DE10027369B4

DE10027369B4 - Kraftfahrzeug mit mindestens einem Federungssystem zur Federung eines Kraftfahrzeugrades

Info

Publication number: DE10027369B4
Application number: DE2000127369
Authority: DE
Inventors: Holger Oldenettel; Christof Behmenburg
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: DE10027369A1

Abstract

Federungssystem für ein Kraftfahrzeug zur Federung eines Kraftahrzeugrades gegenüber dem Fahrzeugaufbau (10), das folgende Bestandteile enthält:
– eine Luftfeder (2) und ein Zusatzvolumen (4) und
– eine Verbindungsleitung (6), die die Luftfeder (2) mit dem Zusatzvolumen (4) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass
das Federungssystem derart ausgebildet ist, dass die Resonanzfrequenz des Federungssystems einer Eigenfrequenz eines Bauteiles des Kraftfahrzeuges entspricht, um die Einleitung von großen Schwingungen in den Fahrzeugaufbau (10) zu unterdrücken, weil die Steifigkeit des Federungssystems bei der Resonanzfrequenz und somit bei der Eigenfrequenz des Bauteiles ein Minimum aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Federungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Moderne Kraftfahrzeuge werden häufig zumindest an der Hinterachse mit einer Luftfederanlage versehen, mit der die Hinterachse gegenüber dem Fahrzeugaufbau federnd gelagert ist, da eine Luftfederanlage den Vorteil bietet, dass das Niveau des Fahrzeugaufbaus unabhängig von seinem Beladungszustand konstant gehalten werden kann. Ein besonders guter Federungskomfort kann mit einer Luftfederanlage erreicht werden, wenn jede Luftfeder mit jeweils einem Zusatzvolumen in Verbindung steht, das die Steifigkeit der Luftfeder absenkt. Die Verbindung zwischen dem Luftvolumen einer Luftfeder und dem ihr zugeordneten Zusatzvolumen kann in kritischen Fahrsituationen des Kraftfahrzeuges unterbrochen werden, um die Steifigkeit der Luftfedern zu erhöhen und infolgedessen starke Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus zu unterdrücken.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass eine Luftfederanlage einen hohen Federungskomfort und eine hohe Sicherheit des Kraftfahrzeuges bietet. Es ist jedoch festzustellen, dass bei bestimmten Eigenfrequenzen Bauteile des Kraftfahrzeuges zu Schwingungen angeregt werden, die auf die Luftfedern und auf die ihnen zugeordneten Zusatzvolumina übertragen und von dort in den Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges eingeleitet werden. Eine gezielte Unterdrückung bzw. Abschwächung von in den Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges eingeleiteten Schwingungen findet durch eine Luftfeder und das ihr zugeordnete Zusatzvolumen nicht statt. Wird beispielsweise das einer Luftfeder zugeordnete Rad von der Fahrbahnoberfläche zu Schwingungen mit seiner vertikalen Eigenfrequenz angeregt, so schwingt es mit großer Amplitude in der vertikalen Richtung. Diese Schwingungen werden auf die Luftfeder und das ihr zugeordnete Zusatzvolumen übertragen, so dass über die Luftfeder und das Zusatzvolumen Schwingungen mit großer Amplitude und große Kräfte in den Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges eingeleitet werden.

Ein Federungssystem der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der GB 2 274 144 bekannt, das bei der Eigenfrequenz des Fahrzeugaufbaus bzw. der Achse des Fahrzeuges eine maximale Dämpfung aufweist. Dazu weist das Federungssystem eine Luftfeder mit einem ersten Zusatzvolumen auf, das über eine breite Verbindungsleitung mit der Luftfeder verbunden ist. Darüber hinaus weist das Federungssystem ein zweites Zusatzvolumen auf, das über eine weitere schmale Verbindungsleitung mit der Luftfeder verbunden ist. Die schmale Verbindungsleitung wird zur Kontrolle der Eigenfrequenz des Fahrzeugaufbaus und die breite Verbindungsleitung wird zur Kontrolle der Eigenfrequenz der Achse benutzt. Mit dem aus der GB 2 274 144 bekannten Federungssystem ist eine Dämpfung der Eigenschwigungen der Fahrzeugachse und des Fahrzeugaufbaus möglich. Es ist jedoch festzustellen, dass eine starke Dämpfung der Eigenschwingungen mit der Luft, die zwischen der Luftfeder und den Zusatzvolumina hin- und herströmt, nur schwierig möglich ist, da die bei der Luftströmung in Wärme umgewandelte Energie im Allgemeinen dazu nicht ausreichend ist. Darüber hinaus werden zum Bedämpfen von niedrigen Frequenzen große Zusatzvolumina benötigt, die in modernen Kraftfahrzeugen nur schwierig unterzubringen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Federungssystem zu schaffen, das die Einleitung der Schwingungen in den Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges eines mit seiner Eigenfrequnz schwingenden Bauteiles gezielt unterdrückt bzw. weitestgehend abschwächt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung macht es sich zunutze, dass die Steifigkeit des Federungssystems bei seiner Resonanzfrequenz ein Minimum aufweist. Da der Betrag, der über das Federungssystem in den Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges eingeleiteten Kraft proportional zu der Steifigkeit des Federungssystems ist, ist bei der Resonanzfrequenz des Federungssystems die Einleitung von Kräften in den Fahrzeugaufbau minimiert. Eine Einleitung von großen Schwingungen bzw. von großen Kräften in den Fahrzeugaufbau, die durch ein Bauteil, das mit seiner Eigenfrequenz schwingt, erzeugt werden, wird also wirksam unterdrückt bzw. stark abgeschwächt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird bei vorgegebenem Luftvolumen der Luftfeder und bei vorgegebenem Zusatzvolumen die Verbindungsleitung derart ausgebildet, dass sich die gewünschte Resonanzfrequenz des Federungssystems einstellt. Vorzugsweise ist die Verbindungsleitung rohrförmig ausgebildet und weist über ihre gesamte Länge den gleichen kreisrunden Querschnitt auf. Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass das Luftvolumen der Luftfeder und das Zusatzvolumen entsprechend den Erfordernissen des Federungssystems frei vorgegeben werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 entspricht die Resonanzfrequenz des Federungssystems der vertikalen Eigenfrequenz des Rades, das dem Federungssystem zugeordnet ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Einleitung von vertikalen Schwingungen des Rades in den Fahrzeugaufbau, die auf Grund der großen Masse des Rades besonders große Kräfte hervorrufen, wirksam unterdrückt bzw. stark abgeschwächt werden kann. Gemäß Anspruch 4 liegt die Resonanzfrequenz bei ca. 15–25 Hz, vorzugsweise bei 18–22 Hz. Es hat sich gezeigt, dass sich bei einer derartigen Wahl der Resonanzfrequenz die Einleitung von Schwingungen der mit seiner Eigenfrequenz schwingenden Rades besonders wirksam unterdrücken bzw. abschwächen lässt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 entspricht die Resonanzfrequenz des Federungssystems der Eigenfrequenz des Reifens, dem das Federungssystem zugeordnet ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Einleitung von Schwingungen in den Fahrzeugaufbau, die der Reifen gegenüber der Felge des Rades ausführt, wirksam unterdrückt bzw. stark abgeschwächt wird. Gemäß Anspruch 6 liegt die Resonanzfrequenz bei ca. 70–90 Hz, vorzugsweise bei 75–85 Hz. Es hat sich gezeigt, dass sich bei einer derartigen Wahl der Resonanzfrequenz die Einleitung von Schwingungen des mit seiner Eigenfrequenz schwingenden Reifens besonders wirksam unterdrücken bzw. abschwächen fassen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 weist das Federungssystem mehrere Zusatzvolumina auf, von denen jedes über jeweils eine Verbindungsleitung mit der Luftfeder verbunden ist, so dass das Federungssystem mehrere Resonanzfrequenzen aufweist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Einleitung mehrerer Schwingungen bei unterschiedlichen Eigenfrequenzen der schwingenden Bauteile wirksam unterdrückt werden kann. So kann beispielsweise eine der Resonanzfrequenzen dazu genutzt werden, die Einleitung der Schwingungen des mit seiner Eigenfrequenz schwingenden Rades in den Fahrzeugaufbau zu unterdrücken, wohingegen eine weitere Eigenfrequenz dazu genutzt wird, die Einleitung von Schwingungen des mit seiner Eigenfrequenz schwingenden Reifens in den Fahrzeugaufbau zu unterdrücken bzw. abzuschwächen. In diesem Fall werden die Resonanzfrequenzen so gewählt, dass sie in den Bereichen liegen, die in den Ansprüchen 4 bzw. 6 angegeben sind.

Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt
1 ein Federungssystem in schematischer Darstellung,
2 ein Diagramm,
3 ein Federungssystem in schematischer Darstellung.
1 zeigt ein Federungssystem in schematischer Darstellung. Das Federungssystem weist eine Luftfeder 2 und ein Zusatzvolumen 4 auf. Das Luftvolumen der Luftfeder 2 ist über eine Verbindungsleitung 6 mit dem Zusatzvolumen 4 verbunden. Die Verbindungsleitung 6 weist eine Länge l und vorzugsweise über die gesamte Länge l einen kreisförmigen Querschnitt mit dem Durchmesser d = 2R auf.
Mit Hilfe des Federungssystems wird ein der Luftfeder 2 zugeordnetes Rad 8 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 10 des Kraftfahrzeuges federnd gelagert. Dazu weist die Luftfeder 2 einen Abrollkolben 12 auf, auf dem der Balg 14 der Luftfeder 2 unter Ausbildung einer Abrollfalte in an sich bekannter Art und Weise abrollen kann. In einem mit einer Luftfederanlage ausgestatteten Kraftfahrzeug ist zumindest den Räden der Hinterachse jeweils ein Federungssystem der gezeigten Art zugeordnet; insbesondere bei geländegängigen Kraftfahrzeugen wird häufig auch jedem Rad des Kraftfahrzeuges ein Federungssystem der gezeigten Art zugeordnet.
In dem Federungssystem, das durch äußere Kräfte zu Schwingungen angeregt wird, kann zwischen dem Luftvolumen der Luftfeder 2 und dem Zusatzvolumen 4 über die Verbindungsleitung 6 Luft hin- und herschwingen. Die Resonzfrequenz des Federungssystems ist bestimmt durch
Hierin bedeutet c die Schallgeschwindigkeit in Luft, S die Querschnittsfläche der Verbindungsleitung, l die Länge der Verbindungsleitung, R der Radius der Verbindungsleitung, V₀ das Luftvolumen der Luftfeder und V₁ das Volumen des Zusatzvolumens. Bei der Resonanzfrequenz f_Resonanz weist die Steifigkeit des Federungssystems ein Minimum auf (dies ist auch der 2 zu entnehmen, in der die Steifigkeit k des Federungssystems schematisch über der Frequenz f des Federungssystems dargestellt ist).
Erfindungsgemäß wird die Resonanzfrequenz des Federungssystems so vorgegeben, dass sie der Eigenfrequenz eines schwingungsfähigen Bauteiles des Kraftfahrzeuges entspricht. Vorzugsweise wird die Resonanzfrequenz so gewählt, dass sie der vertikalen Eigenfrequenz des Rades 8 (in diesem Fall wird die Resonanzfrequenz so eingestellt, dass sie zwischen 15 und 25 Hz, vorzugsweise zwischen 18 und 22 Hz liegt) oder der Eigenfrequenz des auf der Felge 16 schwingenden Reifens 18 des Rades 8 entspricht (in diesem Fall wird die Resonanzfrequenz so eingestellt, dass sie zwischen 70 und 90 Hz, vorzugsweise zwischen 75 und 85 Hz liegt). Eine entsprechende Einstel-lung der Resonanzfrequenz ist bei vorgegebenem Volumen V₀ der Luftfeder 2 und bei vorgegebenem Volumen V₁ des Zusatzvolumens 4 durch entsprechende Wahl der Länge l und der Querschnittsfläche S bzw. des Durchmessers d der Verbindungsleitung 6 möglich.
Zur Erläuterung der Funktion des Federungssystems wird im Folgenden angenommen, dass die Resonanzfrequenz f_Resonanz der vertikalen Eigenfrequenz des Rades 8 entspricht. Wird das Rad 8 durch die Fahrbahnoberfläche zu Schwingungen mit seiner Eigenfrequenz angeregt, so übt das schwingende Rad 8 eine Erregerkraft auf das Federungssystem aus. Da die Frequenz der erregenden Kraft weitestgehend der Resonanzfrequenz des Federungssystems entspricht, kommt es in dem Federungssystem zur Resonanz und damit zu einer Herabsenkung der Steifigkeit des Federungssystems. Auf Grund dieser Herabsetzung der Steifigkeit sind die Kräfte, die durch das schwingende Rad 8 in dem Fahrzeugaufbau 10 des Kraftfahrzeuges eingeleitet werden, stark abgeschwächt. Entsprechendes gilt für Schwingungen des Reifens 18, wenn die Resonanzfrequenz des Federungssystems der Eigenfrequenz des schwingenden Reifens entspricht.
3 zeigt ein Federungssystem, das weitestgehend genauso aufgebaut ist, wie das in der 1 gezeigte Federungssystem. Ein Unterschied ist lediglich darin zu sehen, dass das Luftvolumen der Luftfeder 2 über eine Verbindungsleitung 6a mit einem ersten Zusatzvolumen 4a und über eine Verbindungsleitung 6b mit einem zweiten Zusatzvolumen verbunden ist. Dementsprechend weist das in der 3 gezeigte Federungssystem zwei Resonanzfrequenzen auf, nämlich eine für das Luftvolumen der Luftfeder 2 und das Zusatzvolumen 4a und eine für das Luftvolumen der Luftfeder 2 und das Zusatzvolumen 4b. Die Resonanzfrequenzen berechnen sich so, wie es oben im Zusammenhang mit der 1 erläutert worden ist und können auf unterschiedliche Eigenfrequenzen von schwingenden Bauteilen des Kraftfahrzeuges abgestimmt werden. So ist es beispielsweise möglich, eine Resonanzfrequenz auf die vertikale Eigenfrequenz des Rades 8 und die andere Resonanzfrequenz auf die Eigenfrequenz des auf der Felge 16 des Rades 8 schwingenden Reifens 18 abzustimmen.

2: Luftfeder
4: Zusatzvolumen
6: Verbindungsleitung
8: Rad
10: Fahrzeugaufbau
12: Abrollkolben
14: Balg
16: Felge
18: Reifen

Claims

Federungssystem für ein Kraftfahrzeug zur Federung eines Kraftahrzeugrades gegenüber dem Fahrzeugaufbau (10), das folgende Bestandteile enthält: – eine Luftfeder (2) und ein Zusatzvolumen (4) und – eine Verbindungsleitung (6), die die Luftfeder (2) mit dem Zusatzvolumen (4) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Federungssystem derart ausgebildet ist, dass die Resonanzfrequenz des Federungssystems einer Eigenfrequenz eines Bauteiles des Kraftfahrzeuges entspricht, um die Einleitung von großen Schwingungen in den Fahrzeugaufbau (10) zu unterdrücken, weil die Steifigkeit des Federungssystems bei der Resonanzfrequenz und somit bei der Eigenfrequenz des Bauteiles ein Minimum aufweist.
Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebenem Luftvolumen der Luftfeder (2) und bei vorgegebenem Zusatzvolumen (4) die Verbindungsleitung (6) derart ausgebildet wird, dass sich die gewünschte Resonanzfrequenz des Federungssystems einstellt.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz des Federungssystems der vertikalen Eigenfrequenz des Rades (8), dem das Federungssystem zugeordnet ist, entspricht.
Federungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz bei ca. 15 bis 25 Hz, vorzugsweise bei 18 bis 22 Hz liegt.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn-zeichnet, dass die Resonanzfrequenz des Federungssystems der Eigenfrequenz des Reifens (18), dem das Federungssystem zugeordnet ist, entspricht.
Federungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz bei ca. 70 bis 90 Hz, vorzugsweise bei 75 bis 85 Hz liegt.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn-zeichnet, dass das Federungssystem mehrere Zusatzvolumina (4a; 4b) aufweist, von denen jedes jeweils über eine Verbindungsleitung (6a; 6b) mit der Luftfeder (2) verbunden ist, so dass das Federungssystem mehrere Resonanzfrequenzen aufweist.
Federungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Resonanzfrequenz der Eigenfrequenz des Rades (8), dem das Federungssystem zugeordnet ist, und eine Resonanzfrequenz der Eigenfrequenz des Reifens (18) des Rades (8) entspricht.