkolbens (10a bis 10d) der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und des Abrollkolbens (14a bis 14d) der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) in die Richtung erfolgt, die der Kraft, die von der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausgeübt wird, entgegengesetzt ist, und – der Verstellmechanismus (20a bis 20d) durch die Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) unterstützt wird, wenn eine Verstellung des Abrollkolbens (10a bis 10d) der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und des Abrollkolbens (14a bis 14d) der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) in die Richtung der Kraft erfolgt, die von der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausgeübt wird – die den Ausgleichluftfedern (8a bis 8d) zugeordneten Verstellmechanismen (20a bis 20d) sind unabhängig voneinander betätigbar und – die einem Rad zugeordnete Luftfeder (4a bis 4d), die dazugehörige Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und die dazugehörige Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) sind über mindestens ein verstellbares Wegeventil (28, 30) mit einer Druckmittelquelle oder Druckmittelsenke verbindbar.
  2. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und die Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) so aufeinander abgestimmt sind, dass während einer Regelung durch die Luftfederungsanlage, in der das Volumen der Luftfeder (4a bis 4d) weitestgehend konstant gehalten und der Druck in der Luftfeder (4a bis 4d) verändert wird, in den zu dieser Regelung gehörenden, Stellungen des Abrollkolbens (10a bis 10d) der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und des Abrollkolbens (14a bis 14d) der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) die durch den Druck in der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausgeübte Kraft zumindest weitestgehend durch die Kraft kompensiert wird, die durch die Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) auf den Abrollkolben (14a bis 14d) ausgeübt wird.
  3. Luftfederungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und die Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) so aufeinander abgestimmt sind, dass während einer Regelung durch die Luftfederungsanlage, in der das Volumen der Luftfeder (4a bis 4d) verändert wird und der Druck in der Luftfeder (4a bis 4d) weitestgehend konstant gehalten wird, in den zu dieser Regelung gehörenden Stellungen des Abrollkolbens (10a bis 10d) der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) und des Abrollkolbens (14a bis 14d) der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) die durch den Druck in der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) auf den Abrollkolben (10a bis 10d) ausgeübte Kraft zumindest weitestgehend durch die Kraft kompensiert wird, die durch die Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) auf den Abrollkolben (14a bis 14d) ausgeübt wird.
  4. Luftfederungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrollkolben (10a bis 10d) der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) oder der Abrollkolben (14a bis 14d) der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) derart konfiguriert ist, dass sich bei unterschiedlichen Stellungen des Abrollkolbens (10a bis 10d) bzw. des Abrollkolbens (14a bis 14d) unterschiedliche druckwirksame Querschnittsflächen der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) bzw. der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) ergeben.
  5. Luftfederungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg der Ausgleichluftfeder (8a bis 8d) oder der Kompensationsluftfeder (16a bis 16d) von einer Stützglocke umgeben ist.
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