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Die Erfindung betrifft ein Federungssystem für Fahrzeuge, insbesondere für nicht spurgebundene Kraftfahrzeuge, mit zwischen Aufbau und Rädern des Fahrzeuges angeordneten Federaggregaten, welche zumindest teilweise eine passive Federanordnung sowie eine dazu in Reihe geschaltete aktiv steuerbare Höhenverstellvorrichtung und eine parallel zur Federanordnung arbeitende Dämpferanordnung aufweisen.
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Bei einem aus der
DE 197 00 567 A1 bekannten derartigen Federungssystem ist jedem Fahrzeugrad eine Schraubendruckfeder als passive Federanordnung in grundsätzlich herkömmlicher Weise zugeordnet. Aufbauseitig besitzt jede Schraubendruckfeder ein hydraulisch hubverstellbares Widerlager. Durch entsprechende Steuerung dieser Widerlager kann Wank-, Nick- und Rollbewegungen des Fahrzeugaufbaus, d. h. Drehbewegungen des Fahrzeugaufbaus um eine Längs-, Quer- oder Diagonalachse, entgegengewirkt werden.
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Aus der
EP 0 367 949 B1 ist es bekannt, bei der Fahrt des Fahrzeuges auftretende alternierende Federhübe eines Rades zur Erzeugung einer veränderlichen Zusatzabstützkraft auszunutzen, indem die Differenz zwischen Zug- und Druckstufe eines dem Rad zugeordneten steuerbaren Dämpfers verändert wird.
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Die
DE 34 14 257 C2 zeigt ein hydropneumatisches Federaggregat mit veränderbarer Federcharakteristik. Dabei wird die Federhärte dadurch gesteuert, daß das federwirksame Pneumatikvolumen veränderbar ist. Dies erfolgt dadurch, daß einem ständig federwirksamen pneumatischen Druckspeicher ein weiterer pneumatischer Druckspeicher parallel geschaltet werden kann. Eine funktional ähnliche Ausbildung hydropneumatischer Federaggregate mit Höhenverstellung wird in der gattungsbildenden
DE 41 38 208 A1 dargestellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Federungssystem der eingangs angegebenen Art so auszubilden, dass mit geringem Energieaufwand eine schnelle Höhenverstellung und damit sowohl ein hoher Komfort als auch eine hohe Fahrstabilität gewährleistet werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dämpferanordnung bezüglich ihrer Druck- und/oder Zugstufe steuerbar und bei und/oder vor Betätigung der jeweils zugeordneten Höhenverstellvorrichtung durch Veränderung der Differenz zwischen Zug- und Druckstufe der Dämpfervorrichtung eine den Aufbau in Verstellrichtung der Höhenverstellvorrichtung beaufschlagende Zusatzkraft und/oder eine Zusatzhemmung einer der Verstellrichtung der Höhenverstellvorrichtung entgegengesetzten Aufbaubewegung erzeugbar sind.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, vor bzw. bei einer Verstellung der Höhenverstellvorrichtung die dynamische Nachgiebigkeit von Feder- bzw. Dämpferanordnung zu verringern. Damit werden Verstellungen der Höhenverstellvorrichtung vergleichsweise verzögerungsfrei wirksam, weil Federungshübe in einer der Verstellbewegung der Höhenverstellvorrichtung entgegengesetzten Richtung gehemmt werden.
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Bei der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, dass Feder- und Dämpfervorrichtungen zur Verfügung stehen, deren Charakteristik mit äußerst geringem Energieaufwand, insbesondere durch Umschaltung von Ventilen, in weitem Umfang veränderbar ist.
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Gemäß einer ersten zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, als Federanordnung mechanische Federn, insbesondere Schraubendruckfedern, vorzusehen, denen bezüglich ihrer Zug- und Druckstufe separat steuerbare Dämpfer parallel geschaltet sind.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die passive Federanordnung sowie die Höhenverstellvorrichtung und der Dämpfer jeweils ein hydropneumatisches Federaggregat mit einem zwischen Aufbau und Rad angeordneten hydrostatischen Verdrängeraggregat, einem damit kommunizierenden pneumatischen Druckspeicher, einer Vorrichtung zur Zu- und Abfuhr von hydraulischem Medium und einer Strömungen zum bzw. vom Verdrängeraggregat separat steuernden Drosselvorrichtung.
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Zusätzlich oder alternativ zur steuerbaren Drosselvorrichtung kann auch parallel zu einem ständig wirksamen pneumatischen Druckspeicher zumindest ein weiterer, steuerbar zu- und abschaltbarer Druckspeicher vorgesehen sein, um die Federcharakteristik verändern zu können.
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Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.
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Dabei zeigt
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1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in schematisierter Darstellung mit mechanischer Federanordnung und
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2 eine der 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform mit hydropneumatischer Federung.
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In 1 ist von einem Kraftfahrzeug lediglich in schematisierter Form der Aufbau 1 und ein Rad 2 dargestellt, welches über eine schematisiert angedeutete Fahrbahn 3 rollt. Die nicht dargestellten weiteren Räder des Fahrzeuges sind in gleicher Weise wie das Rad 2 am Aufbau 1 angeordnet. Dies wird nachfolgend näher erläutert.
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Das Rad 2 ist gegenüber dem Aufbau durch eine Schraubendruckfeder 4 abgestützt, der ein Dämpfer 5 mit steuerbaren Zug- und Druckstufen parallel geschaltet ist. In Reihe zur Schraubendruckfeder 4, und zwar im dargestellten Beispiel zwischen Schraubendruckfeder 4 und Aufbau 1, ist eine Höhenverstellvorrichtung in Form eines hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregates 6 angeordnet, für dessen Steuerung ein Proportionalventil 7 vorgesehen ist, mit dem das Kolben-Zylinder-Aggregat 6 unter hydraulischer Blockierung abgesperrt bzw. mit der Druckseite einer Hydraulikpumpe 8 oder deren Saugseite bzw. mit einem relativ drucklosen Reservoir 9 verbunden werden kann.
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Zur Steuerung des Dämpfers 5 sowie des Ventiles 7 dient eine Regleranordnung 10, welche eingangsseitig mit einer Sensorik 11 verbunden ist, die unter anderem Nick- und Wank- bzw. Rollbewegungen des Fahrzeugaufbaus 1, d. h. solche Lagen des Aufbaus 1 erkennen kann, die von einer zur Fahrbahn 3 parallelen Aufbaulage bzw. von einer gewünschten Horizontallage abweichen.
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Falls eine unerwünschte Aufbaulage festgestellt wird, werden die Proportionalventile 7 der Kolben-Zylinder-Aggregate 6 entsprechend angesteuert, so daß die Kolben-Zylinder-Aggregate 6 einen Verstellhub in Richtung der gewünschten Aufbaulage ausführen.
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Damit diese Verstellhübe schnell durchgeführt werden können, steuert die Regleranordnung 10 gleichzeitig die steuerbaren Dämpfer 5 an, derart, daß jeder Dämpfer einem dem jeweiligen Verstellhub des zugeordneten Kolben-Zylinder-Aggregates 6 entgegengesetzten Federungshub der jeweils zugeordneten Schraubendruckfeder 4 einen erhöhten Widerstand entgegensetzt.
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Wenn also beispielsweise das Kolben-Zylinder-Aggregat 6 eine Hubbewegung zur Erhöhung des Bodenabstandes des Aufbaus 1 ausführen soll, wird zumindest die Druckstufe des Dämpfers 5 erhöht, so daß dieser einem eventuellen Einfederhub der Schraubendruckfeder 4 einen erhöhten Widerstand entgegensetzt.
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Zusätzlich kann die Wirkung des Dämpfers 5 in der Zugstufe vermindert werden.
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Wenn das Kolben-Zylinder-Aggregat 6 durch entsprechende Ansteuerung des Proportionalventiles 7 eine Hubbewegung zur Absenkung des Aufbaus 1 gegenüber der Fahrbahn 3 ausführt, wird der Dämpfer 5 in seiner Zugstufe versteift, um einem eventuellen Ausfederhub der Schraubendruckfeder 4 einen erhöhten Widerstand entgegenzusetzen.
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Zusätzlich kann die Wirkung der Druckstufe des Dämpfers 5 vermindert werden.
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Wenn keinerlei Verstellung der Kolben-Zylinder-Aggregate 6 notwendig oder vorgesehen ist, kann der Dämpfer 5 vor allem entsprechend Komfort-Gesichtspunkten gesteuert werden.
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Auf diese Weise wird also gewährleistet, daß eine Zu- oder Abfuhr von Druckmedium in das bzw. aus dem Aggregat 6 schnell wirksam wird und Verstellbewegungen der Kolben-Zylinder-Aggregate 6 schnell durchgeführt werden bzw. nicht durch übermäßige Federungshübe kompensiert werden können.
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Abweichend von der Darstellung der 1 kann auch vorgesehen sein, das radferne Ende des Dämpfers 5 in grundsätzlich gleicher Weise wie die Schraubendruckfeder 4 am Kolben-Zylinder-Aggregat 6 anzuordnen. Dadurch wird der Vorteil geboten, daß der Dämpfer 5 dem zugeordneten Kolben-Zylinder-Aggregat 6 in keiner Weise entgegenwirken bzw. als Hemmung einer Verstellbewegung des Kolben-Zylinder-Aggregates 6 wirksam werden kann.
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Bei der Ausführungsform der 2 sind zwischen Rad 2 und Aufbau 1 jeweils hydropneumatische Federaggregate vorgesehen. Diese bestehen jeweils aus einem zwischen Rad 2 und Aufbau 1 angeordneten hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregat 12, welches über eine steuerbare Drossel 13 mit einem hydropneumatischen Federspeicher 14 verbunden ist, dem im dargestellten Beispiel zwei weitere, unterschiedliche Federcharakteristik aufweisende Federspeicher 15 und 16 mittels normal geschlossener Ventile 17 und 18 separat bzw. gemeinsam parallel geschaltet werden können.
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Des weiteren ist jedes Kolben-Zylinder-Aggregat 12 wiederum über ein Proportionalventil 7 zu einer Pumpe 8 sowie einem Reservoir 9 hin absperrbar bzw. selektiv mit der Pumpe 8 oder dem Reservoir 9 bzw. der Saugseite der Pumpe 8 verbindbar.
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Durch Zu- oder Abschalten der Federspeicher 15 und/oder 16 läßt sich die Federcharakteristik bzw. Härte der hydropneumatischen Federung gegenüber statischer Belastung verändern. Wenn alle Federspeicher 14 bis 16 parallel geschaltet sind, ergibt sich eine besonders nachgiebige Federung, die durch Absperrung der Federspeicher 15 und 16 stufenweise verhärtet werden kann.
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Die Drossel 13 bewirkt eine Dämpfung von Federungshüben des Kolben-Zylinder-Aggregates 12.
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Durch Zufuhr von Hydraulikmedium in das Kolben-Zylinder-Aggregat 12 kann der Bodenabstand des Aufbaus 1 erhöht werden. Durch Abfuhr von Hydraulikmedium aus dem Kolben-Zylinder-Aggregat 12 läßt sich der Aufbau 1 absenken.
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Die Steuerung des Proportionalventiles 7 sowie der Absperrventile 17 und 18 und der Drossel 13 erfolgt wiederum mittels der Regleranordnung 10 in Abhängigkeit von der Sensorik 11. Wenn der Aufbau 1 an einem der Räder 2 angehoben soll, wird das Proportionalventil 7 so angesteuert, daß die Pumpe 8 Hydraulikmedium in das Kolben-Zylinder-Aggregat 12 einschiebt. Gleichzeitig wird die Drossel 13 so angesteuert, daß sie einer Strömung von Hydraulikmedium vom Kolben-Zylinder-Aggregat 12 zu den Federspeichern 14 bis 15 einen erhöhten Drosselwiderstand entgegensetzt.
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Zusätzlich oder alternativ werden die Ventile 17 und/oder 18 in ihren Schließzustand gesetzt bzw. gehalten.
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Im Ergebnis wird damit erreicht, daß vom Kolben-Zylinder-Aggregat 12 nur vergleichsweise wenig Hydraulikmedium zu einem Federspeicher 14 bis 16 abströmen kann. Dementsprechend bewirkt die Zufuhr des Hydraulikmediums von der Pumpe 8 in das Kolben-Zylinder-Aggregat 12 eine relativ schnelle Anhebung des Aufbaus 1.
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Falls der Aufbau 1 an einem Rad 2 abgesenkt werden soll, wird das Proportionalventil 7 derart angesteuert, daß Hydraulikmedium aus dem Kolben-Zylinder-Aggregat 12 in das Reservoir 9 abströmt. Gleichzeitig wird die Drossel 13 derart angesteuert, daß sie einer Hydraulikströmung von den Federspeichern 14 bis 16 in das Kolben-Zylinder-Aggregat 12 einen erhöhten Drosselwiderstand entgegensetzt.
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Zusätzlich oder alternativ wird das Ventil 17 und/oder das Ventil 18 geöffnet, so daß die Federspeicher 14 bis 16 in ihrer Gesamtheit auf „weich” abgestimmt werden.
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Abweichend von der Darstellung der 2 kann gegebenenfalls auf eine Steuerbarkeit der Drossel 13 verzichtet werden, wenn parallel zum ständig wirksamen Federspeicher 14 zumindest ein weiterer absperrbarer Federspeicher 15 und/oder 16 vorhanden ist.
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Andererseits besteht die Möglichkeit, auf die absperrbaren Federspeicher 15 und/oder 16 zu verzichten, wenn die Drossel 13 einen hinreichend großen Verstellbereich aufweist.
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Statt einer einzigen Drossel 13 kann eine Parallelanordnung mehrerer Drosseln vorgesehen sein, um flexiblere Steuerungsmöglichkeiten zu ermöglichen. In diesem Fall kann eine Drossel in der einen Strömungsrichtung durchlässig und steuerbar und in der anderen Strömungsrichtung sperrend oder unsteuerbar durchlässig sein, während eine andere Drossel in der einen Strömungsrichtung sperrend oder unsteuerbar durchlässig und in der anderen Strömungsrichtung steuerbar durchlässig ist. Im Ergebnis bewirken dann eine Drossel eine steuerbare Druckstufendämpfung und die andere Drossel eine unabhängig steuerbare Zugstufendämpfung.
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Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Anordnung der 2 vollständig pneumatisch auszubilden: In diesem Fall ist statt der Pumpe 8 ein Kompressor angeordnet. Die Speicher 14 bis 16 bilden dann Kammern für pneumatisches Medium, wobei gegebenenfalls auch der Kammer 14 ein in 2 nicht dargestelltes, von der Regelanordnung 10 gesteuertes Absperrventil zugeordnet werden kann.
