DE10045413A1 - Pneumatisches Federungssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Federungssystem für ein Fahrzeug, das mindestens an einer Fahrzeugachse an jeder Fahrzeugseite ein pneumatisches Abstützaggregat aufweist, über das ein Fahrzeugrad am Fahrzeugaufbau abgestützt ist. Die Abstützaggregate einer Fahrzeugachse enthalten dabei jeweils eine Pneumatikkammer, in der sich ein Pneumatikpolster befindet, über welches das Abstützaggregat seine Abstützkräfte zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau überträgt. DOLLAR A Um den Aufwendungsbereich eines derartigen Federungssystems zu vergrößern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass für die Pneumatikkammern einer Fahrzeugachse jeweils ein hydropneumatischer Druckspeicher vorgesehen ist, der einen Pneumatikraum und einen Hydraulikraum sowie eine diese Räume voneinander trennende Membran aufweist. Die Pneumatikkammer des einen Abstützaggregates ist mit dem Pneumatikraum des einen Druckspeichers und die Pneumatikkammer des anderen Abstützaggregates ist mit dem Pneumatikraum des anderen Druckspeichers kommunizierend verbunden. Der Hydraulikraum des einen Drcukspeichers ist an einen ersten Anschluss und der Hydraulikraum des anderen Druckspeichers ist an einen zweiten Anschluss einer invertierbaren Hydraulikpumpe angeschlossen, die in Abhängigkeit ihrer Betätigung Hydraulikmittel von dem einen Hydraulikraum zum anderen Hydraulikraum fördert.

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Federungssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der DE 195 03 593 C1 ist ein derartiges pneumatisches Federungssystem bekannt, das bei einem Kraftfahrzeug an einer Vorderachse und an einer Hinterachse jeweils an jeder Fahrzeugseite ein pneumatisches Abstützaggregat aufweist, über das jeweils ein Fahrzeugrad am Fahrzeugaufbau abgestützt ist. Ein solches Abstützaggregat enthält eine Pneumatikkammer, in der sich ein Pneumatikpolster befindet, über welches das Abstützaggregat seine Abstützkräfte zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau überträgt. Beispielsweise kann ein derartiges Abstützaggregat nach Art eines Kolben-Zylinder-Aggregates aufgebaut sein, bei dem ein Kolben im Zylinder die Pneumatikkammer begrenzt, wobei der Kolben über eine Kolbenstange zum Beispiel am Fahrzeugrad abgestützt ist, während der Zylinder am Fahrzeugaufbau abgestützt ist. Das in der Pneumatikkammer eingeschlossene Pneumatikpolster stützt den Kolben am Zylinder ab und bewirkt so eine gefederte Kraftübertragung zwischen Kolben und Zylinder und somit zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau.

Aus der EP 0 426 995 A2 ist ein hydropneumatisches Federungssystem für ein Fahrzeug bekannt, bei dem jedem Fahrzeugrad ein hydraulisches Abstützaggregat zugeordnet ist, um das jeweilige Fahrzeugrad am Fahrzeugaufbau abzustützen. Eine Hydraulikkammer des Abstützaggregates enthält ein Hydraulikmittel, über welches das Abstützaggregat seine Abstützkräfte zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau überträgt. Mit dieser Hydraulikkammer kommuniziert ein Hydraulikraum eines hydropneumatischen Druckspeichers. In diesem Druckspeicher ist außerdem ein Pneumatikraum vorgesehen, der vom Hydraulikraum durch eine flexible Membran getrennt ist. Auf diese Weise kann auch bei dem hydraulisch arbeitenden Abstützaggregat eine Federwirkung erzielt werden.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein pneumatisches Federungssystem der eingangs genannten Art eine Ausführungsform anzugeben, die den Einsatzbereich und die Funktionalität des Federungssystems vergrößert.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Federungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, Mittel bereit zu stellen, die es ermöglichen, das für die Erzielung der Federungswirkung zur Verfügung stehende Pneumatikvolumen bei dem einen Abstützaggregat einer Fahrzeugachse zu vergrößern und dabei gleichzeitig das entsprechende Pneumatikvolumen beim anderen Abstützaggregat der selben Fahrzeugachse zu reduzieren. Durch die Beeinflussung der für die Federungseigenschaften der Abstützaggregate zuständigen Pneumatikvolumina kann das Wankverhalten des Fahrzeugs beeinflusst werden. Auf diese Weise kann somit in das pneumatische Federungssystem eine neue Funktion, nämlich eine Wankstabilisierung, integriert werden.

Die Erfindung schlägt dazu vor, für die Pneumatikkammern einer Fahrzeugachse jeweils einen hydropneumatischen Druckspeicher vorzusehen, der einen Pneumatikraum und Hydraulikraum sowie eine diese Räume voneinander trennende Membran aufweist. Die Pneumatikkammer des einen Abstützaggregates ist dann mit dem Pneumatikraum des einen Druckspeichers kommunizierend verbunden, während die Pneumatikkammer des anderen Abstützaggregates mit dem Pneumatikraum des anderen Druckspeichers kommunizierend verbunden ist. Desweiteren ist eine invertierbare Hydraulikpumpe vorgesehen, an deren ersten Anschluss der Hydraulikraum des einen Druckspeichers und an deren zweiten Anschluss der Hydraulikraum des anderen Druckspeichers angeschlossen ist. Diese Hydraulikpumpe kann dann in Abhängigkeit ihrer Betätigung bzw. Ansteuerung Hydraulikmittel von dem einen Hydraulikraum zum anderen Hydraulikraum fördern. Durch diese Betätigung der Hydraulikpumpe kann in dem einen Druckspeicher das Volumen des Hydraulikraums vergrößert werden, wobei sich gleichzeitig das Volumen des damit gekoppelten Pneumatikraums entsprechend verkleinert. Durch die hydraulische Kopplung der Hydraulikräume der beiden Druckspeicher wird beim anderen Druckspeicher dabei gleichzeitig das Volumen des Hydraulikraums verkleinert, während das Volumen des damit gekoppelten Pneumatikraums zunimmt. Da die Pneumatikräume der Druckspeicher mit den Pneumatikkammern der Abstützaggregate gekoppelt sind, wird durch den Hydraulikmittelstrom bei jedem Abstützaggregat das zur Verfügung stehende, für die Federwirkung verantwortliche Pneumatikvolumen variiert. Durch die hydraulische Kopplung der für die Federwirkung verantwortlichen Pneumatikvolumina der beiden Abstützaggregate einer Fahrzeugachse kann eine besonders schnelle Volumenänderung bzw. eine dynamische Druckänderung in den Pneumatikkammern erzielt werden. Durch diese Maßnahme wird auch die Federcharakteristik der Abstützaggregate beeinflusst. Bei einer entsprechenden Ansteuerung der Hydraulikpumpe kann einer Wankbewegung des Fahrzeuges aktiv entgegen gewirkt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Steuerung vorgesehen sein, welche die Hydraulikpumpe im Sinne einer Wankstabilisierung des Fahrzeuges betätigt bzw. ansteuert. Es ist klar, dass diese Steuerung mit entsprechenden Signalen versorgt wird, die mit dem Wankverhalten des Fahrzeuges korrelieren. Zur Erzeugung derartiger Signale ist eine entsprechende Sensorik vorgesehen.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung wird darin gesehen, dass das erfindungsgemäße Federungssystem zur Durchführung einer Wankstabilisierung bei einem Kraftfahrzeug verwendet wird.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Fig. 1 zeigt eine schaltplanmäßige Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen pneumatischen Federungssystems.

Entsprechend Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßes Federungssystem 1 zumindest für eine Achse 2 eines im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeuges, z. B. Lastkraftwagen, Omnibus, Personenkraftwagen, zwei pneumatische Abstützaggregate 3 und 4 auf. Jedes dieser Abstützaggregate 3, 4 ist einer Fahrzeugseite zugeordnet und stütz dort ein zugehöriges Fahrzeugrad 5 bzw. ein Fahrzeugrad 6 an einem Fahrzeugaufbau 7 ab.

Entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 1 werden im folgenden paarweise angeordnete Bauteile auch mit "links" bzw. "rechts" näher bezeichnet.

Jedes Abstützaggregat 3, 4 enthält eine Pneumatikkammer 8 bzw. 9. Jede dieser Pneumatikkammern 8, 9 enthält Pneumatikmittel, z. B. Luft, das ein Pneumatikpolster bildet.

Die pneumatischen Abstützaggregate 3 und 4 sind hier als Kolben-Zylinder-Aggregate aufgebaut und weisen somit jeweils einen Zylinder 10 auf, der hier am Fahrzeugaufbau 7 abgestützt ist. In diesem Zylinder 10 ist ein Verdränger, hier ein Kolben 11 axial verstellbar gelagert, der im Zylinder 10 die jeweilige Pneumatikkammer 8 bzw. 9 begrenzt. Der Kolben 11 ist an einer Kolbenstange 12 befestigt, die aus dem Zylinder 10 herausgeführt ist und z. B. über einen Lenker 13 am jeweiligen Fahrzeugrad 5 bzw. 6 abgestützt ist. Dementsprechend erfolgt die Abstützung der Fahrzeugräder 5, 6 über die Pneumatikkammern 8 und 9 bzw. über das jeweils darin enthaltene Pneumatikpolster. Die Federeigenschaften der Abstützaggregate 3, 4 werden dabei durch das eingeschlossene Pneumatikvolumen und den darin herrschenden Druck bestimmt.

Die Pneumatikkammern 8, 9 sind über eine entsprechende Pneumatikleitung 14 bzw. 15 jeweils an eine Druckversorgung einer Niveauregulierungseinrichtung angeschlossen, die es ermöglicht, die Volumina der Pneumatikkammern 8, 9 zu verändern. In den Pneumatikleitungen 14 und 15 sind dabei entsprechende Ventilmittel 16 angeordnet.

Für jede Pneumatikkammer 8 und 9 ist ein hydropneumatischer Druckspeicher, nämlich ein linker Druckspeicher 17 und ein rechter Druckspeicher 18, vorgesehen. Jeder Druckspeicher 17, 18 enthält einen Pneumatikraum 19 bzw. 20 sowie einen Hydraulikraum 21 bzw. 22. Diese beiden Räume 19 und 21 bzw. 20 und 22 sind durch eine Membran 23 bzw. 24 voneinander getrennt. Diese Membran 23, 24 ist flexibel bzw. nachgiebig ausgebildet und besteht aus einem geeigneten elastischen Material.

Die Druckkammer des linken Abstützaggregates 3 ist über eine Verbindungsleitung 25 mit dem Pneumatikraum 19 des linken Druckspeichers 17 kommunizierend verbunden. In entsprechender Weise ist auch die Pneumatikkammer 9 des rechten Abstützaggregates 4 über eine Verbindungsleitung 26 mit dem Pneumatikraum 20 des rechten Druckspeichers 18 kommunizierend verbunden. Dementsprechend wird bei den Abstützaggregaten 3, 4 das für die Federungswirkung verantwortliche Pneumatikvolumen durch das jeweilige Volumen der Pneumatikräume 19 bzw. 20 mitbestimmt.

Desweiteren ist eine Pumpeneinheit 27 vorgesehen, die eine Hydraulikpumpe 28 sowie einen elektromotorischen Antrieb 29 enthält, der die Hydraulikpumpe 28 antreibt. Die Pumpeneinheit 27 bzw. die Hydraulikpumpe 28 weist zwei Anschlüsse, nämlich einen ersten Anschluss 30 und einen zweiten Anschluss 31 auf. Während der erste Anschluss 30 über eine Verbindungsleitung 32 mit dem Hydraulikraum 21 des linken Druckspeichers 17 verbunden ist, verbindet eine Verbindungsleitung 33 den zweiten Anschluss 31 mit dem Hydraulikraum 22 des rechten Druckspeichers 18. Die Hydraulikpumpe 28 ist invertierbar ausgebildet und kann so betätigt werden, dass sie entweder vom ersten Anschluss 30 zum zweiten Anschluss 31 oder umgekehrt fördert. Vorzugsweise ist die Hydraulikpumpe 28 so ausgebildet, dass sie in einem unbetätigten Zustand keine Hydraulikmittelströmung zwischen ihren Anschlüssen 30 und 31 zulässt; die Hydraulikverbindung zwischen den Hydraulikräumen 21 und 22 der beiden Druckspeicher 17, 18 ist dann gesperrt.

Für die Betätigung bzw. Ansteuerung der Pumpeneinheit 27 ist eine Steuerung 34 vorgesehen, die in Abhängigkeit von mit dem Wankzustand des Fahrzeuges korrelierenden Signalen den Elektromotor 29 und somit die Hydraulikpumpe 28 betätigt. Die mit dem Wankverhalten korrellierenden Signale erhält die Steuerung 34 beispielsweise von einer Sensorik, die hier mit 35 symbolisiert ist.

Das erfindungsgemäße pneumatische Federungssystem 1 arbeitet wie folgt:
Im Fahrbetrieb auftretende Relativbewegungen zwischen den Fahrzeugrädern 5, 6 und dem Fahrzeugaufbau 7 werden durch die Federungseigenschaft der Abstützaggregate 3 und 4 gefedert. Über eine entsprechende Betätigung der Ventilmittel 16 kann Mittels einer Niveauregulierungseinrichtung das Volumen der Pneumatikkammern 8 und 9 variiert werden, um beispielsweise eine Niveauanhebung oder Niveauabsenkung des Fahrzeugaufbaus 7 relativ zu einer Fahrbahn 36 einzustellen.

Während des Fahrbetriebes kann es dazu kommen, dass im Bereich der Fahrzeugachse 2 ein Wanken des Fahrzeugaufbaus 7 angeregt wird. Die Sensorik 35 generiert permanent ein damit korrelierendes Signal und übermittelt dies an die Steuerung 34. Die Steuerung 34 ist dabei so ausgebildet, dass sie - oberhalb bestimmter Schwellwerte - stabilisierende Gegenmaßnahmen iniziiert. Wenn beispielsweise der Fahrzeugaufbau 7 im Verlaufe einer Wankschwingung sich so bewegt, dass sich der Aufbau 7 dem linken Fahrzeugrad 5 annähert, während er sich vom rechten Fahrzeugrad 6 entfernt, wird die Hydraulikpumpe 28 so angesteuert, dass sie Hydraulikmittel vom zweiten Anschluss 31 zum ersten Anschluss 30 fördert. Dementsprechend reduziert sich das Volumen des Hydraulikraumes 22 des rechten Druckspeichers 18, während sich das Volumen des Hydraulikraumes 21 des linken Druckspeichers 17 vergrößert. Dementsprechend vergrößert sich das Volumen des Pneumatikraumes 20 im rechten Druckspeicher 18, wodurch der Kolben 11 im rechten Abstützaggregat 4 zur Verkleinerung der Pneumatikkammer 9 tiefer in den zugehörigen Zylinder 10 einfahren kann. Dabei reduziert sich der Abstand zwischen dem rechten Fahrzeugrad 6 und dem Fahrzeugaufbau 7. In entsprechender Weise reduziert sich im linken Druckspeicher 17 das Volumen des Pneumatikraumes 19, wodurch der Kolben 11 im linken Abstützaggregat 3 zur Vergrößerung der Pneumatikkammer 8 aus dem zugehörigen Zylinder 10 ausfährt. Auf diese Weise vergrößert sich der Abstand zwischen dem linken Fahrzeugrad 5 und dem Fahrzeugaufbau 7.

Die durch die Dynamik des Vorganges auftretenden Druckänderungen im Pneumatiksystem, die sich insbesondere durch das Einferdern bzw. Ausfedern der Abstützaggregate 3, 4 ergeben, überlagern dabei die Verdrängunswirkung, die durch den Hydraulikmitteltransport zwischen den Hydraulikräumen 21 und 22 im Pneumatiksystem erzeugt wird. Dementsprechend bewirkt eine dynamische Volumenänderung in den Hydraulikräumen 21, 22 und Pneumatikräumen 19, 20 zunächst eine entsprechende Druckänderung in den Pneumatikkammern 8, 9. Die an den Kolben 11 wirkenden Druckkräfte nehmen dann zu bzw. ab und versuchen, die Kolenstange 12 aus- bzw. einzufahren und zwar gegensinnig zur aktuellen Wankschwingung.

Durch diese Maßnahmen werden die Amplituden der Wankschwingungen reduziert, wodurch sich eine stabilisierende Wirkung ausbilden lässt. Beim Zurückschwingen des Fahrzeugaufbaus 7, d. h. wenn sich der Fahrzeugaufbau 7 dem rechten Fahrzeugrad 6 nähert, während er sich vom linken Fahrzeugrad 5 entfernt, wird die Hydraulikpumpe 28 von der Steuerung 34 invers betrieben, so dass nunmehr das Volumen des Hydraulikraumes 22 des rechten Druckspeichers 18 auf Kosten des Volumens des Hydraulikraums 21 des linken Druckspeichers 17 vergrößert wird.

Da die Erfindung mit einem Hydraulikmittel als Kopplungsmittel für die Veränderung federnden Pneumatikvolumen arbeitet, kann die Änderung der Pneumatikvolumina relativ rasch und relativ genau dosiert durchgeführt werden. Auf diese Weise lässt sich somit eine effektive Wankstabilisierung realisieren.

Es ist klar, dass das erfindungsgemäße Federungssystem 1 bei einem Fahrzeug an zwei oder mehr Achsen mit der Wankstabilisierungsanordnung gemäß Fig. 1 ausgestattet sein kann.

Claims (6)

1. Pneumatisches Federungssystem für ein Fahrzeug, das mindestens an einer Fahrzeugachse (2) an jeder Fahrzeugseite ein pneumatisches Abstützaggregat (3, 4) aufweist, über das ein Fahrzeugrad (5, 6) am Fahrzeugaufbau (7) abgestützt ist, wobei die Abstützaggregate (3, 4) einer Fahrzeugachse (2) jeweils eine Pneumatikkammer (8, 9) enthalten, in der sich ein Pneumatikpolster befindet, über welches das Abstützaggregat (3, 4) seine Abstützkräfte zwischen Fahrzeugrad (5, 6) und Fahrzeugaufbau (7) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pneumatikkammern (8, 9) einer Fahrzeugachse (2) jeweils ein hydropneumatischer Druckspeicher (17, 18) vorgesehen ist, der einen Pneumatikraum (19, 20) und einen Hydraulikraum (21, 22) sowie eine diese Räume (19, 20, 21, 22) voneinander trennende Membran (23, 24) aufweist, wobei die Pneumatikkammer (8) des einen Abstützaggregates (3) mit dem Pneumatikraum (19) des einen Druckspeichers (17) und die Pneumatikkammer (9) des anderen Abstützaggregates (4) mit dem Pneumatikraum (20) des anderen Druckspeichers (18) kommunizierend verbunden ist und wobei der Hydraulikraum (21) des einen Druckspeichers (17) an einen ersten Anschluss (30) und der Hydraulikraum (22) des anderen Druckspeichers (18) an einen zweiten Anschluss (31) einer invertierbaren Hydraulikpumpe (28) angeschlossen ist, die in Abhängigkeit ihrer Betätigung und/oder Ansteuerung Hydraulikmittel von dem einen Hydraulikraum (21, 22) zum anderen Hydraulikraum (22, 21) fördert.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pneumatikkammern (8, 9) der Abstützaggregate (3, 4) jeweils an eine Pneumatikversorgung angeschlossen sind, die eine Niveauregulierung des Fahrzeugaufbaus (7) über die Abstützaggregate (3, 4) ermöglicht.

3. Federungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (34) vorgesehen ist, welche die Hydraulikpumpe (28) im Sinne einer Wankstabilisierung des Fahrzeuges betätigt und/oder ansteuert.

4. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (28) einen elektromotorischen Antrieb (29) aufweist.

5. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (28) so ausgebildet ist, dass sie im unbetätigten Zustand keine Hydraulikmittelströmung zwischen ihren Anschlüssen (30, 31) zulässt.

6. Verwendung eines pneumatischen Federungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Durchführung einer Wankstabilisierung bei einem Kraftfahrzeug, das mit dem pneumatischen Federungssystem (1) ausgestattet ist.