DE10232438B4

DE10232438B4 - Vorrichtung zur Schwingungsreduzierung an Fahrzeugachsen

Info

Publication number: DE10232438B4
Application number: DE2002132438
Authority: DE
Inventors: Hans-Gerd Dr.-Ing. Eckel
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: DE10232438A1

Abstract

Vorrichtung zur Schwingungsreduzierung an Fahrzeugachsen, wobei die Fahrzeugachse über ein Federglied und ein Dämpfungsglied mit einer Tilgermasse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Tilgermasse (10) und der Fahrzeugachse (1) eine Kupplung (13) geschaltet ist, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwingungsamplitude wirksam wird und selbsttätig zeitverzögert lösbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsreduzierung an Fahrzeugachsen, wobei die Fahrzeugachse über ein Federglied und ein Dämpfungsglied mit einer Tilgermasse verbunden ist.
Bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, werden die Forderungen nach einer Erhöhung des Fahrkomforts und der Sicherheit immer größer. Der Fahrkomfort wird wesentlich auch dadurch beeinträchtigt, dass die Fahrzeuginsassen störende Vibrationen und Geräusche empfinden. Diese Einflüsse werden zusammengefasst als NVH-Verhalten (noise vibration harshness behavior) bezeichnet.
Bei modernen Fahrzeugkonstruktionen wird in zunehmendem Maße eine Verbesserung des NVH-Verhaltens angestrebt.
Die das NVH-Verhalten beeinträchtigenden, störenden Vibrationen werden zu einem beachtlichen Teil von Achsschwingungen bei geringen Amplituden der Fahrbahnanregung verursacht. Die herkömmlichen Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung an Fahrzeugachsen bestehen darin, zur Achsfederung einen Schwingungsdämpfer parallel zu schalten. Gerade bei geringen Amplituden der Fahrbahnanregung ist die Wirkung dieser Schwingungsdämpfer jedoch gering.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Gattung (WO 91/16213 A1) ist die Fahrzeugachse über einen Stellzylinder mit einer Tilgermasse verbunden. Der hydraulische Stellzylinder, der über ein Steuerventil angesteuert wird, kann mit einem veränderbaren Drosselquerschnitt als Dämpferelement ausgeführt sein. Die über den Stellzylinder angekoppelte Tilgermasse stellt in Verbindung mit einem hydropneumatischen Federbein einen aktiven Tilger dar, der es ermöglicht, beliebige Kraftgesetze zwischen dem Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau wirken zu lassen. Auch dieses System hat bei geringen Amplituden der Fahrbahnanregung jedoch nur eine sehr geringe Schwingungsdämpfungswirkung, so dass die gewünschte Verbesserung des NVH-Verhaltens nicht erreicht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Schwingungsreduzierung an Fahrzeugachsen zu schaffen, mit der die bei geringen Amplituden der Fahrbahnanregung auftretenden Achsschwingungen wesentlich reduziert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der Tilgermasse und der Fahrzeugachse eine Kupplung geschaltet ist, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwingungsamplitude wirksam wird und selbsttätig zeitverzögert lösbar ist.

Die Ankopplung einer Tilgermasse über ein Federglied und ein Dämpfungsglied an die Fahrzeugachse bewirkt, dass bei geringen Amplituden eine wesentliche Schwingungstilgung erreicht wird, indem die relevanten Eigenschwingungen des von der Fahrzeugachse gebildeten, aus der ungefederten Masse und dem elastischen Radreifen bestehenden Systems deutlich reduziert werden.

Eine solche Schwingungstilgung durch Ankoppelung einer Tilgermasse an ein schwingendes System ist zwar grundsätzlich bekannt; es konnte jedoch bei Fahrzeugachsen nicht eingesetzt werden, weil große Amplituden der Fahrbahnanregungen zu sehr hohen Tilgeramplituden geführt hätten. Eine deshalb notwendige Begrenzung der Tilgeramplituden durch Anschläge hätte das Schwingungsverhalten der Tilgermasse stark gestört.

Durch die erfindungsgemäße Kupplung, die erst bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwingungsamplitude der Tilgermasse wirksam wird und selbsttätig zeitverzögert lösbar ist, werden die vorher beschriebenen, bisher unlösbaren Probleme überwunden.

Wenn eine durch die Kupplungskonstruktion vorgegebene Größe der Anregungsamplituden erreicht wird, wird die Tilgermasse durch die Kupplung selbstständig festgehalten und erhöht dadurch kurzzeitig die ungefederte Achsmasse. Eine solche Erhöhung der ungefederten Achsmasse ist zwar bei den überwiegenden Betriebszuständen unerwünscht und wird deshalb bei Achskonstruktionen grundsätzlich vermieden. Bei hohen Anregungsamplituden kann eine solche Erhöhung der ungefederten Masse der Fahrzeugachse jedoch akzeptiert werden.

Mit der Erfindung wird somit erreicht, dass zur Reduzierung der bei geringen Amplituden der Fahrbahnanregung auftretenden störenden Schwingungen ein Schwingungstilger wirksam wird, dessen Tilgermasse aber bei hohen Anregungsamplituden und den damit verbundenen hohen Tilgermassenamplituden keine Tilgermassenbewegung zwischen Endanschlägen und damit keine die Fahrsicherheit (dynamische Radlasten) und keinen den Komfort (Aufbaubeschleunigung) mindernde Eigenschaften hat.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt ist, in der ein Kolben bei Erreichen der vorgegebenen Schwingungsamplitude aus einem Zylinderhauptraum in einen Zylinderendraum eintritt und dass zwischen dem Zylinderendraum und dem Zylinderhauptraum eine hydraulische Rückschlageinrichtung in der Weise wirkt, dass die durch die Kolbenbewegung verursachte Hydraulikströmung aus dem Zylinderhauptraum in den Zylinderendraum stärker gedrosselt wird als die umgekehrte Hydraulikströmung.

Damit wird für die Tilgermasse eine selbsttätig arbeitende Kupplung geschaffen, durch die die Tilgermasse bei Überschreiten einer bestimmten Größe der Anregungsamplitude nach dem Prinzip eines Saugnapfes kurzzeitig festgehalten wird. Bei der Rückbewegung des Kolbens aus dem Zylinderendraum in den Zylinderhauptraum erfolgt eine stärkere Drosselung der Hydraulikströmung; dadurch wird diese Rückbewegung in dem gewünschten Maße verzögert. Dies wirkt sich als eine kurzzeitige verstärkte Ankopplung der Tilgermasse an die Fahrzeugachse aus.

Bevorzugt weist der Kolben eine als Rückschlagventil wirkende Lippendichtung auf, die beim Eintritt des Kolbens in den Zylinderendraum an der Zylinderwand zur Anlage kommt, wobei mindestens ein den Zylinderendraum mit dem Zylinderhauptraum verbindender Drosselkanal vorgesehen ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
Es zeigt:
1 in schematischer Darstellungsweise eine Fahrzeugachse mit einem Schwingungstilger,
2 eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit als Kupplung, die die Tilgermasse des Schwingungstilgers mit der Fahrzeugachse verbindet, dargestellt in einer Stellung vor Erreichen einer vorgegebenen Amplitude, und
3 die Kolben-Zylindereinheit gemäß 2 nach Überschreiten einer vorgegebenen Schwingungsamplitude.
In 1 ist stark vereinfacht ein Achsschenkel 1 einer Fahrzeugachse dargestellt, der in einem Gelenk 2 an einem Kraftfahrzeug 3 gelagert ist und ein Fahrzeugrad 4 mit einem Luftreifen 5 trägt, der auf einer Fahrbahn 6 abrollt.
In herkömmlicher Weise ist der Achsschenkel 1 über eine Feder 7 und einen dazu parallel geschalteten Schwingungsdämpfer 8 am Kraftfahrzeug 3 abgestützt.
Der Achsschenkel 1 ist mit einem Schwingungstilger 9 versehen. Der Schwingungstilger 9 weist eine Tilgermasse 10 auf, die über eine Feder 11 und einen parallel hierzu geschalteten Schwingungsdämpfer 12 mit dem Achsschenkel 1 verbunden ist.
Bei Anregungsamplituden, die eine vorgegebene Amplitudengröße nicht überschreiten, wird der Schwingungstilger 9 durch seine beschriebene Ankoppelung an den Achsschenkel 1 in bekannter Weise wirksam und tilgt die Schwingungen des Achsschenkels 1 in wesentlichem Maße.
Bei höheren Anregungsamplituden erhöhen sich auch die Bewegungsamplituden der Tilgermasse 10 erheblich. Beim Erreichen einer vorgegebenen Schwingungsamplitude der Tilgermasse 10 wird eine zwischen der Tilgermasse 10 und dem Achsschenkel 1 angeordnete, selbsttätig zeitverzögert lösbare Kupplung 13 wirksam. Solange und in dem Maße, wie die Kupplung 13 die Tilgermasse 10 mit dem Achsschenkel 1 verbindet, wird eine weitere Erhöhung der Schwingungsamplitude der Tilgermasse 10 vermieden. Sobald die Kupplung 13 die Tilgermasse 10 zeitverzögert wieder freigibt, wird der Schwingungstilger 9 im Bereich geringerer Anregungsamplituden wieder wirksam.
Einzelheiten eines möglichen, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiels der Kupplung 13 sind in den 2 und 3 dargestellt. Die Kupplung 13 ist hierbei als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit 14 ausgeführt. Deren Zylinder 15 ist beispielsweise mit dem Achsschenkel 1 verbunden, während deren Kolben 16 über eine Kolbenstange 17 mit der Tilgermasse 10 verbunden ist. Der Zylinder 15 weist einen Zylinderhauptraum 18 auf, dessen Zylinderinnendurchmesser größer ist als der eines Zylinderendraums 19. Der Kolben 16 weist eine Lippendichtung 20 auf, die beim Eintritt des Kolbens 16 aus dem Zylinderhauptraum in den Zylinderendraum 19 an der Zylinderwand zur Anlage kommt und wegen ihrer zum Zylinderhauptraum 18 hin gerichteten Dichtlippe 20a als Rückschlagventil wirkt. Der Kolben 16 wird somit beim Eintauchen in den Zylinderendraum 19 einerseits abgebremst, weil der zwischen der Lippendichtung 20 und der Zylinderwand des Zylinderendraums 19 gebildete Strömungsspalt eine wesentliche Drosselwirkung für die Hydraulikströmung darstellt. Zugleich wird der Kolben 19 aber auch im Zylinderendraum 19 festgehalten, weil eine Rückströmung zwischen der Lippendichtung und der Zylinderwand nicht möglicht ist, weil die Lippendichtung 20 als Rückschlagventil wirkt. Beispielsweise hält diese Wirkung bis zu 2 sec nach Abklingen der Anregung an.
Bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens 16 aus der in 3 gezeigten Stellung im Zylinderendraum 19 muss eine Hydraulikströmung aus dem Zylinderhauptraum 18 in den Zylinderendraum 19 erfolgen. Hierzu ist mindestens ein den Zylinderendraum 19 mit dem Zylinderhauptraum 18 verbindender Drosselkanal vorgesehen, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine oder mehrere Drosselbohrungen 21 im Kolben 16 gebildet wird. Diese Drosselbohrungen 21 sind so bemessen, dass die Hydraulikströmung aus dem Zylinderhauptraum in den Zylinderendraum 19 bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens 16 wesentlich stärker gedrosselt wird als die Hydraulikströmung zwischen der Lippendichtung 20 und der Zylinderwand bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens 16, die in 2 dargestellt ist. Statt dessen kann auch vorgesehen werden, dass der Drosselkanal durch eine oder mehrere Nuten an der Lippendichtung am äußeren Umfang gebildet wird.
Solange sich der Kolben 16 im Zylinderendraum 19 befindet, ist die Tilgermasse 10 im wesentlichen mit dem Achsschenkel 1 verbunden und wirkt in diesem Zustand nicht mehr als Tilgermasse, sondern als Vergrößerung der ungefederten Masse des Achsschenkels 1. Unerwünscht hohe Schwingungsamplituden der Tilgermasse 10 werden dabei vermieden.

Claims

Vorrichtung zur Schwingungsreduzierung an Fahrzeugachsen, wobei die Fahrzeugachse über ein Federglied und ein Dämpfungsglied mit einer Tilgermasse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Tilgermasse (10) und der Fahrzeugachse (1) eine Kupplung (13) geschaltet ist, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwingungsamplitude wirksam wird und selbsttätig zeitverzögert lösbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (13) als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit (14) ausgeführt ist, in der ein Kolben (16) bei Erreichen der vorgegebenen Schwingungsamplitude aus einem Zylinderhauptraum (18) in einen Zylinderendraum (19) eintritt und dass zwischen dem Zylinderendraum (19) und dem Zylinderhauptraum (18) eine hydraulische Rückschlageinrichtung (20) in der Weise wirkt, dass die durch die Kolbenbewegung verursachte Hydraulikströmung aus dem Zylinderhauptraum (18) in den Zylinderendraum (19) stärker gedrosselt wird als die umgekehrte Hydraulikströmung.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) eine als Rückschlagventil wirkende Lippendichtung (20), die beim Eintritt des Kolbens (16) in den Zylinderendraum (19) an der Zylinderwand zur Anlage kommt, und dass mindestens ein den Zylinderraum (19) mit dem Zylinderhauptraum (18) verbindender Drosselkanal (21) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderhauptraum (18) einen größeren Zylinderinnendurchmesser aufweist als der Zylinderendraum (19).