-
Federung für Kraftfahrzeuge Federungen für Kraftfahrzeuge haben die
Aufgabe Beschleunigungen infolge £`ahrbahnunebenheiten vorn Fahrzeugaufbau fernzuhalten
und Radlastschwankungen so klein zu machen, daß Ilorizontalkräfte i11 ausreichendem
Maße übertragen werden können.
-
Die erste Aufgabe ist um so eher zu erfüllen, je weicher die Federung
bei entsprechender Dämpfung gewählt wird. Die Grenzen der Federweichheit sind dadurch
bestimmt, daß a) das Fahrzeug langwelligen Unebenheiten folgen muß und b) das.Abstützen
der Momente um Längs- und Querachse keine zu großen Roll- bztf. Nickwinkel er-C,.-eben
darf.
-
Die zweite Aufgabe verlangt bei der heute konventionellen Federung
eine relativ harte Dämpferenstellung, die aber kurzwellige Störungen in den Aufbau
einleitet und daher der Lösung der ersten Aufgabe abträglich ist. Eine Verbesserung
der heute üblichen Fahr-Geu-federullC; kann t-zuf folgende Art und Weise erfolgen
'd . Momente um die Quer- und hälaC;sacllse sollen kleine oder, ke-Lne Roll- und
Uickwinkel ergeben.
-
. D:i@r Dämpfer sollen so beschaffen. seln, daß sie die läiüe@asclat@.zrlv@tall,;
der Federung zwar dämpfen, hüllerfreEluente Störungen jedoch nicht oder i r1 vcerrrl--ertetll
Itiaße dur#ci-ilassell.
-
flenn fier Dättlpf'er dabei. f'ilr eine Dätrtr)ft.lellj der Ra.dscpä@r311gtJSrlf;e:r@
rl.lctlt zt.tr Verfügung stehen, tnussen @lrleordllet werden.
4.
Für sehr lzn-;e Wellen ist eine Vorinformation erwünscht. Das würde bedeuten, daß
z . F3. ein Knick im Längsschnitt der Straße schon zu einer Aufwärts-bzw. Abwärtsbeschleunigung
(je nachdem ob der 1,nick der Straße nach oben oder unten geht des Fahrzeuges führt
bevor das Fahrzeug den Knick erreicht hat. Im folgenden wird eine Lösung der Aufgaben
1 und 2 vorgeschlagen. DJ.e Lösung der Aufgabe 3 mit Hilfe von Massetilgern ist
bereits bekannt. Die Lösung der Aufgabe 4 setzt eine ausreichend genaue Erfassung
des Straßenprofils in einem Abstand von 10 - 50 m vor dem Fahrzeug voraus.
Dies;>. Aufgabe wird hier nicht behandelt. Die Lösung der Aufgaben 1 und 2 wird
in der in Fig. 1 skizzierten Einrichtung gefunden, die der in der Regeltechnik unter
dem 1'-egriff Störgrüßenaufschaltung bekannten Maßnahme entspricht. In das Schwingungsmodell
des Fahrzeuges mit der Aufbaumasse 11 der Fahrzeugfeder 12, dem Dämpfer, 13, der
Radmasse 14 und der Reifenfeder 15 wird von der Fahrbahn 16 her eine Störung reit
der Amplitude x0 eingeleitet. Zur Dämpfung der Radbewegung xR ist ein Tilger mit
der blasse 17, der Feder 18 und der Dl-impfung l cl) vorgesehen. Zwischen Rad 14
und Aufbaufederung 12,13 liegt das Stellglied 20 der Steuerung, das folgendermaßen
."esteuert wird: Am 12ad sitzt ein %#:e!terer Schwinger mit der nasse 21 der Peder
22 und der- Dämpfung 23. Zdrischen der Klasse 21 und dem Rad 14 liegt eine Lette
von Dämpfern und Federn, die man als mechanischen Kochpass bezeichnen kann. Das
erste Glied der Kette besteht aus dem Dämpfer 24 und der Feder 25, das zweite Glied
aus dem Dämpfer 26 und der Feder 27. Obwohl in Fig. 1 nur zwei Kettenglieder gezeichnet
sind, kann diese 1lette aus beliebig vielen Gliedern bestehen. Die Längenänderung
x5 der f'eder des letzten Gliedes, im gezeichneten Fall also die Llingenänderun,-
der Peder 27, dient als Steuergröße zur Verstel.liing des Servogliedes Die Wirkungsweise
dieser 2iiivi.chtung kann folgerideririaßeii besctir i=eben werden: Es sei. aeigenomwen,
d«ß die Erregung von der Striiße x0 in einer- liavitionisclieii Schi@liiigung b@#stelit,
deren @reclueiiz sich a11-Uli ste i.g;erta 11e1. sehr tiefen Frediieiizen, d.h.
die
wesentlich kleiner sind als die Eigenfrequenzen der betrachteten
Schwinger, werden alle Massen der Erregeramplitude folgen. Das ganze System z,Tzrd
sich wie ein starrer Körper verhalten. Erreicht die Frequenz die Kennfrequenz des
Aufbaus (11,12 so tritt je nach Dämpfereinstellung eine vorübergehende Vergrößerung
der Amplitude xa gegen x0 ein und bei weiter steigender Frequenz ein Abfall. der
Amplitude xa im Vergleich zu x0. Dies gilt zunächst ohne Eingreifen der Steuerung
20. Der Tilger 17 hat in dem zunächst betrachteten Frequenzbereich. in der Nähe
der Eigenfrequenz des Aufbaus 11 keinen nennenswerten tinfluß.
-
Es wird nun vorgeschlagen die Eigenfrequenz der Steuerung 21,22 bzw.
die Eckfrequenz der Hochpässe 21+/25, 26/27 usw. etwa gleich groß wie die Eigenfrequenz
des Aufbaus 11/12 zu machen. Das bedeutet, daß bei Erregerfrequenzen die unter der
Eigenfrequenz des Aufbaus bzw. der Steuerung liegen, kein t;eseritlicher Einfluß
vorhanden ist.
-
Bei Frequenzen die höher als die Frequenz des Schwingers 21 bzw. der
Kochpässe 24/25 -und 26/27 sind, wird die Steuerung folgendermaßen wirksam: Die
Amplitude x., das ist der Federweg der Feder 27, wird über das Servo@.'--ied 20
mit umgekehrten Vc)rsseicüen in die Federung eingebracht. Die Frequenzgänge des
Sciit,ringers 21 bzw. der Hochpässe 24/25 und 26/27 bewirken, daß die Koordinate
der Verbindungsstelle zwischen 26 und 27 x mit zunehmender Frequenz immer kleiner
wird. Die Koordinate xs wird also für höhere Frequenzen gleich x.. Da diese beiden
hoordinaten durch das Servoglied 20 voneinander abgezogen werden, w.1-rd die Krafteinleitung
in den Fahrzeugaufbau durch die Feder 12 und den Dämpfer 13 rasch mit der Frequenz
abnehmen, was den erwünscaten Erfolg gibt.- Der Massetilger 17 übt seine dämpfende
Wirkung im Bereich der -.`igeiifrequcnzen des Schwingers 14, '15 Rad, Reifen) aus.
-
2 zeigt schett:atisch einen möglichen Aufbau einer derartigen Federung.
Das Rad 30 wird über den Achsschenkel 31
.durch die beiden Querlenker
32 und 33 geführt. Am Achsschenkel 31 befindet sich eine Konsole 311 an deren oberen
Ende das Steuerorgan im Gehäuse 34 angebracht ist. Der Kolben 35 einer hydropneumatischen
Federung stützt sich über die f@olbenstange 36 auf einen Ausleger 37 ab, der in
Fig. 2 von der der vorliegenden Steuermasse 38 verdeckt ist. Die hydropneumatische
Federung ist durch den- Gasraum 39 und die Drossel 40 charakterisiert.
-
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die Steuerung. Die Steuermasse
38 ist über den Lenker 41 auf der Welle 42 gelagert. Diese Welle wird durch die
Spiralfeder 43 so gehalten, daß in Ruhestellung der Lenker 42 horizontal steht.
Die Welle 42 trägt auf der Innenseite des Gehäuses eine Anzahl von Flügeln 44. Zusammen
mit den mit dem Gehäuse fest verbundenen Flügeln 45 ergibt sich die Wirkung des
Dämpfers 23 von Fig. 1. Die Feder 43 entspricht der Feder 22 in fit. 1, die Steuermasse
38 der Masse 21 in Fit. 1. Dem Dämpfer 24 der Fig. 1 entsprechen die Flügel 46,
die drehbar auf der Welle 42 gelagert und gegen das. Gehäuse 34 mit der Feder 47
in Drehrichtung abgestützt sind. Der rechte Teil der Flügel 46 bildet zusammen mit
den Flügeln 48 einen Dämpfer, der dem Dämpfer 26 in Fig. 1 entspricll,'g. Diese
Flügel 48 sitzen auf der Welle 49, die durch die SP-iralfeder 50 drehelastisch mit
dem Gehäuse 34 verbunden isttcl Die Welle 49 führt in den hydraulischen Verstärker
51, ä.er mit Hilfe einer bekannten Nachführregelung der austrbtenden Welle
52 die gleiche Stellung z gibt, wie sie die Welle 49 aufweist, ohne daß eine Rückwirkung
auf diese erfolgt. Auf der Welle 52 liegt schließlich der Hebel 37, auf den sich
die Kolbenstange 36 abstützt. Fig. 2 und 3 stellt lediglich ein schematisches Bild
einer möglichen Ausführung dar. Insbesondere kann ein Übersetzungsverhältnis zwischen
Achsschenkel und Kolbenstange 36 eingeführt werden um den Weg des Kolbens zu verkleinern.
Wie
schon erwähnt, können-e]Ln oder beide Hochpässe 24/z5 bzw. 26/z7 weggelassen werden
oder aber durch eine beliebsüe Zahl weiterer LiociZpässe ergänzt sein.
-
An Stelle der hydropneumatischen Feder 40,39 kann jede beliebige andere
Federung verwendet werden.