DE19630442C1 - Einrichtung zur Querstabilisierung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Querstabilisierung eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Durchläuft ein Kraftfahrzeug, z. B. ein Rennsportwagen, mit hoher Geschwindigkeit eine Kurve, so werden die bezogen auf den Mittelpunkt der Kurvenkrümmung außenliegenden Räder auf­ grund der Zentrifugalkraft stärker belastet. Dies hat zur Folge, daß sich die den äußeren Rädern zugeordneten Federbeine stark verkürzen, was zu einer Seitenneigung des Kraftfahrzeuges führt. Die innenliegenden Räder werden entlastet, was deren Bodenhaf­ tung verringert und schließlich sogar zum Abheben dieser Räder vom Boden führen kann.

Es ist daher bekannt, durch eine Quer­ stabilisationseinrichtung einen Teil der auf die Außenräder wirkenden Kraft auf die Federbeine der inneren Räder zu über­ tragen, so daß insgesamt die Seitenneigung des Kraftfahrzeuges bei Kurvenfahrten vermindert wird. Bekannte Querstabilisations­ einrichtungen arbeiten mit mechanischen, elastisch deformier­ baren Kraftübertragungselementen, insbesondere mit massiven Torsionsstäben.

Wird bei sehr schnellen Fahrzeugen, z. B. bei Rennsportwagen, ein hohes Ausmaß der Querstabilisierung ange­ strebt, so müssen derartige mechanische Kraftübertragungsele­ mente sehr massiv ausgebildet werden. Dies bedeutet einerseits ein hohes Gewicht, welches im Blick auf die Fahrleistungen und den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges unerwünscht ist; andererseits steht in vielen Fällen der Einbauraum, den diese massiven Kraftübertragungselemente benötigen, nicht zur Verfügung.

Aus diesem Grunde wurden Stabilisatoren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art konstruierte wie sie bei­ spielsweise in den US-Patentschriften 37 36 000 und 46 07 861 beschrieben sind. Bei derartigen Stabilisatoren ist allen Feder­ beinen jeweils eine Kolben-Zylinder-Einheit zugeordnet, die bei Betätigung eine Belastung und hieraus folgend eine Verkürzung des zugeordneten Federbeines bewirken, also denselben Bewegungs­ ablauf hervorrufen kann, der normalerweise bei einer Einfederung des entsprechenden Rades stattfindet. Die Kolben-Zylinder-Einhei­ ten auf gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeuges sind über Kreuz durch Druckmittelleitungen miteinander verbunden.

Federt nunmehr aufgrund einer entsprechenden Radbewegung das Federbein auf der einen Seite des Kraftfahrzeuges ein, so wird ein Zylinder­ raum der Kolben-Zylinder-Einheit auf der jeweils gegenüberliegen­ den Seite mit Druckmittel derart beaufschlagt, daß die zugeord­ nete Kolbenstange auch das andere Federbein kompri­ miert. Damit wird in der gewünschten Weise die übermäßige Seitenneigung des Kraftfahrzeuges in Kurven­ fahrten unterbunden.

Das Ausmaß der Querstabilisierung bei diesen bekannten Stabilisatoren ist dadurch bestimmt, daß an jeder Druckmittelleitung mindestens eine Ausgleichseinrichtung angekoppelt ist. Diese enthält ein Bauteil, das auf einer ersten Seite von Druckmittel beaufschlagt und gegen eine auf die gegen­ überliegende Seite wirkende Federeinrichtung bewegbar ist.

Wird also bei einem Einfedern eines Rades in einer Kurvenfahrt Druck­ mittel aus einer ersten Kolben-Zylinder-Einheit herausgedrückt, so wird dieses volumenmäßig nicht vollständig in die gegenüber­ liegende Kolben-Zylinder-Einheit eingebracht; vielmehr wird ein Teil des verdrängten Volumens von der Ausgleichseinrichtung aufgenommen.

Durch aktives Einführen von Fluid in das System ist eine aktive Neigungsbeeinflussung des Fahrzeuges möglich. Eine Einstellung der Steifigkeit der bekannten Federeinrichtungen und damit des Grades der Querstabilisierung ist hiermit jedoch nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art so auszu­ gestalten, daß der Grad der Querstabilisierung veränderbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Er­ findung gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Federeinrichtung, die Teil der Aus­ gleichseinrichtung ist, sind nur diejenigen Federn jeweils wirksam, deren zugeordnetes Anschlagteil arretiert ist. Durch Wahl der Anzahl und der Art der "aktivierten" Federn lassen sich daher unterschiedliche effektive Federkonstanten der ge­ samten Federeinrichtung wählen.

Bei den parallel angeordneten Federn kann es sich um koaxial ineinander angeordnete Spiralfedern handeln. Dies ist eine besonders platzsparende Bauweise.

Die Anschlagteile können als bewegliche Kolben ausgebildet sein, die auf der der jeweiligen Feder gegenüberliegenden Seite an einen individuell beaufschlagbaren Druckmittelraum angrenzen. Steht der an einen bestimmten Kolben angrenzende Druckmittel­ raum unter Druck, ist dieser Kolben entweder gar nicht oder nur gegen Überwindung einer Federkraft bewegbar. Die entsprechende Feder ist dann im oben genannten Sinne "aktiviert".

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Querstabilisierung eines Kraft­ fahrzeuges;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Ausgleichseinrich­ tung zur Einstellung des Querstabilisationsrades, wie sie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ver­ wendet wird.

In Fig. 1 sind schematisch zwei Federbeine 1, 2 darge­ stellt, welche z. B. Teil der Radaufhängung gegenüberlie­ gender Hinterräder eines Rennsportwagens sein können. Jedes Federbein 1, 2 ist mit einem Ende über ein Gelenk 3, 4 mit der Rahmengruppe des Kraftfahrzeuges (nicht gezeigt) verbunden. Das jeweils gegenüberliegende Ende der Feder­ beine 1, 2 ist über ein Gelenk 5, 6 mit einem Arm 7a bzw. 8a eines V-förmigen Umlenkhebels 7 bzw. 8 verbunden, der seinerseits über Gelenke 9, 10 an der Rahmengruppe befestigt ist.

An dem jeweils anderen Arm 7b, 8b der Umlenkhebel 7, 8 ist über Gelenke 11, 12 jeweils eine Zugstange (englischer Fachausdruck "pull rod") verschwenkbar angebracht, die zum Radlager führt. In Fig. 1 sind die Zugstangen nur schematisch durch Pfeile 13, 14 angedeutet, welche in Erstreckungsrichtung der Zugstangen zeigen.

An den die Federbeine 1, 2 mit den Umlenkhebeln 7, 8 ver­ bindenden Gelenken 5, 6 ist außerdem jeweils das Ende einer Kolbenstange 17, 18 angelenkt, die Teil einer doppelt­ wirkenden, hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 15 bzw. 16 ist. Die zu diesen Kolben-Zylinder-Einheiten 15, 16 gehörenden, von den Kolbenstangen 17, 18 getragenen Kolben 19, 20 teilen den Innenraum der Zylinder 21 bzw. 22 in zwei gegenüberliegende Zylinderräume 21a, 21b bzw. 22a, 22b. Die den jeweiligen Federbeinen 1, 2 zugewandten Zylin­ derräume 21a, 22a werden zu Zwecken der Beschreibung nach­ folgend "innere" Zylinderräume genannt, während die gegen­ überliegenden Zylinderräume 21b, 22b nachfolgend als "äußere" Zylinderräume bezeichnet werden.

Wie aus Fig. 1 weiter zu ersehen ist, ist der "innere" Zylinderraum 21a des zum linken Federbein 1 gehörenden Zylinders 21 über eine erste Hydraulikleitung 23 mit dem "äußeren" Zylinderraum 22b des zum rechten Federbein 2 gehörenden Zylinders 22 verbunden. Entsprechend ist der "äußere" Zylinderraum 21b des linken Zylinders 21 über eine weitere Hydraulikleitung 24 mit dem "inneren" Zylin­ derraum 22a des rechten Zylinders 22 verbunden. An die Hydraulikleitungen 23, 24 ist über Stichleitungen 23a, 24b jeweils eine als Druckbehälter ausgestaltete Ausgleichs­ einrichtung 25, 26 angekoppelt. Die Ausgleichseinrichtungen 25, 26 werden weiter unten genauer beschrieben.

Zur Beschreibung der Funktion der oben erläuterten Ein­ richtung zur Querstabilisierung eines Kraftfahrzeuges sei angenommen, daß das Kraftfahrzeug eine Kurve durch­ fährt, bei welcher das zum Federbein 1 gehörende Rad das Außenrad ist. Aufgrund der Zentrifugalkräfte wird das Außenrad in bekannter Weise stärker belastet und sucht daher einzufedern. Diese Radbewegung wird über die Zug­ stange 13 auf den Umlenkhebel 7 übertragen, der bei der Einfederung des Rades im Uhrzeigersinn verschwenkt. Auf­ grund der Gelenkverbindung zwischen Umlenkhebel 7 und Federbein 1 wird letzteres auf Druck beansprucht, ver­ kürzt sich also. Gleichzeitig wird aufgrund der Gelenk­ verbindung (Bezugszeichen 5) zwischen dem Umlenkhebel 7 und der Kolbenstange 17 der in Fig. 1 linken Kolben- Zylinder-Einheit 15 deren zugehöriger Kolben 19 nach unten verschoben. Bei dieser Bewegung des Kolbens 19 wird Hydraulikmittel aus dem inneren Zylinderraum 21a des in Fig. 1 linken Zylinders 21 über die Hydraulikleitung 23 in den äußeren Zylinderraum 22b des in Fig. 1 rechten Zylinders 22 gedrückt, welcher dem Federbein 2 und damit dem gegenüberliegenden (Innen-)Rad zugeordnet ist. Die Verdrängung von Hydraulikmittel aus dem inneren Zylin­ derraum 21a der linken Kolben-Zylinder-Einheit 15 in den äußeren Zylinderraum 22b der rechten Kolben-Zylinder- Einheit 16 hat zur Folge, daß der Kolben 20 dieser letztge­ nannten Kolben-Zylinder-Einheit 16 ebenfalls nach unten ge­ drückt wird. Hierdurch wird nunmehr auch das rechte Federbein 2 auf Druck beansprucht und verkürzt, was über den rechten Umlenkhebel 8 eine entsprechende Verti­ kalbewegung des dem rechten Federbein 2 zugeordneten Rades bewirkt.

Wären die Ausgleichsbehälter 25, 26 nicht vorhanden und verhielte sich das Hydraulikmittel vollständig inkompressi­ bel, würde die geschilderte kreuzweise Verbindung der Zylinderräume 21a, 21b, 22a, 22b der beiden Kolben-Zylin­ der-Einheiten 15 und 16 eine 100%ige Querstabilisierung bewirken, das heißt, eine Seitenneigung des Kraftfahrzeu­ ges würde vollständig unterbunden. Da dies im allgemeinen nicht erwünscht ist, sind die Ausgleichsbehälter 25, 26 vorgesehen.

Die Ausgleichseinrichtungen 25, 26 werden nunmehr anhand der Fig. 2, welche in größerem Maßstab eine dieser Ausgleichs­ einrichtungen 25 darstellt, erläutert.

Die Ausgleichseinrichtung 25 umfaßt ein becherförmiges Gehäuse 30, welches an seiner Unterseite den Anschluß für die Stichleitung 23a aufweist. Im Innenraum des Ge­ häuses 30 ist ein Kolben 27 verschiebbar gelagert. Der Raum unterhalb des Kolbens 27 kommuniziert mit dem Hydraulikmittel in der Hydrauliklei­ tung 23 und ist mit dem Bezugszeichen 25a versehen. Der gegenüberliegende Raum 25b enthält eine Federeinrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 31 versehen ist und deren Federkraft sich in nachfolgend beschriebener Weise einstellen läßt.

Die Federeinrichtung 31 umfaßt zwei koaxial ineinander angeordnete Spiralfedern 32, 33, die bei diesem Aus­ führungsbeispiel unterschiedliche Federkonstanten besitzen. Beide Spiralfedern 32, 33 stützen sich mit einem Ende an der dem Raum 25a gegenüberliegenden Seite des Kolbens 27 ab.

Die Abstützung der gegenüberliegenden Enden der beiden Spiralfedern 32, 33 erfolgt in nachfolgend näher erläu­ terter Weise an einem Deckel 34, der ebenfalls grob ge­ sprochen becherförmig ist und, die Öffnung nach unten, an dem Gehäuse 30 befestigt ist. Der Deckel 34 umfaßt eine von seinem Boden 35 ausgehende innere Zylinderwandung 36, welche koaxial zur Außenwandung 37 ist. In dem Ringraum 38 zwischen der Außenwandung 37 und der inneren Zylinderwandung 36 ist ein Ringkolben 39 axial verschieb­ bar angeordnet, an welchem sich das obere Ende der radial äußeren Spiralfeder 32 abstützt. Der von dem Kolben 39 eingeschlossene Teil des Ringraumes 38 wird über einen ersten Anschluß 40 mit Druckmittel beaufschlagt. In dem innerhalb der inneren Zylinderwand 36 liegenden Raum 41 ist ein im Querschnitt kreisförmiger Kolben 41 axial ver­ schiebbar, an dem sich die radial innenliegende, schwächere Spiralfeder 33 mit ihrem oberen Ende abstützt. Der Raum 41 ist über einen zweiten Anschluß 43 unabhängig von dem Ringraum 38 mit Druckmittel beaufschlagbar.

Bei der oben anhand der Fig. 2 beschriebenen Ausgleichs­ einrichtung 25 läßt sich der Grad der Querstabilisation durch Veränderung der effektiven Federkonstanten der Federeinrichtung 31 wie folgt verändern:
Sind die im Deckel 34 untergebrachten Druckmittelräume 38, 41 drucklos, so sind die Spiralfedern 32, 33 entspannt; der Kolben 27 im Gehäuse 30 kann sich prak­ tisch widerstandslos nach oben verschieben. Dies bedeutet, daß sich zwischen den Kolben-Zylinder-Einheiten 15 und 16 über die Hydraulikleitungen 23, 24 praktisch keine Wechselwirkung ergibt, da jede Verdrängung von Hydraulik­ mittel aus einem inneren Zylinderraum 21a, 22a von den Ausgleichseinrichtungen 25, 26 vollständig aufgenom­ men wird.

Ganz anders dagegen, wenn die Druckmittelräume 38, 41 unter Druck gesetzt sind. Ist der dort herrschende Druck sehr hoch, können die angrenzenden Kolben 39 und 42 als praktisch unbeweglich angesehen werden. Eine Verschiebung des Kolbens 27 im Gehäuse 30 der Ausgleichseinrichtung 25 in Fig. 3 nach oben kann also nur unter Kompression beider Spiralfedern 32 und 33 erfolgen. Die Federkon­ stante der Federeinrichtung 31 ergibt sich additiv aus den Federkonstanten der Einzelfedern 32 und 33.

Eine weitere Betriebsart der Ausgleichseinrichtung 25 wäre die, bei welcher nur der innere Druckmittelraum 41 mit Druck beaufschlagt ist, während der äußere Druckmit­ telraum 38 drucklos bleibt. Dann würde bei einer axialen Verschiebung des Kolbens 27 im Gehäuse 30 nur die innere, schwächere Spiralfeder 33 komprimiert. Bei dieser Betriebs­ art würde sich eine verhältnismäßig schwache Querstabili­ sation ergeben.

In einer letzten Betriebsart schließlich bliebe der innere Druckmittelraum 41 drucklos, während der äußere Druck­ mittelraum 38 mit Druck beaufschlagt wäre. Dann müßte bei einer axialen Verschiebung des Kolbens 27 im Gehäuse 30 nach oben die radial äußere, stärkere Druckfeder 32 komprimiert werden. Dies bedeutet, daß die Wechselwirkung zwischen den Kolben-Zylinder-Einheiten 15 und 16 von Fig. 1 stärker wird, was einer stärkeren, jedoch noch nicht der maximalen Querstabilisierung entspricht.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Querstabilisierung eines Kraftfahrzeuges, welches aufweist:

• a) eine Rahmengruppe;
• b) mindestens zwei beidseits der Rahmengruppe angeordnete, unabhängig über ein Federbein aufgehängte, einer Achse zugehörige Räder;

mit einer Einrichtung, welche die Belastung des Federbeines auf der einen Seite der Rahmengruppe zumindest teilweise auf das Federbein auf der anderen Seite der Rahmengruppe überträgt und die umfaßt:

• c) für jedes Federbein eine Kolben-Zylinder-Einheit mit
• ca) einem Zylinder;
• cb) einem Kolben, der in dem Zylinder an zwei mit Druckmittel beaufschlagbare Zylinderräume angrenzt;
• cc) einer Kolbenstange, die so mit dem zugehörigen Feder­ bein verbunden ist, daß sie dessen Längenänderung mitvollzieht;
• d) zwei Druckmittelleitungen, die über Kreuz die beiden Zylin­ derräume der einen Kolben-Zylinder-Einheit mit den beiden Zylinderräumen der anderen Kolben-Zylinder-Einheit verbin­ den,

wobei,

• e) an jede Druckmittelleitung eine Ausgleichseinrichtung ange­ koppelt ist, welche ein Bauteil enthält, das auf der einen Seite von Druckmittel beaufschlagt ist und gegen eine auf die andere Seite wirkende Federeinrichtung bewegbar ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Federeinrichtung (31) mehrere parallel angeordnete Federn (32; 33) umfaßt, die sich mit ihrem einen Ende alle an dem beweglichen Bauteil (27) und mit dem gegenüberliegenden Ende jeweils an einer individuellen Anschlageinrichtung (39; 42) abstützen, die jeweils einzeln arretierbar oder in ihrer Bewegung freigebbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel angeordneten Federn koaxial ineinander ange­ ordnete Spiralfedern (32; 33) sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagteile als bewegliche Kolben (39; 42) aus­ gebildet sind, die auf der der jeweiligen Feder (32; 33) gegen­ überliegenden Seite an einen individuell beaufschlagbaren Druck­ mittelraum (38; 41) angrenzen.