DE102004019991A1

DE102004019991A1 - Radaufhängung

Info

Publication number: DE102004019991A1
Application number: DE200410019991
Authority: DE
Inventors: Klaus Reisdorf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2024-04-24
Also published as: DE102004019991B4

Abstract

Eine Radaufhängung umfasst einen Schwingungsdämpfer (2) mit einem Gehäuse (6) und einer Kolbenstange (7), eine parallel dazu geschaltete Hauptfeder (3) sowie eine Zusatzfeder (9) aus PU- oder Elastomermaterial, über die das Gehäuse (6) des Schwingungsdämpfers (2) gegen einen Fahrzeugaufbau (4) abgestützt ist. Über eine ansteuerbare Kolbenanordnung (10) ist die Lage der Abstützung der Zusatzfeder (9) relativ zum Fahrzeugaufbau (4) in Bezug auf die Längsachse der Kolbenstange (7) verstellbar. Dies ermöglicht ein regelbares oder teilaktives Kraftfahrzeugfahrwerk mit einem einfachen Aufbau und kleinen Verstellwegen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radaufhängung, umfassend einen Schwingungsdämpfer mit einem Gehäuse und einer Kolbenstange, eine parallel dazu geschaltete Hauptfeder und eine Zusatzfeder aus PU- oder Elastomermaterial, über die das Gehäuse des Schwingungsdämpfers gegen den Fahrzeugaufbau abgestützt ist.

Derartige Radaufhängungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Dabei übernimmt die Zusatzfeder die Funktion eines Anschlagpuffers.

Zur Veränderung der Federkennung bei Systemen, bei denen die Hauptfeder koaxial zur Kolbenstange des Schwingungsdämpfers angeordnet ist, ist weiterhin bekannt, den oberen Fußpunkt der Hauptfeder, d. h. deren Abstützposition am Fahrzeugaufbau zu verstellen. Allerdings sind derartige Systeme verhältnismäßig kompliziert und benötigen große Verstellwege.

Der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung der eingangs genannten Art für ein regelbares oder teilaktives Kraftfahrzeugfahrwerk zu schaffen, das einen einfachen Aufbau besitzt und mit kleinen Verstellwegen auskommt.

Diese Aufgabe wird durch eine Radaufhängung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Diese zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine ansteuerbare Kolbenanordnung vorgesehen ist, über die die Lage der Abstützung der Zusatzfeder relativ zum Fahrzeugaufbau in bezug auf die Längsachse der Kolbenstange verstellbar ist.

Im Unterschied zu dem obengenannten Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung die Verstellung eines Fußpunkts der Zusatzfeder zur Modifikation des Federwegs genutzt. Die für Zusatzfedern charakteristische starke Progression der Kennung erlaubt es, anders als bei üblicherweise als Schraubenfedern ausgebildeten Hauptfedern, bei der Auslegung mit deutlich kleineren Verstellwegen auszukommen. Durch eine Veränderung der Lage der Abstützung der Zusatzfeder, d. h. eines Fußpunkts derselben relativ zum Fahrzeugaufbau kann der Gesamtfederweg verringert oder vergrößert werden.

Wird beispielsweise der Fußpunkt der Zusatzfeder gegenüber dem Fahrzeugaufbau nach unten verschoben, so führt dies an derselben zu einem höheren Traganteil. An der parallelgeschalteten Hauptfeder wird hingegen der Traganteil verringert. Insgesamt ergibt sich eine stärkere Progression der Gesamtfederrate. Bei unveränderter Achslast federt das Fahrzeug aus. Gleichzeitig verringert sich der Resteinfederweg.

Umgekehrt bewirkt eine Verschiebung des Fußpunkts der Zusatzfeder nach oben eine Entlastung der Zusatzfeder. Gleichzeitig vergrößern sich der Traganteil der Hauptfeder sowie der Resteinfederweg.

Der Ausfederweg, der von der ausgezogenen Länge des Schwingungsdämpfers abhängt, ändert sich in beiden Fällen nicht.

Mit der erfindungsgemäßen Konfiguration lassen sich an einem Fahrwerk mit Hilfe der Fußpunktverstellung der Zusatzfeder unterschiedliche Funktionen realisieren.

So ist beispielsweise einen niveauregelnder Eingriff bei einer Be- und Entladung des Fahrzeugs möglich. Über die Zusatzfeder lässt sich der Fahrzeugaufbau über der geregelten Achse je nach Bedarf anheben oder absenken.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, über die Fußpunktverstellung der Zusatzfeder in Abhängigkeit von Änderungen der Längs-, Quer- und/oder Vertikaldynamik des Fahrzeugs die Achsfederkennung und/oder die Rollsteifigkeit anzupassen oder zu verändern. Im letztgenannten Fall kann beispielsweise durch die Verstellung der Zusatzfeder am kurvenäußeren Rad eine Versteifung erzielt und damit der Rollneigung um die Fahrzeuglängsachse entgegengewirkt werden.

Weiterhin lässt sich in Kombination mit einer leistungsfähigen Druckversorgung und schnellen Ansteuerung der Kolbenanordnung ein teilaktives Fahrwerk realisieren. Durch schnelle Volumenänderungen an den Kolbenanordnungen einer Radachse können mit hoher Frequenz veränderliche Kräfte über die Zusatzfeder, das Gehäuse des Schwingungsdämpfers und einen Radträger auf ein Fahrzeugrad übertragen werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kolbenanordnung ringförmig um eine Lagerung für die Kolbenstange angeordnet. Dies erlaubt die Beibehaltung einer kardanischen Abstützung der Kolbenstange am Fahrzeugaufbau und vermeidet Dichtigkeitsprobleme an der Kolbenanordnung.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Schnittdarstellung eines Schwingungsdämpfers und einer Zusatzfeder in oberer Anschlagstellung einer erfindungsgemäßen Radaufhängung,
2 eine Schnittdarstellung des Schwingungsdämpfers und der Zusatzfeder aus 1 in unterer Anschlagstellung, und in
3 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Radaufhängung.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Radaufhängung für ein geregeltes oder teilaktives Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs. Wie 3 zeigt, weist die Radaufhängung für die Räder 1 einer Radachse jeweils einen Schwingungsdämpfer 2 und eine funktional parallel dazu geschaltete Hauptfeder 3 auf. Die Hauptfeder 3 ist hier räumlich getrennt zu dem Schwingungsdämpfer 2 angeordnet und zwischen einem Fahrzeugaufbau 4 und einem Radträger 5 eingegliedert. Der Schwingungsdämpfer 2 ist mit seinem Gehäuse 6 an dem Radträger 5 befestigt und mit seiner Kolbenstange 7 über eine Kolbenstangenlagerung 8 elastisch bzw. kardanisch am Fahrzeugaufbau 4 angelenkt.
Weiterhin umfasst die Radaufhängung eine Zusatzfeder 9 aus PU- oder Elastomermaterial, über die sich das Gehäuse 6 des Schwingungsdämpfers 2 gegen den Fahrzeugaufbau 4 abstützt. Die Zusatzfeder ist hierbei koaxial zu der Kolbenstange 7 angeordnet und dient als Anschlagpuffer für den Schwingungsdämpfer 2. Die Abstützung der funktional zu der Hauptfeder 3 parallelen Zusatzfeder 9 erfolgt über eine ansteuerbare Kolbenanordnung 10. Über diese ist es möglich, die Lage der Abstützung der Zusatzfeder 9 bzw. deren Fußpunkt relativ zum Fahrzeugaufbau 4 in bezug auf die Längsachse der Kolbenstange 7 zu verstellen, wodurch sich die Traganteile der Zusatzfeder 9 und der Hauptfeder 3 am Gesamtfedersystem verändern.
An die Kolbenanordnung 10 ist hierzu ein Druckaggregat 11 angeschlossen, das von einer Steuereinrichtung 12 angesteuert wird. Diese erhält über einen Positionssensor 13 Informationen über die aktuelle Stellung der Kolbenanordnung 10. Hierfür bietet sich eine magnetische Kodierung des Kolbens an, die über ein Sensorelement erfasst wird. Vorzugsweise wird die Kolbenanordnung 10 hydraulisch betrieben. Als Druckaggregat 11 kann ein Elektromotor mit einer Pumpe zum Einsatz kommen. Ist eine höhere Dynamik des Systems erforderlich, kann zur Druckbereitstellung zusätzlich ein Druckspeicher vorgesehen sein. Anstelle durch einen Elektromotor kann die Antriebsleistung auch vom Fahrzeugmotor bereitgestellt werden.
1 zeigt den Schwingungsdämpfer 2 sowie die Zusatzfeder 9 in einer Stellung, in der der Kolben soweit eingefahren ist, dass die Zusatzfeder 9 gerade gegen den Schwingungsdämpfer 2 anliegt und ihre maximale ungedrückte Länge aufweist.
Zur Vermeidung einer Beeinträchtigung der Kolbenstangenlagerung 8 ist die Kolbenanordnung 10 ringförmig um die Kolbenstangenlagerung 8 angeordnet. Die Kolbenanordnung 10 umfasst einen Topf 14, der am Fahrzeugaufbau 4 befestigt ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden dieser Topf 14 sowie das Außengehäuse 15 der Kolbenstangenlagerung 8 miteinander verbunden und gemeinsam mittels zwei Schrauben an einem verstärkten Abschnitt des Fahrzeugaufbaus 4 befestigt.
Zudem bildet die im wesentlichen zylindrische Außenseite des Außengehäuses 15 der Kolbenstangenlagerung 8 zusammen mit dem Topf 14 eine mit Druckmittel beaufschlagbare Ringkammer 16, in die ein Abschnitt 17 des Außengehäuses 18 der Zusatzfeder 9 als axial bewegbarer Kolben eintaucht. Das Außengehäuse 18 der Zusatzfeder 9 umschließt einen oberen Endabschnitt derselben und bildet mit seiner Außenseite zu dem Topf 14 eine weitere Druckkammer 19. Über ein lediglich in 1 dargestelltes 2/2-Wegeventil 23, das gegebenenfalls das Sensorelement des Positionssensors 13 aufnimmt, lassen sich die beiden Druckkammern 16 und 19 wahlweise mit Druck beaufschlagen, um so die Lage des Zusatzfeder-Außengehäuses 18 und damit den Fußpunkt der Zusatzfeder 9 einzustellen.
Zur Begrenzung des maximalen und minimalen Auszugs des Zusatzfeder-Außengehäuses 18 sind entsprechende Anschläge vorgesehen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Aufwärtsbewegung des Außengehäuseabschnitts 17 am oberen Ende des Außengehäuses 18 durch einen Absatz 20 am Gehäuse 15 der Kolbenstangenlagerung 8 begrenzt. In Gegenrichtung wirken entsprechende Vorsprünge 21 und 22 an der Außenseite des Zusatzfeder-Außengehäuses 18 sowie am offenen Ende des Topfs 14 zusammen.
Abdeckungen oder Faltenbälge, die hier nicht näher dargestellte sind, schützen die bewegbaren Komponenten und sorgen für eine störungsfreie Funktion.
Durch eine Druckbeaufschlagung der ersten Druckkammer 16 lässt sich die Zusatzfeder 9 aus der in 1 dargestellten Position in die in 2 dargestellte Position bringen, in welcher diese stärker komprimiert ist. Da sich die Zusatzfeder 9 auf dem Gehäuse 6 des Schwingungsdämpfers 2 abstützt, wird bei einer entsprechenden Betätigung der Kolbenanordnung 10 die Stellung des Schwingungsdämpfers 2 bzw. der Kolbenstange 7 nicht unmittelbar verändert. Allerdings verändern sich die Tragverhältnisse in bezug auf die parallel geschaltete Hauptfeder 3.
In der in 2 dargestellten unteren Anschlagposition mit stärker komprimierter Zusatzfeder 9 wird im Vergleich zu der in 1 dargestellten Stellung der Einfederweg des Gesamtsystems vermindert. Der Ausfederweg ändert sich hingegen nicht. Zudem nimmt der Traganteil der Zusatzfeder 9 zu, während sich der Traganteil der parallelgeschalteten Hauptfeder 3 verringert. Insgesamt ergibt sich eine stärkere Progression der Gesamtfederrate. Bei unveränderter Achslast federt das Fahrzeug aus. Infolge der Kopplung mit der Hauptfeder 3 über den Radträger 5 führt dies zu einer mittelbaren Veränderung der Stellung des Schwingungsdämpfers 2.
Je nach Konfiguration der Steuereinrichtung lässt sich die Fußpunktverstellung der Zusatzfeder 9 zu unterschiedlichen Zwecken nutzen. So kann beispielsweise im Stillstand oder bei kleineren Fahrzeuggeschwindigkeiten über die Zusatzfeder 9 eine Niveaueinstellung an der zugehörigen Radachse erfolgen und entsprechend zum Beispiel im Verbund mit einem Höhensensor geregelt werden.
Weiterhin ist es möglich, über die Zusatzfeder 9 in Abhängigkeit der Fahrsituation Zusatzkräfte in die Radaufhängung einzubringen. Dazu kann in Abhängigkeit von Änderungen der Längs-, Quer- und/oder Vertikaldynamik des Fahrzeugs eine Anpassung bzw. Änderung der Achsfederkennung und/oder Rollsteifigkeit vorgenommen werden. Bei ausreichender Dynamik des Systems ist auch eine teilaktive Federung über die Zusatzfeder 9 möglich. Allerdings erfordert letzteres einen erhöhten Leistungsbedarf auf Seiten des Druckaggregats 11, so dass sich in diesem Fall der Antrieb über den Fahrzeugmotor im Verbund mit einem Druckspeicher empfiehlt. Alternativ ist jedoch auch ein Elektromotor zum Betrieb der zugehörigen Ölpumpe (Kolbenpumpe) möglich.
Die vorstehend erläuterte Kolbenanordnung 10 lässt sich in bereits bestehende Systeme aus Hauptfeder, Zusatzfeder und Schwingungsdämpfer implementieren, ohne dass an diesen größere Modifikationen vorgenommen werden müssten.
Im Vergleich zur Systemen, bei denen die Verstellung über die Hauptfeder erfolgt, kann nach der Erfindung auf eine aufwändige Ansteuerung zum Schutz gegen ein vollständiges Einfedern verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil gegenüber diesen Systemen ist der erheblich kleinere Verstellweg aufgrund der stark progressiven Zusatzfeder. Zudem ist das erfindungsgemäße System durch die konstruktive Trennung der Hauptfeder und der Zusatzfeder sowie der hiermit verbundenen Funktionsaufteilung in bezug auf Aufbau, Aufwand und Raumbedarf günstiger.

1: Fahrzeugrad
2: Schwingungsdämpfer
3: Hauptfeder
4: Fahrzeugaufbau
5: Radträger
6: Gehäuse des Schwingungsdämpfers
7: Kolbenstange
8: Kolbenstangenlagerung
9: Zylinderfeder
10: Kolbenanordnung
11: Druckaggregat
12: Steuereinrichtung
13: Positionssensor
14: Topf
15: Außengehäuse der Kolbenstangenlagerung 8
16: Druckkammer
17: Kolbenabschnitt
18: Außengehäuse der Zusatzfeder 9
19: Druckkammer
20: Absatz
21: Vorsprung
22: Anschlag
23: 2/2-Wegeventil

Claims

Radaufhängung, umfassend – einen Schwingungsdämpfer (2) mit einem Gehäuse (6) und einer Kolbenstange (7), – eine parallel dazu geschaltete Hauptfeder (3), und – eine Zusatzfeder (9) aus PU- oder Elastomermaterial, über die das Gehäuse (6) des Schwingungsdämpfers (2) gegen einen Fahrzeugaufbau (4) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine ansteuerbare Kolbenanordnung (10) vorgesehen ist, über die die Lage der Abstützung der Zusatzfeder (9) relativ zum Fahrzeugaufbau (4) in bezug auf die Längsachse der Kolbenstange (7) verstellbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenanordnung (10) ringförmig um eine Lagerung (8) für die Kolbenstange (7) angeordnet ist.
Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (9) mit einem Ende in einem Außengehäuse (18) aufgenommen ist, das seinerseits als axial bewegbarer Kolben in einem aufbaufesten Topf (14) geführt ist und mit diesem eine Ringkammer (19) ausbildet.
Radaufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des Außengehäuses (18) in dem Topf (14) durch Anschläge (20, 21, 22) beidseitig begrenzt wird.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Kolbenanordnung (10) über ein Druckaggregat (11) vorzugsweise hydraulisch verstellbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckaggregat (11) über eine Steuereinrichtung (12) geregelt ist, um Zusatzkräfte in die Radaufhängung einzubringen.
Radaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (12) derart konfiguriert ist, dass über die Fußpunktverstellung der Zusatzfeder (9) eine Niveauregulierung quasistatisch, d. h. bei Stillstand oder bei kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten erfolgt.
Radaufhängung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (12) derart konfiguriert ist, dass über die Fußpunktverstellung der Zusatzfeder (9) in Abhängigkeit von Änderungen der Längs-, Quer- und/oder Vertikaldynamik des Fahrzeugs eine Anpassung bzw. Änderung der Achsfederkennung und/oder Rollsteifigkeit erfolgt.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (12) derart konfiguriert ist, dass über die Fußpunktverstellung der Zusatzfeder (9) in Abhängigkeit von Änderungen der Längs-, Quer- und/oder Vertikaldynamik des Fahrzeugs eine teilaktive Federung erfolgt.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckaggregat (11) ein Druckspeicher zugeordnet ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptfeder (3) und der Schwingungsdämpfer (3) räumlich getrennt angeordnet sind.