DE10135538A1 - Feder-Dämpfer-Anordnung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Feder-Dämpfer-Anordnung für ein KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Eine Feder-Dämpfer-Anordnung für ein Kraftfahrzeug umfaßt eine passive Feder (2) in Form einer Luftfeder, einen hydraulischen Stoßdämpfer (3) zur anteiligen Abstützung von Radlasten, der parallel zu der passiven Feder (2) angeordnet ist und dessen hydraulischer Druck verstellbar ist, eine Einrichtung (13) zur Versorgung des Stoßdämpfers (3) mit hydraulischem Druck, die mit dem Stoßdämpfer (3) hydraulisch verbunden ist, und eine Regeleinrichtung (17) zur Generierung von Stellsignalen (s¶a¶, s¶b¶) für den Dämpferdruck, die mit der Druckversorgungseinrichtung (13) zusammenwirkt. Die aktive Feder-Dämpfer-Anordnung ermöglicht bei einer kompakten Bauweise einen hohen Komfort und eine hohe Fahrsicherheit.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Feder-Dämpfer-Anordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Feder und einem Stoßdämpfer, die parallel zueinander angeordnet sind.
- Derartige Feder-Dämpfer-Anordnung werden im Fahrzeugbau dazu eingesetzt, um die Räder eines Kraftfahrzeugs gegen dessen Karosserie abzustützen.
- Zur Anpassung der Feder-Dämpfer-Anordnung an unterschiedliche Fahrzustände ist es bereits allgemein bekannt, das Dämpfungsverhalten von hydraulischen Stoßdämpfern zu beeinflussen. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, das Strömungsverhalten der Dämpfungsflüssigkeit innerhalb des Stoßdämpfers durch eine Ansteuerung von außen zu verändern. Dadurch ist es möglich, zwischen einer weichen und einer harten Dämpfung hin- und herzuschalten. Eine externe Druckquelle ist dabei nicht vorgesehen. Die Systeme arbeiten vielmehr semiaktiv.
- Weiterhin sind sogenannte aktive Systeme bekannt, bei denen durch eine gezielte Energiezufuhr an die Feder-Dämpfer-Anordnung das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs in bestimmten Fahrsituationen verändert wird, beispielsweise um das Neigen der Karosserie gegenüber der Horizontalen zu vermindern.
- In diesem Zusammenhang ist eine Feder-Dämpfer-Anordnung allgemein bekannt, bei der mit der Feder ein Stellzylinder in Reihe geschaltet ist. Mit dem Stellzylinder ist in bestimmten Fahrsituationen ein Längenausgleich in Richtung des Federhubs möglich.
- Diese Anordnung ist jedoch dahingehend nachteilig, das für den Stellzylinder zusätzlicher Bauraum benötigt und überdies der Federweg eingeschränkt wird. Zudem ergibt sich eine beladungsabhängige Karosserieeigenfrequenz.
- Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aktive Feder- Dämpfer-Anordnung zu schaffen, welche bei einer kompakten Bauweise einen hohen Komfort und eine hohe Fahrsicherheit ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird durch eine Feder-Dämpfer-Anordnung für ein Kraftfahrzeug gelöst, die im folgenden umfaßt: eine passive Feder; einen hydraulischen Stoßdämpfer zur anteiligen Abstützung von Radlasten, der parallel zu der passiven Feder angeordnet ist und dessen hydraulischer Druck verstellbar ist; eine Einrichtung zur Versorgung des Stoßdämpfers mit hydraulischem Druck, die mit dem Stoßdämpfer hydraulisch verbunden ist; und eine Regeleinrichtung zur Generierung von Stellsignalen für den Dämpferdruck, die mit der Druckversorgungseinrichtung zusammenwirkt.
- Mit der erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Anordnung ist sowohl eine quasistatische als auch eine dynamische Niveaubeeinflussung möglich. Eine kontinuierliche Dämpfungsverstellung vermeidet Kompromisse aus Komfort und Fahrsicherheit. Durch die Einsparung des Stellzylinders auf Seiten der Feder kann ein für den Fahrkomfort günstiger großer Federweg zur Verfügung gestellt oder Bauraum eingespart werden.
- Zudem kann durch die Verwendung derartiger Feder-Dämpfer-Anordnungen für die Aufhängung der Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs an dem Kraftfahrzeug eine Leuchtweitenregulierung entfallen. Auch ist es möglich zusätzliche Fahrwerksstabilisatoren durch die Feder-Dämpfer-Anordnungen zu substituieren.
- Vorzugsweise ist die passive Feder eine Luftfeder. Damit wird eine weitestgehend beladungsunabhängige Karosserieeigenfrequenz gewährleistet.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nimmt der teiltragende Stoßdämpfer überwiegend dynamische Radlasten und die passive Feder überwiegend statische Radlasten auf.
- Weiterhin ist es möglich, jeden hydraulischen Stoßdämpfer der erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Anordnung an einem Kraftfahrzeug individuell anzusteuern, wozu die Regeleinrichtung entsprechend konfiguriert wird. In Zusammenwirkung mit einer kontinuierlichen Dämpfungsverstellung ist so eine Lagekorrektur in Richtung auf eine Horizontierung der Fahrzeugkarosserie in jeder gewünschten Fahrsituation möglich. Beispielsweise kann über die Stoßdämpfer ein Wank- oder Nickausgleich vorgenommen werden. Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten läßt sich die Karosserie absenken.
- Vorzugsweise sind weiterhin Mittel zur Niveauregulierung des Kraftfahrzeugs vorgesehen, welche mit der Regeleinrichtung zusammenwirken, um über die Stoßdämpfer an den Fahrzeugrädern eine gewünschte statische Bodenhöhe einzustellen. Diese Mittel umfassen insbesondere Sensoren, mit denen sich der Istzustand der Karosserie in bezug auf den Fahrweg feststellen läßt.
- In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Stoßdämpfer ein Einrohrdämpfer mit zwei flüssigkeitsgefüllten und durch einen Kolben getrennten Dämpferkammern, wobei die Dämpferkammern über Drosselleitungen miteinander kommunizieren, und mit einer gasgefüllten Ausgleichskammer, die über einen weiteren Kolben gegen eine der flüssigkeitsgefüllten Dämpferkammern abgestützt ist.
- Die Druckversorgungseinrichtung umfaßt vorzugsweise einen Druckerzeuger und einen Druckspeicher. Dabei ist der Druckspeicher über ein durch die Regeleinrichtung ansteuerbares Ventil mit dem Stoßdämpfer verbunden. Dies ermöglicht eine besonders schnelle Druckbeauftragung des Stoßdämpfers und ermöglicht somit eine prompte Reaktion auf eine korrekturbedürftige Fahrsituationen.
- Zu einer gegebenenfalls nötigen Verminderung des Druckes ist bevorzugt ein durch die Regeleinrichtung ansteuerbares Entlastungsventil vorgesehen. Damit läßt sich im Bedarfsfall eine schnelle Druckverminderung realisieren.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aktiven Feder-Dämpfer-Anordnung für ein Kraftfahrzeug, und in
- Fig. 2 eine Detailansicht des Stoßdämpfers der Feder-Dämpfer-Anordnung aus Fig. 1.
- Das bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt in Fig. 1 eine Feder-Dämpfer-Anordnung 1 für ein Personenkraftfahrzeug, die für jedes Rad eine im Fahrbetrieb überwiegend passive Feder 2 in Form einer Luftfeder und einen parallel dazu angeordneten, hydraulischen Stoßdämpfer 3 aufweist. Die Feder 2 und der Stoßdämpfer 3 sind jeweils an der nicht näher dargestellten Karosserie und einer Fahrzeugachse oder einem Radträger abgestützt. Dabei wirkt der Stoßdämpfer 3 teiltragend, das heißt er kann allein nicht die statischen und dynamischen Radlasten aufnehmen. Praktisch nimmt die Luftfeder den Großteil der statischen Radlasten auf, während der teiltragende Stoßdämpfer 3 in erster Linie die dynamischen Radlasten aufnimmt und nur geringfügig an der Aufnahme der statischen Radlasten beteiligt ist.
- Der Stoßdämpfer 3 ist als Einrohrdämpfer ausgebildet und in Fig. 2 näher dargestellt. Dieser umfaßt einen Zylinder 4 mit zwei flüssigkeitsgefüllten Dämpferkammern 5 und 6, die durch einen Kolben 7 voneinander getrennt sind. Die beiden Dämpferkammern 5 und 6 kommunizieren jedoch über in dem Kolben 7 ausgebildete Verbindungskanäle 8 bzw. 9, denen wiederum jeweils eine Drosselstelle 10 bzw. 11 zugeordnet ist. Dadurch läßt sich an dem Stoßdämpfer 3 für jede Bewegungsrichtung eine eigene Dämpfungskennlinie einstellen.
- Zur Einstellung des Drucks der Dämpfungsflüssigkeit in dem Zylinder 4 ist eine Leitung 12 vorgesehen, welche den Stoßdämpfer 3 mit einer Druckversorgungseinrichtung 13 verbindet.
- Weiterhin ist in dem Kolben eine gasgefüllte Ausgleichskammer 14 vorgesehen, die über einen weiteren Kolben 15 gegen eine der flüssigkeitsgefüllten Dämpferkammern, hier die Dämpferkammer 6, abgestützt ist. Der weitere Kolben 15 ist dabei derart angeordnet, daß bei einem plötzlichen Druckabfall in der Leitung 12 der entsprechende Anschluß an die Dämpferkammer 6 durch den weiteren Kolben 15 abgesperrt wird.
- Das Wirkprinzip des Stoßdämpfers 3 baut auf den unterschiedlich großen Wirkflächen an der Vorder- und Rückseite des Kolbens 7 auf. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, schließt auf der Seite der Dämpferkammer 5 an den Kolben 7 eine Kolbenstange 16 an, welche die Wirkfläche auf der Seite der Dämpferkammer 5 vermindert. Bei einem im wesentlichen gleichen Druck in beiden Dämpferkammern 5 und 6 ergibt sich aufgrund der Differenz der einander gegenüberliegenden Wirkflächen an dem Kolben 7 eine resultierende Kraft, deren Größe vom Druck in den Dämpferkammern 5 und 6 und den Flächenverhältnissen an dem Kolben, nämlich der Kreisringfläche an der einen Seite zu der Kreisfläche an der anderen Seite, abhängt.
- Tritt an dem Stoßdämpfer 3 infolge einer Querbeschleunigung beispielsweise eine maximale Kraft von 7000 N auf, so wird bei einem Durchmesser der Kolbenstange 16 von 22 mm zum Ausgleich ein statisches Druckniveau von 18,4 N/mm2 bzw. 184 bar benötigt. Bei einem Durchmesser der Kolbenstange 16 von 30 mm reduziert sich das statische Druckniveau auf etwa 100 bar. Das Verhältnis des Durchmessers des Kolbens 7 zu dem der Kolbenstange 16 liegt im Bereich zwischen 1,35 und 2,10, bevorzugt im Bereich zwischen 1,6 und 2,0, vorzugsweise bei 1,8.
- Für eine hochdynamische Regelung des Druckniveaus zur Kompensation von Fahrzuständen ist eine schnelle Veränderung des Druckniveaus von Interesse. Die Feder-Dämpfer-Anordnung 1 umfaßt daher weiterhin die bereits erwähnte Druckversorgungseinrichtung 13 sowie eine mit dieser zusammenwirkende Regelungseinrichtung 17 zur Generierung von Steilsignalen für den Dämpferdruck.
- Wie insbesondere Fig. 2 entnommen werden kann, ist ein Vorratsbehälter 18 vorgesehen, in dem Dämpferflüssigkeit vorgehalten wird. Die Druckversorgungseinrichtung 13 umfaßt weiterhin eine über einen Motor 19 angetriebene Pumpe 20 (Kompressor), mit der Dämpferflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 18 an den Stoßdämpfer 3 gefördert werden kann. Zur Bereitstellung eines stets vorhandenen hohen Druckniveaus in der Größenordnung von bis zu etwa 250 bar ist der Pumpe 20 in Richtung auf den Stoßdämpfer 3 ein Druckspeicher 21 nachgeordnet. Ein Rückschlagventil 22 zwischen dem Druckspeicher 21 und der Pumpe 20 verhindert einen Druckverlust über die Pumpe 20, wenn diese zeitweilig abgeschaltet ist. Diese wird lediglich dann betrieben, wenn der Druck in dem Druckspeicher 21 unter ein bestimmtes Druckniveau abfällt.
- Von dem Druckspeicher 21 führt die bereits erwähnte Leitung 12 zu dem Stoßdämpfer 3. Zur Einstellung des Druckes in dem Stoßdämpfer 3 ist in der Leitung 12 ein Stellventil 23 angeordnet, das durch Öffnen und Schließen eine kontinuierliche Veränderung des Druckes in dem Stoßdämpfer 3 ermöglicht. Weiterhin ist ein Entlastungsventil 24 vorgesehen, mit dem durch Öffnen und Schließen der Druck in dem Stoßdämpfer 3 vermindert werden kann. Die über das Entlastungsventil 24 abströmende Dämpferflüssigkeit wird in den Vorratsbehälter 18 zurückgeleitet. Zur Vermeidung der Überhitzung der Dämpferflüssigkeit wird zusätzlich ein hier nicht näher dargestellter Ölkühler vorgesehen.
- Prinzipiell ist es möglich, für jeden Stoßdämpfer 3 eine eigene Druckversorgungseinrichtung 13 vorzusehen. Alternativ hierzu kann für alle Stoßdämpfer 3 eines Kraftfahrzeugs ein gemeinsamer Vorratsbehälter, eine gemeinsame Pumpe und einen gemeinsamer Druckspeicher vorgesehen werden. Denkbar ist auch eine paarweise Anordnung, bei der lediglich die Stoßdämpfer 3 einer Achse über einen gemeinsamen Vorratsbehälter, eine gemeinsame Pumpe und einen gemeinsamen Druckspeicher verfügen.
- Die Ansteuerung der Ventile 23 und 24, die in Fig. 1 in ihrer jeweils deaktivierten Stellung dargestellt sind, erfolgt über Stellsignale sa, sb der Regelungseinrichtung 17. Die Regelungseinrichtung 17 ist so konfiguriert, daß jeder hydraulische Stoßdämpfer 3 individuell ansteuerbar ist. Dadurch ist es möglich, während des Fahrbetriebs einen aktiven Ausgleich von Nick- und Wankbewegungen vorzunehmen, d. h. diesen durch Erzeugung entsprechender Kräfte gezielt entgegenzuwirken. Dabei wird eine Gegenbewegung in Richtung auf eine Horizontierung des Fahrzeugs angestrebt.
- Der Istzustand des Fahrzeugs wird über geeignete Sensoren, beispielsweise Beschleunigungssensoren erfaßt, mit denen Signale aw, bzw. an erzeugt werden, welche eine Beschleunigung um die Fahrzeuglängsmittelachse bzw. Fahrzeugquerachse repräsentieren. Diese Signale aw und/oder an werden in der Regelungseinrichtung 17 verarbeitet, um entsprechende Stellsignale sa, sb für die Betätigung der Ventile 23 und 24 zu erzeugen und damit eine Veränderung des Druckes in den Stoßdämpfern 3 der Fahrzeugräder zu verursachen. Überdies kann über geeignete Sensoren 25 ein unmittelbarer Abgriff der tatsächlichen Stellung des Kolbens 7 in dem Zylinder 4 des jeweiligen Stoßdämpfers 3 erfolgen, deren Signale xi bei der Regelung des Druckes mit berücksichtigt werden. Denkbar ist auch, die Druckregelung allein über die unmittelbare Stellungsrückmeldung vorzunehmen. Zusätzlich können die Signale weiterer Sensoren wie beispielsweise eines Lenkwinkelsensors oder von Gierratensensoren und Raddrehzahlsensoren, die z. B. für ein elektronisches Stabilitätsprogramm verwendet werden, mit berücksichtigt werden.
- Die Einstellung des Druckes in den Stoßdämpfern 3 kann weiterhin zur Niveauregulierung verwendet werden, beispielsweise um die Beladung des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Durch einen automatischen Niveauausgleich läßt sich beispielsweise eine zusätzliche Einrichtung für eine Leuchtweitenregulierung einsparen, da die Regulierung gewissermaßen über die Horizontierung des Fahrzeugs bzw. der Karosserie vorgenommen wird. Überdies läßt sich weiterhin eine geschwindigkeitsabhängige Niveauabsenkung realisieren, wozu in der Regelungseinrichtung 17 weiterhin ein die Fahrgeschwindigkeit repräsentierendes Signal v verarbeitet wird. Das Niveau, d. h. der Abstand der Karosserie von einer ebenen Standfläche kann in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit eingestellt werden. Dabei kann die Niveauregulierung automatisch erfolgen. Möglich ist jedoch auch eine manuelle Zuschaltung. Zudem ist eine Niveauanhebung, beispielsweise im Offroadbetrieb, denkbar.
- Die vorstehend erläuterte aktive Feder-Dämpfer-Anordnung 1 ermöglicht bei einer kompakten Bauweise einen hohen Komfort und eine hohe Fahrsicherheit. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Feder-Dämpfer-Anordnung
2 passive Feder bzw. Luftfeder
3 Stoßdämpfer
4 Zylinder
5 Dämpferkammer
6 Dämpferkammer
7 Kolben
8 Verbindungskanal
9 Verbindungskanal
10 Drosselstelle
11 Drosselstelle
12 Leitung
13 Druckversorgungseinrichtung
14 Ausgleichskammer
15 weiterer Kolben
16 Kolbenstange
17 Regelungseinrichtung
18 Vorratsbehälter
19 Motor
20 Pumpe (Kompressor)
21 Druckspeicher
22 Rückschlagventil
23 Stellventil
24 Entlastungsventil
25 Stellungssensor
an Signal für die Beschleunigung um die Fahrzeugquerachse
aw Signal für die Beschleunigung um die Fahrzeuglängsmittelachse
sa Stellsignal für das Stellventil 23
sb Stellsignal für das Entlastungsventil 24
v Geschwindigkeitssignal
xi Stellungssignal des Stoßdämpfers i, wobei i ein Radindex ist
Claims (11)
1. Feder-Dämpfer-Anordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
eine passive Feder (2);
einen hydraulischen Stoßdämpfer (3) zur anteiligen Abstützung von Radlasten, der parallel zu der passiven Feder (2) angeordnet ist und dessen hydraulischer Druck verstellbar ist;
eine Einrichtung (13) zur Versorgung des Stoßdämpfers (3) mit hydraulischem Druck, die mit dem Stoßdämpfer (3) hydraulisch verbunden ist; und
eine Regeleinrichtung (17) zur Generierung von Stellsignalen (sa, sb) für den Dämpferdruck, die mit der Druckversorgungseinrichtung (13) zusammenwirkt.
eine passive Feder (2);
einen hydraulischen Stoßdämpfer (3) zur anteiligen Abstützung von Radlasten, der parallel zu der passiven Feder (2) angeordnet ist und dessen hydraulischer Druck verstellbar ist;
eine Einrichtung (13) zur Versorgung des Stoßdämpfers (3) mit hydraulischem Druck, die mit dem Stoßdämpfer (3) hydraulisch verbunden ist; und
eine Regeleinrichtung (17) zur Generierung von Stellsignalen (sa, sb) für den Dämpferdruck, die mit der Druckversorgungseinrichtung (13) zusammenwirkt.
2. Feder-Dämpfer-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
teiltragende Stoßdämpfer (3) überwiegend dynamische Radlasten und die passive
Feder (2) überwiegend statische Radlasten aufnimmt.
3. Feder-Dämpfer-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in die Generierung der Stellsignale (sa, sb) als Eingangsgröße die
Fahrgeschwindigkeit und/oder die Raddrehzahlen und/oder die Gierrate und/oder
die Querbeschleunigung und/oder die Längsbeschleunigung eingeht.
4. Feder-Dämpfer-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Eingangsgrößen über Sensoren gemessen oder berechnet oder von weiteren
Steuergeräten zur Verfügung gestellt werden.
5. Feder-Dämpfer-Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Eingangssignale aus einer Steuereinrichtung für ein elektronisches
Stabilitätsprogramm über ein Bussystem zur Verfügung gestellt werden.
6. Feder-Dämpfer-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß für jedes Rad des Kraftfahrzeuges eine Feder-Dämpfer-
Anordnung vorgesehen ist, und daß die Regeleinrichtung (17) derart konfiguriert ist,
um jeden hydraulischen Stoßdämpfer (3) individuell anzusteuern.
7. Feder-Dämpfer-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel zur Niveauregulierung des Kraftfahrzeugs vorgesehen
sind, welche mit der Regeleinrichtung (17) zusammenwirken, um über die
Stoßdämpfer (3) an den Fahrzeugrädern eine gewünschte Bodenhöhe einzustellen.
8. Feder-Dämpfer-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stoßdämpfer (3) ein Einrohrdämpfer mit zwei
flüssigkeitsgefüllten und durch einen Kolben (7) getrennten Dämpferkammern (5, 6)
ist, wobei die Dämpferkammern (5, 6) über Drosselleitungen (8, 9) miteinander
kommunizieren, und mit einer gasgefüllten Ausgleichskammer (14), die über einen
weiteren Kolben (15) gegen eine der flüssigkeitsgefüllten Dämpferkammern (6)
abgestützt ist.
9. Feder-Dämpfer-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die passive Feder (2) eine Luftfeder ist.
10. Feder-Dämpfer-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckversorgungseinrichtung (13) einen Druckerzeuger
und einen Druckspeicher (21) umfaßt, und der Druckspeicher (21) über ein durch
die Regeleinrichtung (17) ansteuerbares Ventil (23) mit dem Stoßdämpfer (3)
hydraulisch verbunden ist.
11. Feder-Dämpfer-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Verminderung des Stoßdämpfer-Druckes ein durch die
Regeleinrichtung (17) ansteuerbares Entlastungsventil (24) vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001135538 DE10135538A1 (de) | 2001-07-20 | 2001-07-20 | Feder-Dämpfer-Anordnung für ein Kraftfahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001135538 DE10135538A1 (de) | 2001-07-20 | 2001-07-20 | Feder-Dämpfer-Anordnung für ein Kraftfahrzeug |
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