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Die
Erfindung betrifft ein Fahrwerkssystem mit aktiver Federung bei
motorisch angetriebenen Fahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Fahrwerkssysteme
mit aktiver Federung sind aus der Praxis als geregelte Fahrwerkssysteme
bekannt, bei denen das Fahrwerk gegen den Aufbau des Fahrzeuges über hydraulisch
beaufschlagte Aktuatoren abgestützt
ist, die einem Hydrauliksystem zugeordnet sind, das als Antriebsquelle
eine förderstromgeregelte
und über
die Brennmaschine bei festem Drehzahlverhältnis angetriebene Hydropumpe umfasst.
Die Hydropumpe ist als sauggedrosselte Radialkolbenpumpe ausgestaltet,
die systembedingt aufgrund von Druckpulsation und Luftschallabstrahlung
zu unerwünschter
Geräuschentwicklung
neigt. Ferner ist eine Volumenstromregelung zur Reduzierung der
Leistungsaufnahme mit zusätzlichen
Aufwendungen für
ein Elektromagnetventil und eine entsprechende fahrzeugseitige Elektronikstruktur
verbunden, wobei ungeachtet dieses Aufwandes die Einflussmöglichkeiten
relativ begrenzt sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrwerkssystem der eingangs
genannten Art ohne Beeinträchtigung
der erforderlichen hohen Dynamik in vereinfachtem und insbesondere
auch geräuschlich
befriedigendem Aufbau darzustellen.
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Gemäß der Erfindung
wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht,
demzufolge als Hydropumpe eine Flügelzellenpumpe mit verstellbarem
Hub zum Einsatz kommt, die in ihrem Hub, und damit in ihrem Fördervolumen, in
Abhängigkeit
des für
das Fahrwerkregelsystem jeweils vorgegebenen Arbeitsdruckes einstellbar
ist.
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Ausgangspunkt
ist hierbei ein Fahrwerkssystem mit aktiver Federung bekannten Aufbaus,
dessen hydraulische Versorgung über
eine hubverstellbare, insbesondere einhubige Flügelzellenpumpe, erfolgt, die
hinsichtlich Wirkungsgrad, Pulsation und auch sonstigem, insbesondere
akustischem Verhalten bei kompakter Bauweise in bereits bekannten Ausgestaltungsformen überzeugt.
Eine solche Flügelzellenpumpe
wird in Abhängigkeit
von den Gegebenheiten, und damit den durch Fahrparameter bestimmten
Vorgaben bezüglich
des Fördervolumens dahingehend
beeinflusst, dass eine möglichst
niedrige Leistungsaufnahme bei hoher Dynamik erreicht wird. Dies
geschieht dadurch, dass die Hubverstellung für die Flügelzellenpumpe in Abhängigkeit
von der Ansteuerung der Magnetventile des Fahrwerkregelsystems erfolgt,
die über
die Fahrparameter bereits unmittelbar bei Erkennen des Eintretens
eines Bedarfsfalles im Sinne eines Anhebens oder auch Absenken des
Systemdruckes angesteuert werden und so eine entsprechend frühzeitige
Verstellung der Pumpe im Hinblick auf entsprechende Bedarfsänderungen
ermöglichen.
Zu den Fahrparametern, die ein möglichst
frühzeitiges
Ansprechen des die aktive Federung beeinflussenden Fahrwerksystemes,
und damit auch, da aus diesen Vorgaben unmittelbar abgeleitet, der
Hydropumpe ermöglichen,
zählen
insbesondere Lenksignale, gegebenenfalls auch die Signale von Fahrverhaltenskorrektursystemen,
Unfallverhütungssystemen
und dergleichen.
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Der
Vorteil der Ansteuerung der Hydropumpe auf Basis von im Fahrwerkregelsystem
verarbeiteten und aus der entsprechend an gesteuerten Hydraulik des
Fahrwerksystems abgeleiteten Informationen liegt auch darin, dass
die erfindungsgemäße Ansteuerung
der Flügelzellenpumpe
hinsichtlich ihrer Hubverstellung im Wesentlichen ohne Zusatzmaßnahmen
zu realisieren ist, so dass im Rahmen der Erfindung das für die Dynamik
des Systems erforderliche schnelle Ansprechen der Pumpe nahezu ohne Zusatzaufwand
zu erreichen ist.
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Die
Realisierung der Hubverstellung der Flügelzellenpumpe, und damit eine Änderung
des Fördervolumens
der Flügelzellenpumpe,
erfolgt im Rahmen der Erfindung zwischen Grenzwerten, nämlich einem
unteren Grenzwert, der einem Fördervolumen entspricht,
das zur Erhaltung des jeweiligen Arbeitsdruckes des Hydrauliksystemes
zusätzlich
eines Steuervolumens erforderlich ist, und einen oberen Grenzwert,
nämlich
dem maximalen Fördervolumen der
Pumpe. Ausgehend von dem unteren Grenzwert, nämlich dem Erhaltungs-Fördervolumen,
erfolgt die Umstellung sprunghaft auf das maximale Fördervolumen,
wenn sich für
den Hubring, durch die Rückkopplung
auf das Hydrauliksystem und korrelierend zu dessen Arbeitsdruck, über einen
zwischengeschalteten Regler eine Druckbeaufschlagung, und damit
eine Stellkraft in Richtung des Anhebens des Fördervolumens der Pumpe ergibt.
In Abhängigkeit von Änderungen
des Arbeitsdruckes des Hydrauliksystemes erfolgen Änderungen
der Druckbeaufschlagung des Hubringes und damit Änderungen der den Hubring beaufschlagenden
Stellkraft aufgrund der Reglerausgestaltung, sobald als Schwellwert eine
kleine Druckspanne zu dem Beaufschlagungsdruck für den Hubring überschritten
ist, der der Stellung minimalen Fördervolumens, und damit der
dem Erhaltungs-Volumen entsprechenden Stellung entspricht. Mit Überschreiten
des Schwellwertes erfolgt eine Umstellung des Hubringes aus seiner
Stellung minimaler Förderung
auf eine Stellung, die dem maximalen Fördervolumen der Pumpe entspricht,
so dass das maximale Fördervolumen
vorgehalten wird, solange Änderungen
des Arbeitsdruckes des Hydrauliksyste mes ein Fördervolumen der Pumpe bedingen,
das über
dem Erhaltungs-Fördervolumen liegt,
und zwar um einen Betrag, der der den Schwellwert bestimmenden Druckspanne
des Beaufschlagungsdruckes für
den Stellring entspricht. Dadurch, dass das maximale Fördervolumen
immer dann vorgehalten wird, wenn außerhalb eines Grenzbereich liegende
Veränderungen
des Arbeitsdruckes gegeben sind, ist einerseits eine minimale Ansprechzeit gewährleistet,
andererseits aber auch sichergestellt, dass bei zeitanteilig überwiegenden
Verhältnissen mit
im Wesentlichen gleich bleibenden Arbeitsbedingungen für das Fahrwerkregelsystem
die Pumpe im Bereich ihrer minimalen Förderung und Leistungsaufnahme
betrieben werden kann.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt auch eine kontinuierliche Ansteuerung
der Pumpe entsprechend dem jeweiligen Leistungsbedarf. Eine solche Ansteuerung
lässt sich
in einfacher Weise dadurch realisieren, dass der Rücklauf eines
dem Hydrauliksystem des Fahrwerkes zugeordneten Druckreglers auf
die Pumpe zurückgeführt wird,
so dass in Abhängigkeit
von einem zur Rücklaufmenge
korrelierenden Stelldruck durch die Hubverstellung der Pumpe realisierbar
ist.
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Entsprechende
Verstellbarkeiten des Hubes der Flügelzellenpumpe können beispielsweise
in Analogie zu Lösungen
erfolgen, wie sie in der
DE
101 61 296 A1 aufgezeigt sind.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird
die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen anhand der Zeichnungen
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Fahrwerksystems,
dessen hydraulischem, schematisch dargestellten Teil eine hubverstellbare
einhubige Flügelzellenpumpe
zugeordnet ist, die in Abhängig keit
vom Arbeitsdruck des Systems in ihrem Hub, und damit in ihrem Fördervolumen
einstellbar ist,
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2 und 3 Schaltdiagramme,
die die Ansteuerung der Flügelzellenpumpe
in Abhängigkeit vom
Arbeitsdruck des Hydrauliksystems über der Zeit beim Zu- und Abschalten
zeigen, wobei das Abschalten mit einer gewissen Hysterese erfolgt,
sowie, daraus resultierend, das Fördervolumen der Pumpe über der
Zeit, und
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4 eine
der 1 im Wesentlichen entsprechende Darstellung, wobei
der über
einen Druckregler erfolgende Rücklauf
aus dem System zur Ansteuerung der Pumpe genutzt wird.
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1 und 4 gehen
aus von einem Fahrwerkssystem mit aktiver Federung bei motorisch
angetriebenen Fahrzeugen, bei dem das Fahrwerk gegen den Aufbau
des Fahrzeuges über
hydraulisch beaufschlagte Aktuatoren abgestützt ist. Solche Fahrwerkssysteme
mit aktiver Federung werden hier als bekannt vorausgesetzt, da sie
sich schon vielfach im praktischen Einsatz befinden und in verschiedensten
Ausgestaltungen bereits in der Literatur beschrieben sind.
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Solche
aktiven Fahrwerkssysteme, über
die ein Wankausgleich angestrebt wird, Nickbewegungen der Karosserie
des Fahrzeuges kompensiert werden und in die fallweise auch eine
Niveauregulierung integriert ist, bedingen ein Hydrauliksystem,
wie es in 1 teilweise dargestellt und
mit 1 bezeichnet ist, das zumindest für einzelne Achsen und deren
Räder eine
unabhängige
Druckbeaufschlagung ermöglicht,
wobei das teilweise gezeigte Hydrauliksystem entsprechende Versorgungsanschlüsse 2, 3 zeigt, von
denen die Anschlüsse 2 beispielsweise
der Vorderachse und die Anschlüsse 3 beispielsweise
der Hinterachse eines Personenkraftwagens zugeordnet sind.
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Dem
Hydrauliksystem 1 ist als Druckquelle eine Hydropumpe 4 in 1 bzw. 5 in 4 zugeordnet
und ausgehend von der Hydropumpe 4 bzw. 5 ist
das jeweilige Hydrauliksystem 1 bezüglich der Vorderachse und der
Hinterachse getrennt anzusteuern und zu versorgen, wobei ausgehend
von der Hydropumpe 4 bzw. 5 Leitungsverbindungen 6 bzw. 7 zu
einem als Wegeventil ausgebildeten Steuerventil 8 führen. Das
Steuerventil 8 ist symbolisch als 8/2-Wegeventil dargestellt
und sperrt in der einen Schaltstellung die Leitungsverbindungen 6 und 7 gegen
die weiterführenden
Leitungen 9 und 10 ab, von denen die weiterführenden
Leitungen 9 der Verbindung zur Vorderachse und die weiterführenden
Leitungen 10 der Verbindung zur Hinterachse zugeordnet
sind. In der Leitungsverbindung 9, und damit nachgeordnet
zum Wegeventil 8, liegt ein weiteres Steuerventil 11,
das als 4/2-Wegeventil
ausgebildet ist und über
das bei über
das Steuerventil 8 geschalteter Verbindung zwischen Vorderachse
und Pumpe 4 bzw. 5 diese Verbindung freizugeben
oder abzusperren ist.
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Von
der Druckseite der Leitungsverbindung 6 ist unter Zwischenschaltung
eines Druckreglers 12 die Druckseite der Leitungsverbindung 7 abgezweigt und
die Niederdruckseiten der Leitungsverbindungen 6 und 7 bilden
beim Ausführungsbeispiel
gemäß 1 den
Rücklauf
des Systemes, wobei die Druckseite der Leitungsverbindung 7 zwischen
dem Druckregler 12 und dem Steuerventil 8 über einen
weiteren Druckregler 13 mit dem Rücklauf verbunden ist. Drucksensoren 14 bzw. 15 sind
jeweils den druckseitigen Teilen der Leitungsverbindungen 6 bzw. 7 zugeordnet.
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In
den Ausführungsbeispielen
gemäß 1 und 4 ist
die Hydropumpe 4 bzw. 5 jeweils als Flügelzellenpumpe
mit verstellbarem Hub ausgebildet. Abweichend ist in den beiden
Ausführungsbei spielen
die Ansteuerung der Hydropumpe zur jeweiligen Hubverstellung. Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 erfolgt
die Ansteuerung der Hydropumpe 4 in Abhängigkeit des über das
Fahrwerkregelsystem vorgegebenen Arbeitsdruckes des Hydrauliksystemes,
wie dies in 1 durch die Leitungsverbindung 16 symbolisiert
ist.
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2 und 3 zeigen
hierzu Schaltdiagramme, wobei in 2 der der
auf den Hubring der Flügelzellenpumpe
wirkenden Stellkraft entsprechende Druck über der Zeit, und in 3 die
Fördermenge
der Flügelzellenpumpe über der
Zeit aufgetragen ist. Die Diagramm-Darstellungen beziehen sich jeweils
auf einen Zeitabschnitt, in dem die Druckpumpe sich zunächst in
einem „Leerlaufzustand" befindet, der Hubring
also lediglich mit einer Stellkraft beaufschlagt ist, die einem
unteren Beaufschlagungsdruck pu entspricht,
der zu einem zum Erhalt des Arbeitsdruckes des Hydrauliksystems
erforderlichen Volumenstrom, also einer aktuellen Fördermenge
der Pumpe zuzüglich
eines niedrigen Steuerstromes korreliert. Dieser Leerlaufzustand
der Pumpe entspricht einem Zustand minimaler Förderung. Steigt durch fahrwerksseitige
Belastungen der seitens des Hydrauliksystemes gegebene Arbeitsdruck, so
verändert
sich aufgrund der Rückkopplung – symbolisiert
durch die Leitungsverbindung 16 – die Druckbeaufschlagung des
Hubringes. Die entsprechende Korrelation zwischen dem Fördervolumen der
Pumpe und der daraus abgeleiteten Druckbeaufschlagung für den Hubring
erfolgt über
einen ebenfalls nicht dargestellten Regler. Wird der Hubring bei auf
einen Schwelldruck ps angestiegenen Stelldruck, entsprechend
einem gestiegenen Arbeitsdruck, mit einem über dem Schwelldruck ps liegenden Stelldruck beaufschlagt, so ist
bezogen auf den Hubring eine Stellkraft gegeben, durch die dieser
auf seine der maximalen Förderung
der Pumpe entsprechende Stellung verstellt wird.
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Damit
ergibt sich, wie in 3 veranschaulicht, in dem Zeitbereich,
in dem die Druckbeaufschlagung des Hubringes oberhalb des Schwelldruckes
ps liegt, für die Pumpe eine Arbeitsstellung
maximaler Förderung.
Diese wird solange beibehalten, bis die aus der fahrwerksseitigen
Belastung resultierenden Anforderungen erreicht sind und der Arbeitsdruck
des Hydrauliksystems nur noch erhalten werden muss, somit nur noch
ein „Erhaltungs-Volumenstrom" pumpenseitig erforderlich
ist. Entsprechend fällt
aufgrund der Rückkopplung über den
Regler die Druckbeaufschlagung des Hubringes und damit die auf diesen
wirkende Stellkraft, so dass eine Rückstellung des Hubringes in
Richtung minimaler Förderung der
Pumpe erfolgt. Die Rückstellung
erfolgt erst, sobald ein Schwellwert in der Druckbeaufschlagung des
Hubringes unterschritten ist, insbesondere der Schwelldruck ps, der für
das Aufschalten der Pumpe beim Anheben des Fördervolumens gegeben ist.
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Die
Folge dieser Anordnung ist, dass, solange über die Hydropumpe 4 keine
wesentliche Einspeisung auf das Hydrauliksystem erfolgt und lediglich
der jeweilige Arbeitsdruck gehalten wird, die Pumpe im Leerlauf
läuft und
der Hubring mit einem minimierten Stelldruck beaufschlagt ist. Erst
aufgrund von Änderungen
des Arbeitsdruckes ergeben sich Änderungen
in der Druckbeaufschlagung des Hubringes im Sinne einer Vergrößerung oder
Verkleinerung der diesen beaufschlagenden Stellkraft mit der Folge
einer Veränderung
des Fördervolumens.
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Baulich
realisieren lassen sich derartige Lösungen mit Regelsystemen, wie
sie beispielsweise in Verbindung mit Lenksystemen bekannt sind,
bei denen der Druckflussstrom an einer Drossel in Abhängig von
der Differenz der Drücke
vor und hinter dem Drosselquerschnitt erfasst wird, also beispielsweise mit
nach dem Prinzip der Druckwaage arbeitenden Regelsystemen, die in
die Pumpe integriert sein können,
so dass keinerlei zusätzliche
Leitungsverbindungen erforderlich sind.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 4 unterscheidet
sich vom Ausführungsbeispiel
gemäß 1 dadurch,
dass der über
das oder die Druckregelventile abströmende Volumenstrom für die Regelung
der Fördermenge
der Pumpe herangezogen wird, wobei diese auf einen konstant niedrigen
Volumenstrom geregelt wird. Damit ergibt sich die niedrigstmögliche Leistungsaufnahme
für die
Pumpe und dies bei geringem Aufwand, da lediglich eine zusätzliche
Leitungsverbindung 17 zwischen einem systemseitig gegebenen
Druckregelventil, hier dem Druckregelventil 13, und der
Pumpe 5 erforderlich ist.
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Die
Ausgestaltung gemäß 4 ist
auch noch insoweit vorteilhaft, als die Pumpenauslegung regelmäßig dahingehend
zu erfolgen hat, dass eine mit steigender Temperatur und steigender
Lebensdauer aufgrund zunehmender Leckage sinkende Fördermenge
zu berücksichtigen
ist, was die Installation von Pumpen erforderlich macht, die bezogen
auf den betriebsbedingten Leistungsbedarf überdimensioniert sind. Diese
Effekte werden durch die anhand der Figur beschriebene Regelung
in Bezug auf die Leistungsaufnahme unschädlich gemacht, wobei auch in
diesem Fall mit einer in Verbindung mit 1 angesprochenen
und in die Pumpe integrierten Regeleinrichtung gearbeitet werden
kann.