DE10243895A1

DE10243895A1 - Pneumatisches Federungssystem

Info

Publication number: DE10243895A1
Application number: DE2002143895
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Gönnheimer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-09-21
Filing date: 2002-09-21
Publication date: 2004-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Federungssystem, bei dem zum Ausregeln schneller dynamischer Kräfte beim Fahrbetrieb zwischen den Federaggregaten eine Achser jeweils Luft verschoben werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Federungssystem eines Fahrzeuges mit dessen Rädern zugeordneten, durch Zu- bzw. Abfuhr von Druckluft steuerbaren pneumatischen Federaggregaten und einem Kompressoraggregat zur Erzeugung der Druckluft.
Kraftfahrzeuge mit pneumatischen Federungssystem sind bekannt und werden serienmäßig hergestellt.

Bei einem aus der DE 39 01 168 C2 bekannten Federungssystem der eingangs angegebenen Gattung für ein zweiachsiges Fahrzeug können im praktischen Betrieb vorkommende Niveauänderungen des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Untergrund dadurch ausgeglichen werden, daß die Federaggregate der einen Achse jeweils einzeln entweder mit der Druckseite des Kompressors oder einem zur Atmosphäre führenden Luftauslaß verbunden oder voneinander sowie vom Kompressor und vom Luftauslaß abgesperrt werden, bzw. dass Federaggregate der anderen Achse gemeinsam mit der Druckseite des Kompressors oder dem Luftauslaß verbunden bzw. gegenüber dem Kompressor und dem Luftauslaß abgesperrt werden. Im Übrigen erhält der Fahrzeugaufbau durch die ständige Verbindung der Federaggregate der einen Achse eine statisch bestimmte Dreipunktabstützung.

Um den Fahrzeugaufbau gegenüber Wankbewegungen, insbesondere bei Kurvenfahrt, verstärkt zu stabilisieren, ist es allgemein bekannt und üblich, Stabilisatoren anzuordnen. Dabei handelt es sich um Federelemente, die die Räder einer Achse relativ zueinander federbar koppeln, derart, dass die auf den beiden Fahrzeugseiten angeordneten Räder unterschiedliche Federhübe nur gegen den Widerstand des Stabilisators ausführen können, d.h. der Stabilisator wirkt sich nur bei unterschiedlichen Federhüben der Räder einer Achse aus. Dementsprechend wird Wankbewegungen des Aufbaus ein deutlicher Widerstand entgegengesetzt, wie es zur Verminderung einer Seitwärtsneigung des Fahrzeugaufbaus bei Kurvenfahrt wünschenswert ist. Bei Geradeausfahrt kann ein Stabilisator jedoch zu Komforteinbußen führen, etwa dann, wenn die Räder einer Achse aufgrund in Fahrtrichtung zueinander versetzter Fahrbahnunebenheiten zueinander entgegengerichtete Federhübe auszuführen suchen. Hier kann es zu einer unerwünschten Verhärtung der Federung kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Federungssystem der eingangs angegebenen Art einerseits eine hohe Wankstabilität und andererseits einen hohen Federungskomfort zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer Verbindungsleitung zwischen den Federaggregaten einer bzw. jeder Achse zumindest eine wahlweise in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung arbeitende Pumpenanordnung angeordnet ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei Bedarf unmittelbar zwischen Federaggregaten, die unterschiedlichen Fahrzeugseiten zugeordnet sind, Druckluft zu verschieben, so dass der Luftdruck bzw. die Luftmenge im einen Federaggregat rasch absinkt und im anderen Federaggregat entsprechend schnell ansteigt. Die Schnelligkeit der Änderung des Luftdruckes eines Federaggregates bei dieser Verschiebung der Druckluft wird durch das relativ geringe Luftvolumen der Federaggregate begünstigt. Damit kann einer unerwünschten Seitwärtsneigung des Fahrzeugaufbaus wirksam und schnell, entsprechend der jeweiligen Fahrdynamik, entgegengewirkt werden. Da die Druckdifferenzen zwischen den Federaggregaten schnell zurückgeführt werden können, lässt sich jederzeit ein komfortbetonter Betriebszustand des Federungssystems einstellen.

Vorzugsweise sind für die Verschiebung von Druckluft zwischen zwei Federaggregaten Flügelzellenpumpen vorgesehen. Diese können schnell und in beliebiger Förderrichtung arbeiten, so dass bei entsprechender Umkehr der Antriebsrichtung schnell Druckluft vom einem zum anderen Federaggregat oder in entgegengesetzter Richtung verschoben werden kann. Außerdem können die Anschlußleitungen einer Flügelzellenpumpe durch Stillstand der Pumpe ohne weitere Maßnahmen gegeneinander abesperrt werden.

In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung sind in jeder Verbindungsleitung zwischen den Federaggregaten einer Achse zwei Flügelzellenpumpen in Reihe angeordnet, wobei zwischen den Flügelzellenpumpen ein Druckspeicher angeschlossen ist. Bei dieser Ausgestaltung kann einerseits zwischen den Federaggregaten einer Achse schnell eine große Druckdifferenz erzeugt werden, indem beide Flügelzellenpumpen gleichgerichtet fördern, d.h. eine Flügelzellenpumpe fördert von einem Federaggregat in den Druckspeicher, während die andere Flügelzellenpumpe vom Druckspeicher in das andere Federaggregat der Achse fördert. Auf diese Weise können Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus schnell ausgeregelt werden. Andererseits kann dynamischen Hub- und Nickschwingungen des Aufbaus effektiv entgegengewirkt werden. In diesem Falle fördern beide Flügelzellenpumpen einer Achse entweder vom Druckspeicher in die jeweils zugeordneten Federaggregate oder von den zugeordneten Federaggregaten in den Druckspeicher.

Im übrigen kann ein zweistufiger Kompressor vorgesehen sein, dessen zweite Stufe sowohl saug- als auch druckseitig selektiv an Verbindungsleitungen zwischen Federaggregaten einer Achse anschließbar ist.

Hier wird der Tatsache Rechnung getragen, dass eine Abfuhr von Druckluft in die Atmosphäre regelmäßig weder notwendig noch im Hinblick auf geringen Energiebedarf des Federungssystems wünschenswert ist. Dementsprechend wird die erste Kompressorstufe nur zum Ausgleich von langfristig wirksamen „Mini"-Leckagen des Systems benötigt.

Hinsichtlich weiterer bevorzugter Merkmale der Erfindung wird auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.
Dabei zeigt
1 eine schaltplanartige Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform und
3 eine Ablwandlung des Systems der 2.
In 1 besitzt ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug Vorderräder 1 und Hinterräder 2, denen jeweils eines der Luftfederaggregate 3 bzw. 4 zugeordnet ist. Diese Luftfederaggregate können in grundsätzlich bekannter Weise als Federbeine mit einer bei Federhüben ihr Volumen verändernden Luftkammer sowie einem zwischen dem jeweiligen Rad bzw. einem Radführungselement und dem Fahrzeugaufbau angeordneten Dämpfer bestehen. Die Luftkammern führen typischerweise einen mittleren Betriebsdruck von etwa 10 bar.
Die Luftkammern der Luftfederaggregate 3 der Vorderräder 1 sind miteinander über eine Verbindungsleitung 5 verbunden, während zwischen den Luftkammern der Luftfederaggregate 4 der Hinterräder 2 eine Verbindungsleitung 6 angeordnet ist.
In jeder der Verbindungsleitungen 5 und 6 ist eine steuerbare sowie in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung antreibbare Flügelzellenpumpe 7 angeordnet, der jeweils ein Elektromotor 8 als Antrieb zugeordnet ist. Mittels der Flügelzellenpumpen 5 kann Luft zwischen den Luftfederaggregaten 3 einerseits und den Luftfederaggregaten 4 andererseits verschoben werden.
Zur Drucklufterzeugung dient im dargestellten Beispiel ein zweistufiges Kompressoraggregat 9, welches durch einen Elektromotor oder den Antriebsmotor 10 des Fahrzeuges antreibbar ist. Die erste Stufe 9' des Kompressoraggregates 9 ist saugseitig mit der Atmosphäre und druckseitig über ein Rückschlagventil 11 mit der Saugseite der zweiten Stufe 9'' des Kompressoraggregates 9 verbunden.
Im Übrigen ist die Saugseite der zweiten Stufe 9'' über sitzgesteuerte Absperrventile 12 und 13 mit den Verbindungsleitungen 5 und 6 verbunden. Die Druckseite der zweiten Stufe 9'' ist an einem Druckspeicher 14 angeschlossen sowie über Absperrventile 15 und 16 ebenfalls mit den Verbindungsleitungen 5 und 6 verbunden. Der Druckspeicher hat einen typischen mittleren Betriebsdruck von etwa 30 bar.
Das Federungssystem der 1 arbeitet wie folgt:
Das Kompressoraggregat 9 hält den Druckspeicher 14 ständig auf einem vorgegebenen Ladedruck. Durch Öffnen des Absperrventiles 15 und/oder 16 kann dann bei Bedarf Druckluft zur Verbindungsleitung 5 der Vorderachse oder der Verbindungsleitung 6 der Hinterachse geleitet und mittels der Flügelzellenpumpen 7 auf die jeweiligen Luftfederaggregate 3 bzw. 4 verteilt werden.
Umgekehrt kann durch Öffnen des Absperrventiles 12 und/oder des Absperrventiles 13 Druckluft aus den Verbindungsleitungen 5 bzw. 6 abgeführt werden, wobei wiederum die Flügelzellenpumpen 7 für eine gleichförmige Druckluftabfuhr aus den Federaggregaten 3 der Vorderachse bzw. den Federaggregaten 4 der Hinterachse sorgen.
Auf diese Weise lässt sich das mittlere Niveau des Fahrzeugaufbaus an den Vorderrädern 1 bzw. an den Hinterrädern 2 einstellen.
In der Regel, d.h. wenn gleichbleibende Temperaturen, Leckagefreiheit des Systems und ein unveränderter Beladungszustand des Fahrzeuges gegeben sind, bleibt das mittlere Niveau unverändert, so dass das Kompressoraggregat 9 stillgesetzt und die Absperrventile 12,13,15 und 16 geschlossen werden und bleiben können.
Bei geschlossenen Absperrventilen 12,13,15 und 16 kann durch Pumparbeit der Flügelzellenpumpen 7 jederzeit Druckluft zwischen den Luftfederaggregaten 3 und/oder den Luftfederaggregaten 4 verschoben werden, um eine Gegenkraft gegenüber auf den Fahrzeugaufbau einwirkenden Wankkräften zu erzeugen.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet von der Ausführungsform der 1 im wesentlichen dadurch, dass in den Verbindungsleitungen 5 und 6 zwischen den Luftfederaggregaten 3 der Vorderachse und den Luftfederaggregaten 4 der Hinterachse je zwei Flügelzellenpumpen 7 angeordnet und zwischen diesen Flügelzellenpumpen 7 eine Druckspeicheranordnung 17 sowie die Anschlüsse der Absperrventile 12 und 15 bzw. 13 und 16 angeschlossen sind.
Das System der 2 zeichnet sich durch vielfältige Steuerungsmöglichkeiten aus:
Jedes Federaggregat 3 bzw. 4 einer Achse kann über die jeweils zugeordnete bzw. benachbarte Flügelzellenpumpe 7 unter Abfuhr von Druckluft in die Druckspeicheranordnung 17 entladen oder unter Zufuhr von Druckluft aus dem Druckspeicher 17 mit zusätzlicher Druckluft beladen werden, ohne dass der Druckzustand des jeweiligen anderen Federaggregates 3 der jeweiligen Achse verändert wird. Die dem anderen Federaggregat 3 bzw. 4 zugeordnete Flügelzellenpumpe 7 wirkt insofern als Absperrung.
Des Weiteren können beide Flügelzellenpumpen 7 einer Achse in die gleiche Richtung fördern, so dass aus einem Federaggregat 3 bzw. 4 einer Achse Druckluft abgeführt und in das andere Federaggregat 3 bzw. 4 dieser Achse Druckluft zugeführt wird.
Schließlich können die Flügelzellenpumpen 7 einer Achse gegenläufig fördern. Dabei können beide Flügelzellenpumpen 7 einer Achse Druckluft aus beiden Federaggregaten 3 bzw. 4 der Achse in die Druckspeicheranordnung 17 abführen oder Druckluft aus der Druckspeicheranordnung in die Federaggregate einleiten.
Mit den vorgenannten Steuerungsweisen lassen sich Hub-, Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus schnell und wirksam ausregeln. Darüber hinaus kann auch die durch Federungshübe der Räder 1 und 2 bewirkte Verspannung des Chassis bzw. Fahrzeugaufbaus gesteuert werden, wenn die in Draufsicht auf das Fahrzeug auf einer Diagonalen liegenden Fahrzeugräder 1 und 2 Federungshübe in entgegengesetzter Richtung zu den Fahrzeugrädern 1 und 2 auf der anderen Diagonalen ausführen.
Die Ausführungsform der 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform der 2 lediglich dadurch, dass das Federungssystem hermetisch dicht ist und das Kompressoraggregat 9 nur eine einzige Kompressorstufe 9* aufweist, deren Saugseite über die Absperrventile 12 und 13 mit den Druckspeicheranordnungen 17 verbindbar ist.
Bei den Ausführungsformen der 2 und 3 arbeitet das Kompressoraggregat 9 wiederum nur sehr selten. Im wesentlichen hat das Kompressoraggregat 9 nur die Aufgabe, eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen den Druckspeicheranordnungen 17 und dem Druckspeicher 14 aufrechtzuerhalten.
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist eine nicht dargestellte Sensorik zur Erfassung fahrdynamischer Parameter vorgesehen, so dass eine ebenfalls nicht dargestellte Steuerung bzw. Regelung die Absperrventile 12,13,15 und 16 sowie die Flügelzellenpumpen 7 und das Kompressoraggregat 9 in Abhängigkeit von Soll-Istwert-Abweichungen der Parameter steuern kann.

Claims

Pneumatisches Federungssystem eines Fahrzeuges, mit dessen Rädern (1,2) zugeordneten, durch Zu- und Abfuhr von Druckluft höhenverstellbaren pneumatischen Federaggregaten (3,4) und einem druckseitig an die Federaggregate anschließbaren Kompressoraggregat (9) zur Erzeugung von Druckluft, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung (5,6) zwischen den Federaggregaten (3,4) einer bzw. jeder Achse zumindest eine wahlweise in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung arbeitende Pumpenanordnung (7) angeordnet ist.
Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenanordnung bzw. -anordnungen als Flügelzellenpumpen (7) ausgebildet sind.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Federaggregaten (3) einer Achse in Reihe zwei beliebig in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung antreibbare Pumpenanordnungen (7) und dazwischen ein Druckspeicheraggregat (17) angeordnet sind.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verbindungsleitung (5,6) und/oder das zwischen den Federaggregaten (3) einer bzw. jeder Achse angeordnete Druckspeicheraggregat (17) über ein gesondertes Absperrventil (15,16) mit der Druckseite des Kompressoraggregates (9) verbunden ist.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verbindungsleitung und/oder das zwischen den Federaggregaten einer bzw. jeder Achse angeordnete Druckspeicheraggregat (17) über ein gesondertes Absperrventil (12,13) mit der Atmosphäre oder der Saugseite des Kompressoraggregates (9) bzw. einer Kompressorstufe (9'') dieses Aggregates verbindbar ist.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federaggregate bei Stillstand des Fahrzeuges und/oder seines Motors gegen Luftzufuhr und Luftabfuhr abgesperrt sind.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenanordnungen (7) von einer Sensorik, die fahrdynamische Parameter erfaßt, in Abhängigkeit von Soll-Istwert-Abweichungen dieser Parameter steuerbar ist.
Federungssysten nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik direkt und/oder indirekt auf den Fahrzeugaufbau wirkende Nick-, Gier- und/oder Wankmomente und/oder Vertikal-, Längs- und/oder Querkräfte und/oder pneumatische Drücke an bzw. in Federaggregaten (3,4) und/oder Federhübe von Fahrzeugrädern (1,2) und/oder den Lenkwinkel gelenkter Fahrzeugräder (1) erfaßt.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federaggregate (3,4) nur für quasistatische Niveauänderungen mit der Druckseite oder der Saugseite des Kompressoraggregates (9) verbunden werden.
Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass fahrdynamische, schnelle Niveauänderungen durch die Arbeit der Pumpenanordnung bzw. -anordnungen (7), zumindest teilweise, ausgeregelt werden.
Federungsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelzellenpumpen (7) bei Stillstand ihre Anschlüsse gegeneinander dicht absperren.