DE102013114551A1

DE102013114551A1 - Fahrzeug-Gasfedersystem sowie Verfahren zur Niveauregelung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013114551A1
Application number: DE102013114551.5A
Authority: DE
Inventors: Oliver Thode
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: DE102013114551B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Gasfederungssystem, insbesondere Kraftfahrzeug-Luftfederungssystem, mit zwischen einem Fahrzeugaufbau und einer Fahrzeugachse (21) vorsehbaren, mit einem Gas befüllbaren Balgenmitteln (23), den Balgenmitteln (23) für die Befüllung vorgeschalteten, bevorzugt ein Niveauregelventil (3) (= Luftfederventil) umfassenden, ersten Ventilmitteln und zur Betätigung der ersten Ventilmittel eingerichteten, eine Fahrzeughöhe, insbesondere eine Fahrzeug-Aufbauhöhe, detektierenden Sensormitteln (1), die Eingangswelle (29) umfassen, die mechanisch über Betätigungsmitteln bei einer Fahrzeughöhenänderung, insbesondere einer Fahrzeug-Aufbauhöhenänderung verdrehbar ist, Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sensormittel (1) zur Flusssteuerung eines, bevorzugt inkompressiblen, Steuerfluids ausgebildet sind und die ersten Ventilmittel als Reaktion auf ein von den Sensormitteln (1) gefördertes Volumen des Steuerfluids betätigbar sind und die Eingangswelle (29) so mit einem Stellelement (26), insbesondere einem Steuerkolben, der Sensormittel (1) zusammenwirkt, dass eine Verdrehung der Eingangswelle (29) das, bevorzugt als Formteil, besonders bevorzugt als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildeten, Stellelement (26) zum Fördern des Volumens des Steuerfluids verstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Gasfedersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Niveauregulierung eines Kraftfahrzeugs durch Abstandsänderung zwischen einem Fahrzeugaufbau und einer Fahrzeugachse des Kraftfahrzeugs mittels mit einem Gas, insbesondere Druckluft befüllbarer Balgenmittel, insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Gasfedersystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Aus dem Stand der Technik sind Gasfeder-Drucksysteme im Kraftfahrzeug seit langem bekannt; derartige, insbesondere als Luftfederungssysteme ausgebildete Vorrichtungen finden dabei sowohl im PKW-Bereich, als auch auf dem Gebiet der Nutzfahrzeuge sowie Schienenfahrzeuge Anwendung und haben sich für die verschiedensten Aufgaben und Zielgruppen bewährt. Neben einem vorteilhaften weichen Abfangen von Fahrbahn-Unebenheiten und dadurch realisierten Komfortvorteilen für Passagiere überwinden gattungsgemäße Luftfederungssysteme insbesondere auch die (prinzipbedingten) Grenzen anderer mechanischer Federsysteme.
Gerade auf dem Gebiet der Nutfahrzeugtechnik, etwa betreffend Busse oder Lastkraftfahrzeuge und Anhänger, wirken sich die Vorteile eines Luftfederungssystems auch dahingehend aus, dass auf einfache und wirksame Weise eine Niveauregelung ermöglicht werden kann: so stellt sich durch Veränderung der Balgenbefüllung (wobei derartige Balgenmittel üblicherweise im Rahmen eines Gasfedersystems den Fahrzeugaufbau mit einer Fahrzeugachse höhenvariabel verbinden) in Abhängigkeit vom Beladungszustand stets der gleiche Abstand ein, wobei entsprechend einer Beladung dann die Niveauregelung erfolgt. Vorteilhafte Konsequenz ist, dass etwa eine Einstiegs- oder Beladehöhe konstant bleiben kann. Ein prinzipbedingter Vorteil von Gasfederungssystemen ist zudem, dass der Federungskomfort über den gesamten Beladungsbereich (durch die Veränderung des Balgenbefüllung) nahezu gleich bleibt; entsprechend werden etwa Fahrgäste eines Busses immer eine gleichbleibende (und dadurch angenehme) Schwingungsbewegung empfinden. Bei Warentransporten, etwa auch von empfindlichen Gütern, werden dagegen durch Stöße od.dgl. mögliche Transportschäden verringert (etwa plausibilisiert durch das Vermeiden eines Springens eines lediglich teilbeladenen oder leeren Anhängers).
Ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug-Luftfederungssystem ist beispielsweise in der DE 199 44 873 C1 beschrieben, wobei in einem solchen Kontext einsetzbare sogenannte Luftfederventile (eben jene den Gasdruck der Balgenmittel bestimmende Baugruppen), auch Niveauregelventile genannt, von einschlägigen Herstellern, etwa der Firma Haldex, hergestellt und angeboten werden. Bei mechanischen Luftfederungssystemen ist ein solches Niveauregelventil in der Regel ein mechanisch betätigbares 3/3-, 3/5-, 4/3- oder 4/5-Wegeventil (exemplarisch sei etwa auf die Haldex-Typen 612 - 0... verwiesen), welches typischerweise am Fahrzeugrahmen befestigt und über ein Gestänge mechanisch mit der Fahrzeugachse verbunden ist. Das Gestänge wirkt dabei verdrehend auf eine Eingangswelle, die mechanisch das Niveauregelventil betätigt. Ein Be- oder Entladen des Fahrzeugs und die damit verbundene Laständerung senkt oder hebt das Fahrzeugniveau. Dass das gattungsgemäße Niveauregelventil steuernde Gestänge bewirkt entsprechend dann über eine Verdrehung der Eingangswelle eine mechanische Betätigung dieses Ventils, mit der Regelwirkung, dass bei entlasteten Balgen (d.h. entladenem Fahrzeug) das Gasdruckniveau abgesenkt wird, während bei (durch entsprechende Beladung) belasteten Balgenmitteln das Gasdruckniveau erhöht wird. Eine derartige mechanische Regelung besitzt insbesondere den Vorteil, unabhängig von einer elektrischen oder elektronischen Ansteuerung zu sein, damit auch formlos zu funktionieren (was einen Betrieb auch in einem abgekoppelten Zustand eines Anhängers von einer stromführenden Zugmaschine oder aber bei Stromversorgungsproblemen ermöglicht).
Eine derartige – mechanische – Niveauregelung eines Fahrzeug-Gasfederungssystems kann zwar vorsehen, dass, durch geeignete Stellmittel, verschiedene Höhen (Niveaus) einstellbar sind, typischerweise wird jedoch durch die beschriebene feste mechanische Verbindung zur Ventilsteuerung auch ein vorbestimmtes Niveau der Fahrzeughöhe geregelt. Nachteilig ist eine derartige feste mechanische Verbindung zur Ansteuerung des Niveauregelventils im Rahmen der beschriebenen Gasfederungsregelung und zudem dadurch, dass zu jedem Betriebszeitpunkt des betreffenden Fahrzeugs, also sowohl im Stillstand bzw. während des Lade-/Entladebetriebs, als auch während eines Fahrbetriebes die beschriebene Regelung aktiv ist. Dies kann, insbesondere bei gewissen Fahrbahnbedingungen (etwa vielen Schlaglöchern oder anderen großhubigen Unebenheiten), dazu führen, dass sich das Regelsystem ungewollt aufschwingt, andererseits verursacht das (durch das Gestänge) fest und mechanisch angekoppelte Regelventil eine permanente Anpassung = Luftverbrauch. Konstruktiv bedingt kann eine derartige Regelungstechnologie nur durch zusätzliche Absperrmittel zwischen Niveauregelventil und Balgenmittel im Fahrbetrieb deaktiviert werden.
Aus dem Stand der Technik sind ferner elektronisch geregelte Luftfedersysteme bekannt (ECAS = electronically controlled air suspension). Bei derartigen elektronischen Systemen wird die Regelungsfunktionalität von einer Regelelektronik übernommen, welche von Sensoren beeinflusst wird. Typische Vorteile derartiger elektronischer Systeme sind eine vereinfachte Installation bzw. Konfiguration, verschiedene einfache umschalt- bzw. wählbare Sollniveaus oder Zusatzfunktionen, wie etwa eine Reifendruckkompensation oder ein Überladeschutz. Allerdings bieten derartige elektronische Systeme, wie etwa das von der Herstellerin Wabco hergestellte ECAS-System den Nachteil, dass für einen ordnungsgemäßen Regelbetrieb eine kontinuierliche Stromversorgung notwendig ist. Insbesondere jedoch eine Niveauregelung in einem stromlosen Zustand (wie er etwa bei einem abgekoppelten LKW-Anhänger auftreten kann) ist in einem rein elektronischen Kontext nicht oder nur mit deutlich erhöhtem Stromversorgungsaufwand, d.h. beispielsweise durch Bereitstellen einer eigenen Batterie (Kostenaufwand), möglich.
Um das Problem eines unerwünschten Aufschwingens od.dgl. Systemreaktionen im Niveauregelsystem zu vermeiden, hat die Anmelderin eine Lösung gefunden, für die mit der deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 105 759 , die zum Zeitpunkt der Hinterlegung vorliegender Patentanmeldung noch nicht offengelegt ist, um Schutz nachgesucht wird. Die Lösung sieht vor, dass die Sensormittel zur Flusssteuerung eines Steuerfluids ausgebildet sind und die ersten Ventilmittel als Reaktion auf ein von den Sensormitteln herangeführtes Volumen des Steuerfluids betätigbar sind, und dass zudem das zweite Ventilmittel den Sensormitteln so zugeordnet sind, dass in einem ersten Betriebszustand der zweiten Ventilmittel das Volumen des Steuerfluids als Neben- oder Kurzschluss durch die zweiten Ventilmittel so geführt wird, dass keine oder eine verringerte Betätigung der ersten Ventilmittel erfolgt. Hierdurch kann auf überraschend einfache Weise durch Betätigung der zweiten Ventilmittel in den ersten Schaltzustand bewirkt werden, dass das von den Sensormitteln geeignet herangeführte Volumen des Steuerfluids ohne Auswirkung auf die ersten Ventilmittel ist und dadurch keine Gasregelung der Balgenmittel, etwa während der Fahrt, stattfindet.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug-Gasfederungssystem anzugeben, bei welchem die Ansteuerung des Luftfeder- bzw. Niveauregelventils auf einfache Weise an unterschiedlich dimensionierte Luftfeder- bzw. Niveauregelventile anpassbar ist. Insbesondere soll dabei möglichst weitgehend auf bekannte Ansteuerkomponenten wie die Eingangswelle und ggf. ein die Eingangswelle mit der Fahrzeugachse koppelndes Gestänge zurückgegriffen werden können. Besonders bevorzugt wäre es zudem, wenn das Fahrzeug-Gasfedersystem durch einfache zusätzliche Maßnahmen derart ausbildbar ist, dass es in jedem Fahrzeug-Betriebsmodus eine angepasste bzw. geeignete vorwählbare Regelung des Fahrzeughöhenniveaus ermöglicht bzw. auf einfache Weise gestattet, eine derartige Niveauregelung auch während eines vorbestimmten Fahrzeug-Betriebszustandes zu deaktivieren, so dass etwa ein unbeabsichtigtes Ausschwingen eines Gasfederungssystems bei gewissen ungünstigen Fahrbahnbedingungen verhindert oder vermindert wird. Für den Fall einer derartigen Weiterbildung wäre es besonders bevorzugt, wenn sichergestellt ist, dass eine Regelung des Fahrzeughöhenniveaus auch in einem unbestromten bzw. stromlosen Zustand des Systems sichergestellt ist, also etwa in einer Einsatzumgebung oder in einem Betriebskontext, welcher keine permanente oder kontinuierliche Stromversorgung für die Regelung bereitstellt. Ferner besteht die Aufgabe darin ein entsprechend optimiertes Niveauregulierungsverfahren für Kraftfahrzeuge anzugeben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Fahrzeug-Gasfederungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sind die zur gesteuerten Befüllung der Balgenmittel (welche als federnde Körper zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Fahrzeugachse wirken) ausgestalteten ersten Ventilmittel nicht unmittelbar mechanisch über die Eingangswelle oder ein ggf. vorgesehenes Gestänge oder einer anderen festen mechanischen Ankopplung angesteuert, vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein durch die erfindungsgemäße Sensormittel geeignet gefördertes bzw. herangeführtes Volumen eines Steuerfluids die Steuerung der ersten Ventilmittel (als Niveauregelventil = sog. Luftfederventil) bewirkt. Zusätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die, beispielsweise über ein mit der Fahrzeugachse wirkverbundenes Gestänge angetriebene Eingangswelle so mit den erfindungsgemäß zur Flusssteuerung eines, bevorzugt inkompressiblen Steuerfluids ausgebildeten Sensormitteln zusammenwirkt, dass eine Niveauänderung bzw. Fahrzeughöhenänderung verursachte bzw. bewirkte Verdrehung der Eingangswelle des Fahrzeug-Gasfederungssystems ein Stellelement der Sensormittel verstellt und dadurch ein Steuerfluidvolumen gefördert wird, welches dann auf die ersten Ventilmittel einwirken kann, die wiederum als Reaktion auf das geförderte Volumen betätigbar sind. Durch die nicht unmittelbare Einwirkung der Eingangswelle auf das Niveauregelventil sondern die mittelbare oder unmittelbare Einwirkung der Eingangswelle auf die zwischengeschalteten Sensormittel und damit auf dem Steuerfluidkreis wird ein Fahrzeug-Gasfederungssystem geschaffen, das auf einfache Weise an unterschiedliche, insbesondere unterschiedlich dimensionierte Luftfederventile bzw. Niveauregelventile (erste Ventilmittel) angepasst werden kann, beispielsweise durch Anpassung bzw. Abänderung der mittelbar oder unmittelbar mit der Eingangswelle zusammenwirkenden Stellelemente der Sensormittel, um so das für eine Verstellung des Niveauregelventils benötigte Vorsteuervolumen, das von dem Stellelement der ersten Sensormittel gefördert bzw. verstellt werden muss anpassen zu können, etwa durch die Änderung des Durchmessers eines als Kolben in einem Kolbenzylindersystem ausgebildeten Stellelements der Sensormittel. Dies ist besonders einfach und kostengünstig, wenn das Stellelement, insbesondere ein translatorisch oder rotatorisch verstellbarer Kolben als Formteil, bevorzugt aus Kunststoff, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet wird bzw. ist. Die erfindungsgemäße Lösung erreicht diese Vorteile bei Beibehaltung der vorzugsweise über ein Gestänge antreibbaren Eingangswellentechnologie, welche erfindungsgemäß nicht mehr direkt mechanisch mit dem Niveauregelventil zusammenwirkt, sondern über eine „zwischengeordnete“, die Sensormittel umfassenden Steuerfluidkreis.
Im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung des Sensormittels und insbesondere des Stellelements gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Wesentlich ist lediglich, dass durch eine durch Verdrehen der Eingangswelle aktuierte Verstellbewegung des Verstellelementes ein Steuerfluidvolumen gefördert wird. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Stellelement, beispielsweise im Rahmen einer Linearkolbenzylinderanordnung translatorisch verstellt wird. Ebenso ist der Einsatz eines Drehzylinders als Stellelement zur Förderung des Volumens möglich. Die Verstellbewegung des Stellelementes kann jedoch als Deformierungsbewegung realisiert sein, beispielsweise wenn als Sensormittel ein pneumatischer oder hydraulischer Muskel eingesetzt wird.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante des Stellelementes als linear verstellbarer Kolben, wobei in diesem Fall, eine Transformation der Drehbewegung der Eingangswelle in eine Linearverstellung transformiert wird. Hierzu dienen bevorzugt entsprechend ausgebildete Kopplungsmittel, die mit der Eingangswelle wirkverbunden, insbesondere an dieser festgelegt sind oder die von einem Eingangswellenabschnitt gebildet werden. So können die Kopplungsmittel beispielsweise ein mit der Eingangswelle verbundenes Exzenterelement umfassen oder einen unmittelbar an der Eingangswelle ausgebildeten Exzenterabschnitt, wobei das Exzenterelement bzw. der Exzenterabschnitt mit dem Stellelement zusammenwirkt, insbesondere in eine entsprechende seitliche Öffnung des Stellelementes eingreift. Wie später noch erläutert werden wird, ist über eine derartige Anordnung eine besonders effiziente und einfache Fahrzeughöhenbestimmung möglich, in dem die Position des Stellelements, welches bevorzugt ein Permanentmagnetelement oder Element trägt oder abschnittsweise permanentmagnetisch ist über einen entsprechenden Sensor, beispielsweise einen HALL- oder GMR-Sensor sensiert wird.
Die vorliegende Erfindung nutzt in besonders einfacher und eleganter Weise die Vorteile des verwendeten Steuerfluids bzw. des damit gebildeten Steuerkreises aus, um in Abkehr von der gattungsbildend angesehenen fest mechanischen Ankopplung zur niveauabhängigen Ventilsteuerung eine einfache und situationsabhängige Deaktivierung bzw. Beeinflussung dieses Regelungsverhaltens zu ermöglichen, was in Weiterbildung, wie später noch erläutert werden wird, insbesondere durch das Vorsehen von zweiten Ventilmitteln fakultativ realisiert werden kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn als Steuerfluid flüssige und weiter bevorzugt inkompressible Medien, wie etwa Öl, Glykol, Wasser, Alkohol oder Mischungen von diesen verwendet werden. Alternativ ist die Verwendung eines Gases, etwa von Luft als Steuerfluid denkbar. Insbesondere bei den Erfindungsvarianten, bei welchen das Steuerfluid ein inkompressibles Medium aufweist, hat es sich in der praktischen Realisierung als vorteilhaft erwiesen, dem Steueranschluss der ersten Ventilmittel (dem dieses Steuerfluid zugeführt wird) Druckspeichermittel zuzuordnen, mit dem Zweck, auch große Volumenströme (welche durch entsprechend große Hübe bzw. Unterschiede in der Niveauverstellung erzeugt werden) verarbeiten zu können.
Wie bereits angedeutet, ist eine Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, nach welcher mittelsl einer geeigneten, insbesondere sehr einfachen Sensorik eine Niveau- bzw. Höheninformation über das Fahrzeug erhalten werden kann. Grundsätzlich ist es hierzu denkbar, an der die Sensormittel aktuierenden Eingangswelle einen Drehwinkelsensor vorzusehen, wobei die Drehposition der Eingangswelle abhängig ist vom Höhenniveau des Fahrzeugs. Alternativ und besonders kostengünstig kann auch die Position des Stellelementes sensiert werden, insbesondere wenn dieses als Kolben, bevorzugt als Linearkolben ausgebildet ist. Hierzu ist es besonders bevorzugt, wenn das Stellelement zumindest abschnittsweise permanentmagnetisch ist und/oder einen permanenten Magneten trägt, der gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch Umspritzen an dem insbesondere als Kunststoffspritzgussteil ausgebildeten Stellelement gehalten ist. Durch die zumindest teilweise permanentmagnetische Ausbildung des Stellelementes bzw. des Tragen eines, insbesondere umspritzten Permanentmagneten kann die Änderung von dessen Magnetfeld über einen geeigneten Sensor, beispielsweise einen HALL- oder GMR-Sensor sensiert werden. Auf diese Weise kann eine absolute Position, d.h. Fahrzeughöhe bzw. Fahrzeugniveau sensiert werden, was bei einem Drehwinkelsensor nur vergleichsweise aufwendig realisierbar ist.
Für den Fall des vorerwähnten bevorzugten Umspritzens eines Permanentmagneten kann dieser teilweise oder auch vollständig umspritzt werden, was vorteilhaft ist, um somit eine korrosionsgeschützte Ausführungsform zu erhalten.
Mittels der geeigneten Sensormittel zur Positionserkennung des Stellelementes wird ein mit Hilfe einer Auswerteeinheit auswertbares elektrisches Signal erzeugt, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn später noch zu erläuternde elektromagnetische Stellelemente in ein elektromagnetisches Stellelement im Steuerfluidkreis in Form von zweiten Ventilelementen vorgesehen werden muss und eine entsprechende Auswerteelektronik sowieso ggf. vorhanden ist. Bevorzugt ist die Auswerteeinheit mit einer Ausgabeeinheit, beispielsweise einem Bildschirm oder eine sonstigen Anzeige- oder Visualisierungseinrichtung verbunden, um auf diese Weise das sensierte Fahrzeughöhenniveau, beispielsweise optisch und/oder akustisch ausgeben zu können.
Zur vereinfachten Einrichtung bzw. Abstimmung des Steuerfluidflusses und damit des Regelverhaltens des erfindungsgemäßen Systems sind weiterbildungsgemäß dem Steuerfluid-Flusskreis und/oder einem Steueranschluss der ersten Ventilmittel zur Flussquerschnittsveränderung, insbesondere zur Flussquerschnittsverringerung, beispielsweise in Form einer Drossel zugeordnet. Deren zusätzliche weiterbildungsgemäße Einstellbarkeit erhöht die Flexibilität in Abstimmung und Einrichtung des Regelverhaltens (und damit des Ansprechverhaltens) weiter, insbesondere indem später noch zu diskutierenden weiterbildungsgemäßen Fall des Vorsehens von weiteren bzw. zweiten Ventilmitteln im Steuerfluidkreis.
Eine weitere, bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht zudem vor, dass der erfindungsgemäß gebildete Steuerkreis für das Steuerfluid ein geschlossener und damit wartungsfreier bzw. wartungsarmer Fluidsteuerkreis ist. Auch diese technische Maßnahme macht die vorliegende Erfindung besonders geeignet für den Alltagseinsatz, wobei kein zusätzlicher Wartungs- oder Pflegebedarf besteht.
Um weiterbildungsgemäß ein unbeabsichtiges Aufschwingen eines Gasfederungssystems bei gewissen ungünstigen Fahrbahnbedingungen zu verhindern, ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass für das Steuerfluid zweite Ventilmittel vorgesehen sind, um mit diesen einen Steuerfluidkreis öffnen bzw. schließen zu können, wobei der Steuerfluidkreis ermöglicht, dass im ersten Schaltzustand (welcher bevorzugt etwa ein Öffnen der zweiten Ventilmittel beschreibt) das von den Sensormitteln herangeführte Steuerfluidvolumen in der Art eines Neben- bzw. Kurzschlusses über die zweiten Ventilmittel geführt wird und keine Betätigung (oder lediglich eine eingeschränkte Betätigung) der ersten Ventilmittel bewirkt wird. Mit anderen Worten ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass ein Versetzen von zweiten Ventilmitteln in einen ersten Schaltzustand bewirkt, dass das von den Sensormitteln geeignet herangeführte Volumen des Steuerfluids ohne oder nur geringe Auswirkung auf die ersten Ventilmittel hat und dadurch während des ersten Schaltzustandes (also etwa einem Fahrt- bzw. Bewegungszustandes eines mit dem Gasfedersystem versehenen Fahrzeugs) keine Gasregelung oder nur eine geringe Gasregelung der Balgenmittel stattfindet, so dass insbesondere etwa für die eingangs beschriebenen problematischen Fahrbahnzustände eine Gefahr unerwünschten Aufschwingens od.dgl. Systemreaktionen im Niveauregelungssystem vermieden werden kann und kein unerwünschter Luftverbrauch stattfindet.
Die zweiten Ventilmittel, welche weiterbildungsgemäß und bevorzugt im Rahmen der Erfindung im Steuerfluid-Flusskreis den ersten Ventilmitteln parallelgeschaltet sind, sind bevorzugt als Elektromagnetventil od.dgl. Aktor-basiertes Ventil oder als elektromagnetisch vorgesteuertes Ventil ausgestaltet, um insoweit als Reaktion auf ein geeignetes elektronisches Ansteuersignal (welches weiter bevorzugt von einem Fahrzeug-Betriebszustandsensor und/oder einer externen Steuereinheit herangeführt wird) zu ermöglichen.
Insbesondere in dem Fall des Vorsehens der zweiten Ventilmittel macht die im Vorfeld diskutierte Flussquerschnittsveränderung, insbesondere Flussquerschnittsverringerung im Steuerfluidkreis oder in einem Bereich eines Steueranschlusses der ersten Ventilmittel besonders Sinn, um damit das Ansprechverhalten zu optimieren.
Durch das Vorsehen der zweiten Ventilmittel wird in konstruktiv überraschend einfacher, gleichwohl mechanisch wirksamer Weise eine signifikante Verbesserung gattungsgemäßer Fahrzeug-Gasfedersysteme dahingehend erreicht, dass als Reaktion auf besondere Fahrzeugbetriebszustände ein Regelbetrieb des Gasfedersystems deaktiviert oder auf sonstige Weise beeinflusst werden kann, wobei gleichzeitig der Vorteil traditioneller mechanischer Regelsysteme, nämlich ein auch stromloses Regelverhalten ermöglicht bleibt. Insoweit erreicht damit die Weiterbildung in überraschend einfacher und eleganter Weise die Kombination der Vorteile traditioneller mechanischer Regelungen (nämlich die prinzipiell unbestromte bzw. stromlose Regelung als Funktionsfähigkeit auch ohne elektrische Energieversorgung) mit den Vorteilen bekannter elektronischer Luftfedersysteme (wie etwa die Vorwähl- bzw. Einstellbarkeit beliebiger Fahrzeughöhen) zwischen einer Fahrzeugachse und einem Fahrzeugaufbau.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der einzigen Zeichnung.
Diese zeigt in:
1: ein Schema-Schaltbild des Fahrzeug-Gasfedersystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, beschrieben an einem Rad einer Achse.
Wie in 1 verdeutlicht, ist in ansonsten bekannter Weise eine Balgenanordnung (Balgenmittel 23) mit ansitzenden Federbeinen 24 zwischen einer schematisch dargestellten Fahrzeugachse 21 und einem Rahmen 22 eines Fahrzeugaufbaus angeordnet. Der Pfeil 25 in 1 verdeutlicht eine Fahrzeughöhe (Fahrzeughöhenniveau bzw. Niveau), welche sich etwa als Reaktion auf einer Beladung oder bodenseitige Fahrbahnunebenheit temporär ändert und welche im Rahmen des gezeigten Niveauregelsystems auf ein vorbestimmtes Maß geregelt wird.
Zu diesem Zweck ist zunächst der Balgenanordnung ein Auslassventil 8 zugeordnet, wobei Bezugszeichen 8e einen Einlass für (nicht gezeigte, in üblicher Weise durch einen Kompressor herangeführte) Druckluftversorgung und 8a eine Entlüftung verdeutlicht. Ein Drucksensor 9 erzeugt ein geeignet elektrisch auswertbares Erfassungssignal des in der zugeordneten Balgenmittel-Druckleitung 10 herrschenden Gasdrucks.
Wie die 1 zusätzlich verdeutlicht, ist zur Ansteuerung der Ein- bzw. Auslassventile 8e und 8a ein Niveauregelventil 3 (zweite Ventilmittel) vorgesehen, welches durch ein in Steuerleitungen 4, 5 fließendes Steuerfluid (im beschriebenen Ausführungsbeispiel ein inkompressibles Medium, z.B. Glykol) gesteuert wird. Genauer gesagt, und wie im linken Bereich der 1 illustriert, bilden Steuerleitungen 4 ein Steuerfluidkreis zwischen den zweiten Steuermitteln, hier also dem Niveauregelventil 3 und schematisch als Linear-Sensorzylinder-Kolbeneinheit illustrierten Sensormitteln 1, welche, entsprechend einer Stellposition eines Stellelementes 26, hier eines Kolbens ein niveauabhängiges Volumen des Steuerfluids in die Steuerleitung 4 bringen. Das Stellelement 26 im gezeigten Ausführungsbeispiel ist als Formteil, konkret hier als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, welches einen Permanentmagnet 27 trägt, der vollumfänglich aus Korrosionsschutzgründen umspritzt ist. Dem Stellelement 26, genauer dem Permanentmagnet 27 sind geeignete Sensormittel 7 (Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Fahrzeughöhensignals), beispielsweise in Form eines HALL- oder GMR-Sensors zugeordnet, wobei die Sensormittel die Position, hier die Axialposition des Stellelementes 26 entlang eines dieses aufnehmenden Zylinders 28 sensieren. Da die Verstellposition des Stellelementes 26 abhängig ist von dem Fahrzeughöhenniveau 25, wird hierdurch eine Höheninformation erhalten. Das von den Sensormitteln 7 erzeugte elektrische Signal kann von einer entsprechenden Auswerteeinheit ausgewertet und von entsprechenden Anzeigemitteln (beide nicht dargestellt) angezeigt werden.
Zusätzlich oder alternativ zu den Sensormitteln 7 zur Detektierung der Axialposition des Permanentmagneten 27 könnte auch ein Drehwinkelsensor 32 zur Erzeugung des elektrisch auswertbaren Signals zum Erhalten einer Fahrzeughöhenposition vorgesehen werden, welche die Rotationsposition der Eingangswelle 29 erfassend ausgebildet und angeordnet ist.
Das Stellelement 26 wird durch Verdrehen einer Eingangswelle 29 linearverstellt, d.h. die Rotationsbewegung der Eingangswelle 29 wird direkt transformiert in eine translatorische Verstellbewegung des Stellelementes 26 (andere Lösungen, beispielsweise durch das Vorsehen eines Drehkolbens oder eines pneumatischen oder hydraulischen Muskels sind alternativ realisierbar).
Hier greift die Eingangswelle 29 mit geeigneten, hier endseitigen Kopplungsmitteln 30 in Form eines Exzenterabschnittes seitlich in eine Aussparung des als Linearkolben ausgebildeten Stellelementes 26 ein, die derart mit dem Stellelement 26 zusammenwirken, dass eine Verdrehbewegung der Eingangswelle 29 und damit der Kopplungsmittel 30 zu der gewünschten axialen Verstellbewegung zur Erzeugung eines Steuerfluidvolumenstroms führt. Die Eingangswelle 29 kann in an sich bekannter Weise über ein Gestänge 31 od.dgl. Mechanik, welche durch eine Änderung des Fahrzeughöhenniveaus 25 betätigt wird rotatorisch angetrieben werden. Dies ist in dem konkreten Ausführungsbeispiel so gelöst, dass die Eingangswelle 29 mit dem gesamten Regelmodul am Rahmen 22 aufgehängt ist und das Gestänge 31 mit diesem Modul bzw. der Eingangswelle 29 wechselwirkt, aktuiert durch die Fahrzeughöhenniveauänderung 25.
Zusätzlich ist die, wie die 1 verdeutlicht, parallel zum Niveauregelventil 3 ein fakultatives, jedoch besonders bevorzugtes Elektromagnetventil 2 als zweite Ventilmittel (alternativ vorzugsweise ein, beispielsweise elektromagnetisch, vorgesteuertes Ventil) geschaltet, welches in einem Aktuierungszustand den Steuerfluidfluss zwischen den Steuerleitungen 4 kurzschließt; entsprechend erfolgt in diesem Durchlass- bzw. Betriebsstand die Umleitung des Steuerfluids (durch den geringeren Strömungswiderstand) über das Paar von dem Elektromagnetventil 2 zugeordneten Flussleitungen 5, so dass eine (durch das Steuerfluid ansonsten bewirkt) Ansteuerung des Niveauregelventils verhindert wird.
Wird also durch geeignete (elektronische) Ansteuerung des Kurzschlussventils 2 (Elektromagnetventil 2 bzw. zweite Ventilmittel im Sinne der Weiterbildung der Erfindung) der Steuerfluidkreis kurzgeschlossen und fließt entsprechend das Ausbringungsvolumen aus den Sensormitteln 1 nicht steuernd zum Niveauregelventil 3, erfolgt in diesem Schaltzustand keine Niveauregelung des Luftfederungssystems, so dass insbesondere etwa bei schwierigen Betriebsbedingungen, wie sehr unebenen Fahrbahnverhältnissen unter den Rädern 20, ein nachteiliges Aufschaukeln bzw. Ausschwingen des Regelsystems wirksam unterbunden bleibt und kein unerwünschter Luftverbrauch erzeugt wird.
Während es möglich ist, diese Ansteuerung geeignet manuell vorzunehmen, kann etwa das Elektromagnetventil 2 auch durch einen geeigneten Fahrzeugzustandssensor od.dgl. in den ersten Schaltzustand (hier geöffnet, damit Steuerfluidkurzschluss) versetzt werden. Durch weitere Variationen dieser Ansteuerung ist es dann auch möglich, das Steuerfluid nicht vollständig, sondern lediglich partiell vom Niveauregelventil 3 abzuleiten, insoweit etwa das Regelverhalten desselben auf diese Weise zu beeinflussen.
In der 1 gezeigte Drosseln 6 an den Steuerfluidleitungen 4 symbolisieren Möglichkeiten, das Ansprechverhalten im Fluidkreis abzustimmen bzw. einzustellen. In der Figur nicht gezeigt sind Druckspeicher in der/den Leitung(en) 4, welche insbesondere für den Fall vorgesehen sind, dass große Volumenströme des Steuerfluids (aufgrund großer Niveau- bzw. Höhenverstellungsunterschiede) auftreten.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt; vielmehr eignet sich die vorliegende Erfindung, über einen gezeigten und bevorzugten LKW-/Schienen-/Transportfahrzeugkontext hinaus, für beliebige (Gas-)Federungssystemanwendungen an Fahrzeugen, welche die aufgezeigten Vorteile realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Sensormittel
2: Elektromagnetventil
3: Niveauregelventil (= Luftfederventil)
4: Steuerleitung
5: Steuerleitung
6: Drosseln
7: Mittel
8: Ein- bzw. Auslassventil
8a: Entlüftung
8e: Einlass für Druckluft
9: Drucksensor
10: Balgen-Druckleitung
20: Räder
21: Fahrzeugachse
22: Rahmen
23: Balgenmittel
24: Federbeine
25: Fahrzeughöhenniveauänderung
26: Stellelement
27: Permanentmagnet
28: Zylinder
29: Eingangswelle
30: Kopplungsmittel
31: Gestänge
32: Drehwinkelsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19944873 C1 [0004]
DE 102013105759 [0007]

Claims

Fahrzeug-Gasfederungssystem, insbesondere Kraftfahrzeug-Luftfederungssystem, mit zwischen einem Fahrzeugaufbau und einer Fahrzeugachse (21) vorsehbaren, mit einem Gas befüllbaren Balgenmitteln (23), den Balgenmitteln (23) für die Befüllung vorgeschalteten, bevorzugt ein Niveauregelventil (3) umfassenden, ersten Ventilmitteln und zur Betätigung der ersten Ventilmittel eingerichteten, eine Fahrzeughöhe, insbesondere eine Fahrzeug-Aufbauhöhe, detektierenden Sensormitteln (1), die Eingangswelle (29) umfassen, die mechanisch über Betätigungsmitteln bei einer Fahrzeughöhenänderung, insbesondere einer Fahrzeug-Aufbauhöhenänderung verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (1) zur Flusssteuerung eines, bevorzugt inkompressiblen, Steuerfluids ausgebildet sind und die ersten Ventilmittel als Reaktion auf ein von den Sensormitteln (1) gefördertes Volumen des Steuerfluids betätigbar sind und die Eingangswelle (29) so mit einem Stellelement (26), insbesondere einem Steuerkolben, der Sensormittel (1) zusammenwirkt, dass eine Verdrehung der Eingangswelle (29) das, bevorzugt als Formteil, besonders bevorzugt als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildeten, Stellelement (26) zum Fördern des Volumens des Steuerfluids verstellt.
Fahrzeug-Gasfederungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (29) über Kopplungsmittel (30) mit dem Stellelement (26) zur Umwandlung der Verdrehbewegung des Stellelementes (26) in eine Linearbewegung des Stellelementes (26) zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet ist.
Fahrzeug-Gasfederungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die, bevorzugt in das Stellelement (26) eingreifenden, Kopplungsmittel (30) ein mit der Eingangswelle (29) wirkverbundenes, bevorzugt mittelbar oder unmittelbar mit der Eingangswelle (29) verbundenes, Exzenterelement oder einen Exzenterabschnitt der Eingangswelle (29) umfassen.
Fahrzeug-Gasfederungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (7) zur Erzeugung eines elektrischen Fahrzeughöhensignals vorgesehen sind, die mit einer Auswerteeinheit und diese ggf. mit einer Ausgabeeinheit zur Ausgabe einer Fahrzeughöheninformation verbunden oder verbindbar sind.
Fahrzeug-Gasfedersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7) zur Erzeugung eines elektrischen Fahrzeughöhensignals eine Position des, bevorzugt abschnittsweise permanentmagnetischen oder ein, insbesondere kunststoffumspritztes Permanentmagnet (27) tragenden, Stellelementes (26) erfassend ausgebildet sind.
Fahrzeug-Gasfedersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen der Position des, bevorzugt ein Permanentmagnet (27) tragenden oder zumindest abschnittsweise permanentmagnetisch ausgebildeten Stellelementes (26) ein HALL- oder GMR-Sensor vorgesehen ist.
Fahrzeug-Gasfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Flusskreis des Steuerfluids und/oder einem Steueranschluss der ersten Ventilmittel für das Steuerfluid Mittel (7) zur Flussquerschnittsveränderung, insbesondere Flussquerschnittsverringerung, zugeordnet sind.
Fahrzeug-Gasfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Sensormitteln (1), vorzugsweise ein elektromagnetisch betätigbares Ventil umfassende, zweite Ventilmittel so zugeordnet sind, dass in einem ersten Betriebszustand, insbesondere einem Betätigungs-, Bestromungs- und/oder ersten Schaltzustand der zweiten Ventilmittel das Volumen des Steuerfluids als Neben- oder Kurzschluss so geführt wird, dass keine oder eine verringerte Betätigung der ersten Ventilmittel erfolgt.
Fahrzeug-Gasfedersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Ventilmittel den ersten Ventilmitteln in einem Flusskreis parallel geschaltet sind.
Fahrzeug-Gasfedersystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltzustand der zweiten Ventilmittel ein stromloser Schaltzustand und/oder ein Durchlass- oder Sperrzustand ist.
Verfahren zur Niveauregulierung eines Kraftfahrzeugs durch Abstandsänderung zwischen einem Fahrzeugaufbau und einer Fahrzeugachse (21) des Kraftfahrzeugs mittels mit einem Gas befüllbarer Balgenmittel (23), insbesondere Verfahren zum Betreiben des Fahrzeug-Gasfederungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und zur Regelung auf einem vorbestimmten und/oder voreingestellten Abstand, insbesondere einem elektrisch unbestromten Zustand, wobei durch eine Änderung eines Niveaus und/oder Abstandes zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Fahrzeugachse (21) eine Eingangswelle (29) eines Fahrzeug-Gasfedersystems verdreht wird, gekennzeichnet durch die Schritte: Regeln der Befüllung der Balgenmittel (23) mit dem Gas mittels den Balgenmitteln (23) vorgeschalteten ersten Ventilmitteln, die durch ein von ein Niveau und/oder den Abstand zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Fahrzeugachse (21) detektierenden und ein Volumen eines Steuerfluids bewegenden Sensormitteln (1) angesteuert werden, wobei ein Stellelement (26) der Sensormittel (1) zum Bewegen des Volumens durch das Verdrehen der Eingangswelle (29), insbesondere translatorisch, verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ventilmittel für das Steuerfluid von, vorzugsweise die ersten Ventilmittel kurzschließenden, zweiten Ventilmitteln, insbesondere als Reaktion auf einen detektierten oder eingestellten Bewegungsbetrieb des Kraftfahrzeugs zum Halten des Niveaus bzw. Abstands, insbesondere in einem unbestromten und/oder Betätigungszustand der zweiten Ventilmittel aktiviert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren durch ein elektrisches Steuersignal an den als Elektromagnetventil (2) oder als, insbesondere elektromagnetisch, vorgesteuertes Ventil ausgebildeten zweiten Ventilmitteln erfolgt.