DE19712929A1 - Adaptives, lastabhängiges Dämpfungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schwingungsdämpfer, die sowohl auf die Fahrzeugbe­ lastung wie auch auf Straßenbedingungen ansprechen. Insbesondere betrifft die Er­ findung ein Dämpfungssystem mit einer pneumatischen Steuerung zur Auswahl einer harten bzw. einer weichen Dämpfung entsprechend Last- und Straßenbedin­ gungen.

Im Laufe der Jahre ist das Bedürfnis nach Dämpfungssystemen in Fahrzeu­ gen gestiegen, mit denen das Komfortbedürfnis besser befriedigt wird. Dabei han­ delt es sich um sogenannte "intelligente" Dämpfungssysteme, mit denen die Dämp­ fungskräfte elektronisch steuerbar sind, die von den hydraulischen Stellgliedern des Fahrzeuges erzeugt werden.

Diese Systeme sind darauf gerichtet, einerseits die Straßenhaftung des Fahr­ zeuges aufrechtzuerhalten und andererseits die Stabilität hinsichtlich der durch­ schnittlichen Fahrzeuglage zu verbessern. So bedienen sich bekannte Systeme einer Feder und Dämpfungsgliedern zwischen den gefederten und ungefederten Massen.

Schwingungsdämpfer als solche sind bekannt und werden nicht weiter erläu­ tert.

Ferner sind Nivelliersysteme bekannt, die mit Schwingungsdämpfern kom­ biniert sind, und mit denen die Höhenlage der Schwingungsdämpfer veränderbar ist. Damit können Lastveränderungen ausgeglichen werden, wobei es sich um statische und dynamische Lastwechsel handeln kann. Im Gegensatz zu statischen Lasten, nämlich dem Fahrzeuggewicht und der Zuladung handelt es sich bei dynamischen Lastwechseln um solche, die von unterschiedlichen Straßenbedingungen herrühren.

Relevanter Stand der Technik findet sich in US 4,141,572. Hier wird bei einem sehr starken Druckhub des Schwingungsdämpfers Druckluft einer Druck­ kammer zugeführt, so daß der Schwingungsdämpfer ausfährt. Andere Beispiele fin­ den sich in US-Patentschriften 3,954,257 4,017,099; 4,067,558 und 4,206,907, so­ wie auch in Lizell, M., "Dynamic Leveling for Ground Vehicles", Doktorarbeit Royal Institute of Technology, Stockholm, Schweden.

Die bekannten Systeme erfordern für gewöhnlich eine Pumpe, um das hy­ draulische Stellglied mit Druckmittel zu versorgen. Da diese Systeme eine einzige Pumpe besitzen, die den Schwingungsdämpfern Dämpferfluid zuführt, besitzen sie auch oft einen besonderen Nachteil. So ist das hydraulische System aufwendig und kostspielig.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine pneumati­ sche Anordnung für ein adaptives, lastabhängiges System zu schaffen, das mit Luft die Fahrsteifigkeit des Fahrzeuges steuert.

Ferner soll bei diesem System die Luft als Fluid zwischen den Luftfedern und den auf Luftdruck ansprechenden Schwingungsdämpfern dienen. Ferner soll das erfindungsgemäße System sowohl auf statischen wie auch auf dynamischen Last­ wechsel ansprechen, so daß ein Sensor benutzt wird, der ein Steuerventil ansteuert, um zwischen der Hochdruck- und Niederdruckseite auszuwählen. Ferner soll das System billig und einfach sein. Schließlich soll gegebenenfalls ein Reservoir auf der Niederdruckseite vorhanden sein, um Druckschwankungen auszugleichen. Dabei soll das System von sich aus lastabhängig sein derart, daß bei höherer Beladung des Fahrzeugs auch der Druck in den Luftfedern ansteigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem adaptiven lastabhängigen pneumatischen System,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen adaptiven, lastabhängigen Systems,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines Schwingungsdämpfers in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt im vergrößerten Maßstab des Schwingungsdämpfers der Fig. 3 und

Fig. 5 eine graphische Darstellung verschiedener Dämpfungseigenschaften, die mit dem erfindungsgemäßen System erzielt werden.

Die Fig. 1 und 2 zeigen beispielhaft eine pneumatische Anordnung für ein adaptives lastabhängiges System gemäß der Erfindung, um die Schwingungen zwischen der gefederten und ungefederten Masse eines Fahrzeuges zu dämpfen. Der Ausdruck "Schwingungsdämpfer" wird allgemein benutzt. Auch MacPherson Fe­ derbeine fallen darunter. Auch für andere Dämpfungssysteme ist die Erfindung ge­ eignet, selbst wenn sie hier für ein Fahrzeug dargestellt ist.

In Fig. 1 besitzt ein Fahrzeug vier Schwingungsdämpfer 10, nämlich für die Hinterachse 14 der Hinterräder 18 und die Vorderachse 22 für die Vorderräder 24. Beide Achsen sind zusätzlich zu den Schwingungsdämpfern 10 mit Luftfedern 20 mit der Karosserie verbunden. Die Schwingungsdämpfer 10 dienen zur Schwin­ gungsdämpfung der ungefederten Massen, d. h. der Vorder- und Hinterachsen 22 und 14 und der gefederten Massen, d. h. der Karosserie 26.

Wenn hier auch von Luftfedern und luftgedämpften Schwingungsdämpfern die Rede ist, so werden unter Luft auch andere Gase oder auch Flüssigkeiten ver­ standen, ohne von der Erfindung abzuweichen.

Eine pneumatische Anordnung verbindet die Luftfedern 22 mit den auf Druckluft ansprechenden Schwingungsdämpfern 10. So lassen sich die Luftfedern und die Schwingungsdämpfer an Hochdruck anschließen und damit wird ein hartes Fahrverhalten des Fahrzeuges herbeigeführt. Alternativ können die Luftfedern und die Schwingungsdämpfer auf Niederdruck umgeschaltet werden, und dies führt zu einem weichen Fahrverhalten.

Erfindungsgemäß besitzt das adaptive lastabhängige System der Erfindung ein vorderes Druckluftsystem 26 und ein hinteres Druckluftsystem 26′. Beide Sy­ steme bestehen aus verschiedenen spiegelbildlich angeordneten Bauteilen. So ge­ nügt es, anhand der Fig. 1 nur den einen Teil zu erläutern, während die entsprechen­ den Bauteile des anderen Teils mit "′" versehen sind. Fig. 2 zeigt das vordere Druckluftsystem 26, bestehend aus einem Luftfedersystem 28, einem Hochdruck­ system 30, einem Niederdrucksystem 32 und einem Schwingungsdämpfersystem 34.

Das Luftfedersystem 28 besitzt zwei Zuführleitungen 36 zwischen den Luft­ federn 20 und einer Verbindung 38, die an eine gemeinsame Leitung 40 angeschlos­ sen ist, die an einem Druckanschluß 42 endet.

Das Hochdrucksystem 30 weist eine Hochdruckleitung 44 auf, die vom An­ schluß 42 ausgeht und am Steuerventil 46 endet. Dieses besitzt eine Niederdruck­ seite 48 und eine Hochdruckseite 50. Ein Magnet 52 betätigt das Steuerventil 46 und schaltet zwischen der Niederdruckseite 48 und der Hochdruckseite 50 hin und her. Das Magnetventil wird von Signalen angesteuert, die in einer Sensorsteuerung 54 erzeugt werden.

Das Niederdrucksystem 32 besitzt eine Hochdruckleitung 56, die vom An­ schluß 42 ausgeht und zu einem proportionalen Druckregelventil 58 führt. Der Druck in den Leitungen 36, 40, 44 und 56 ist jederzeit in etwa gleich.

Eine erste Niederdruckleitung 60 verbindet den Druckregler 58 mit einem Hochdruckregler 62. Eine zweite Niederdruckleitung 64 verbindet den Hochdruck­ regler 62 mit dem Steuerventil 46. Gegebenenfalls ist ein Reservoir 66 an die erste Druckleitung 60 über eine Leitung 68 angeschlossen, die in den Anschluß 70 mün­ det.

Das Schwingungsdämpferdrucksystem 34 besitzt eine gemeinsame Druck­ ausgangsleitung 72 zwischen dem Steuerventil 46 und einem Anschluß 74, der über zwei Leitungen 76 mit den Schwingungsdämpfern 10 verbunden ist.

Sollten im Betrieb die Fahrbedingungen ungleichmäßig sein, wie dies von der Sensorsteuerung 54 festgestellt wird, so schaltet die Steuerung 54 das Steuer­ ventil 46 ab und damit wird das Steuerventil 46 in seine Hochdruckstellung, näm­ lich auf die Hochdruckseite 50 verschoben, so daß die Luftfedern 20 mit den Schwingungsdämpfern 10 verbunden werden und damit der Hochdruck in den Lei­ tungen 36, 40, 44, 72 und 76 ansteht. Damit ergibt sich eine unmittelbare Druckmit­ telverbindung zwischen dem Luftfedersystem 28 und dem Schwingungsdämpfersy­ stem 34.

Stellt die Steuerung 54 fest, daß die Straßenbedingungen gleichmäßiger sind, so wird von der Steuerung 54 der Magnet 52 angesteuert und damit schaltet das Steuerventil 46 in die Niederdruckstellung auf der Niederdruckseite 48 um, so daß die Hochdruckseite 50 auf das Niederdrucksystem 32 umgeschaltet wird. Der pro­ portionale Druckregler 58 ist vom Hochdruck auf der Einlaßseite 80 beaufschlagt und liefert Niederdruck am Auslaß 82. Dieser Niederdruck am Auslaß 82 steht in einem festen Verhältnis zum Einlaßdruck auf Einlaß 80.

Wird von harter auf weiche Einstellung umgeschaltet, so kann der im Schwingungsdämpferdrucksystem 34 vorhandene Hochdruck normalerweise direkt durch das Steuerventil 46 zum proportionalen Druckregler 58 hin abgebaut werden. Der restliche Hochdruck muß entlastet werden. Hierzu ist der Hochdruckregler 62 zwischen dem Steuerventil 46 und dem Druckregler 58 vorgesehen. Der Hoch­ druckregler 62 senkt den Druck des vom Steuerventil 46 stammenden Druckmittels auf einen Druck ab, der im wesentlichen gleich dem Niederdruck am Auslaß 82 des Reglers 58 ist. Gegebenenfalls ist das Niederdrucksystem mit dem Druckreservoir 66 versehen, um Druckschwankungen auszugleichen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß es von sich aus auf Lastwechsel anspricht. Erhöht sich die Beladung des Fahrzeuges 12, so steigt auch der Druck in den Luftfedern 20. Der relativ geringe Druck in dem Niederdrucksy­ stem 32 steigt ebenfalls abhängig von der Änderung der Fahrzeugbeladung, da der proportionale Druckregler 58 hierauf anspricht.

Das Betriebsmittel in den Leitungen 36, 40, 44, 72 und 76 ist vorzugsweise Luft. Das Betriebsmittel für die Stoßdämpfer 10 kann aber vorzugsweise eine hy­ draulische Flüssigkeit sein. Dies ist mit Schwingungsdämpfern möglich, die auf Druckluftänderungen ansprechen. So bedient sich die Erfindung eines Schwin­ gungsdämpfers 10 in den Fig. 3 und 4, der ein Druckrohr 90 zur Bildung eines Arbeitskammer 92 besitzt. Ein verschiebbarer Kolben 94 unterteilt die Arbeitskam­ mer 92 in einen unteren Teil 96 und einen oberen Teil 98.

Der Schwingungsdämpfer 10 besitzt ferner ein Bodenventil 100 am unteren Ende des Druckrohrs 90, so daß Dämpfermittel in die Arbeitskammer 92 aus einem ringförmigen Reservoir 102 in der Zugstufe einströmen kann. Das Bodenventil 100 ermöglicht auch eine Strömung in das Reservoir 102 in der Druckstufe.

Am oberen Ende des Schwingungsdämpfers 10 sitzt eine Führung und Dich­ tung 104 für die Kolbenstange in einem oberen Deckel 106 des Druckrohres 102. Dies dient auch dazu, die radiale Verschiebung der Kolbenstange 108 zu begrenzen sowie zur Abdichtung gegen den Austrieb von Druckmittel und den Eintritt von Schmutz.

Eine Ventilanordnung 110 steht mit dem oberen Teil der Arbeitskammer 98 über ein Rohr 112 und einen Kanal 114 in der Führungs- und Dichtanordnung 104 in Verbindung. Ferner steht sie mit dem Reservoir 102 direkt über einen Kanal 116 in Verbindung.

Die variable Ventilanordnung 110 besitzt einen Ventilkörper 118, ein äußeres Ventilgehäuse 120 und ein inneres Ventilgehäuse 122. Der Ventilkörper 118 hat mehrere Kanäle. Wie erwähnt, stellt das Rohr 112 eine Verbindung zwischen dem oberen Teil der Arbeitskammer 92 und der Ventilanordnung 110 her. Das Rohr 112 sitzt in einem Fitting 124, das im Preßsitz an der Innenseite 126 der Druckkammer 128 einsitzt. Eine Dichtung 130 verhindert Leckage zwischen der Druckkammer 128 und dem Fittung 124. Das Rohr 112 führt zu der Kammer 128, die mit dem Ka­ nal 132 in Verbindung steht. Der Kanal 132 und der Kanal 116 stellen eine Verbin­ dung über eine Transferkammer 134 her.

Die Transferkammer 134 wird als das Volumen zwischen dem Ventilkörper 118 und einer oder mehrerer flexibler Scheiben 136 definiert. Die elastischen Schei­ ben 136 sind mit einem Klemmring 138 gesichert und sitzen auf einem erhabenen Vorsprung 140 des Klemmrings 138. Dieser liegt zwischen einem Außenumfang 142 des Ventilkörpers 118 und einer Innenumfangsseite 144 des inneren Ventilge­ häuses 122, begrenzt somit die radiale Bewegung des Klemmringes 138. Dieser sitzt auf einem Ringsitz 146.

Auf der anderen Seite der Scheiben 136 und dem Klemmring 138 gegenüber liegt ein hinterschnittener Ring 148 mit einer Dichtung 150 im Hinterschnitt, der eine Klemmkraft auf die Scheiben 136 ausübt. Das innere Ventilgehäuse 122 ist mit dem äußeren Ventilgehäuse 120 verschraubt und liefert eine axiale Druckkraft auf den Ring 148. Eine Stange 152 erfaßt die elastischen Scheiben 136 und ist in der Längsbohrung 154 des Ventilkörpers 118 verschiebbar. Die Stange 192 sitzt im Reibungseingriff in der zentralen Bohrung 154 und erfaßt die Scheiben 136 rei­ bungsmäßig, um so ihre Schwingungen zu begrenzen. Das Volumen zwischen der Längsbohrung 154 und der Stange 152 definiert eine Kammer 156.

Die Scheiben 136 definieren eine Steuerkammer 158 zwischen den Scheiben 136 und einem Teil des äußeren Ventilgehäuses 122. Die Scheiben 136 wirken mit einem Vorsprung 160 am Ventilkörper 118 zusammen, um die Strömung zwischen dem Kanal 132 und der Transferkammer 134 zu modulieren. D.h., biegen sich die Scheiben 136 in Richtung des Ventilkörpers 118 durch, so verringert sich die Strö­ mung zwischen dem Kanal 132 und der Kammer 134 in Folge der kleineren Fläche zwischen dem Vorsprung 160 und den Scheiben 136. Biegen sich die Scheiben 136 dagegen in einer Richtung vom Ventilkörper 118 weg, so erhöht sich in entspre­ chender Weise die Strömung zwischen dem Kanal 132 und der Transferkammer 134, da die Fläche zwischen dem Vorsprung 160 und der Scheibe 136 vergrößert wird. Diese Wechselwirkung zwischen den Scheiben 136 und dem Bund 160 mo­ duliert die Strömung zwischen dem Rohr 112 und dem Durchgang 116 des varia­ blen Ventils 110. Ein Steuerdruck aus einem der Leitungen 76 steht an einem Steu­ erdruckeinlaß 162 an. Der hydraulische Steuerdruck am Einlaß 162 gelangt in die Steuerkammer 158. Der Steuerdruck übt auf das Ausbiegen der Scheiben 136 eine Kraft aus. Eine Vergrößerung des Steuerdrucks führt zu einem stärkeren Ausbiegen der Scheiben 136 und eine Verringerung des Steuerdrucks führt zu einem geringe­ ren Ausbiegen der Scheiben 136.

Fig. 5 zeigt unterschiedliche Dämpfungseigenschaften des erfindungsgemä­ ßen adaptiven, lastabhängigen Systems. Die Dämpfungskraft proportional zum Druck ist auf der y-Achse aufgetragen und die Geschwindigkeit des mit dem Fahr­ zeugchassis verbundenen Schwingungsdämpfers auf der x-Achse. Die Dämpfungs­ kraft ist für den Fluid- bzw. Steuerdruck repräsentativ, weil sie diesem Druck pro­ portional ist.

Im beladenen und unbeladenen Zustand des Fahrzeuges ist der Druck bei einem steifen Fahrverhalten größer als der Druck bei weichem Fahrverhalten. Im beladenen Zustand ist aber der Druck für das weiche Fahrverhalten größer als der Druck im festen Fahrverhalten bei unbeladenem Fahrzeug. So spricht das erfin­ dungsgemäße System universell und automatisch auf Straßen- und Fahrzeugbedin­ gungen an.

Claims (16)

1. Dämpfungssystem, insbesondere für Fahrzeuge, bestehend aus mindestens einer Strömungsmittelfeder (20) zwischen den gefederten und ungefederten Massen, einem Schwingungsdämpfer (10) zwischen den gefederten und ungefederten Mas­ sen, einem ersten Drucksystem (30) zum Beaufschlagen der Feder und des Schwin­ gungsdämpfers mit einem ersten Druck, einem zweiten Drucksystem (32) zum Be­ aufschlagen der Feder und des Schwingungsdämpfers mit einem zweiten Druck, der unterschiedlich vom ersten Druck ist, und mit Mitteln (46, 52) mit denen die Strö­ mung von Arbeitsmittel zum ersten bzw. zum zweiten Drucksystem wahlweise ge­ drosselt wird.

2. Dämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (46, 52) für den Strömungsmitteldurchgang ein Steuerventil mit diskreter Ansteuerung ist.

3. Dämpfungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil zwei Druckmittelwege für den ersten und für den zweiten Druck auf­ weist.

4. Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umschaltung des Steuerventils (46) abhängig von einem Sensor zum Erfassen der Straßenbedingungen erfolgt.

5. Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federn (20) über einen Anschluß (38) und eine Federdruckleitung (40) verbunden sind.

6. Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwingungsdämpfer (10) und das Steuerventil (46) über ein Schwingungsdämpferdrucksystem (34) miteinander verbunden sind.

7. Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Drucksystem mit einem proportionalen Druckregelventil (56) versehen ist.

8. Dämpfungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruckregelventil (62) zwischen dem proportionalen Druckregelventil (58) und dem diskreten Steuerventil (46) vorgesehen ist.

9. Dämpfungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drucksystem (32) ein Druckreservoir (66) zwischen dem Druckregel­ ventil (58) und dem Hochdruckregelventil (62) aufweist.

10. Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Arbeitsmittel Luft ist.

11. Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Arbeitsmittel im Stoßdämpfer (10) vom Arbeitsmittel in der Feder (20) unterschiedlich ist.

12. Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwingungsdämpfer (10) aus einem Druckrohr (90) besteht, in dem ein verschiebbarer Kolben (94) einen oberen und einen unteren Teil (96, 98) einer Arbeitskammer (92) abteilt und am Schwingungsdämpfer eine Ventilanord­ nung (110) vorgesehen ist, deren Einlaß mit dem oberen Teil der Arbeitskammer und deren Auslaß mit einem Strömungsmittel enthaltenden Reservoir (102) in Ver­ bindung steht, mit einem Ventilgehäuse (120, 122), dessen Einlaß mit dem ersten Arbeitsmittel in Verbindung steht, wobei die Ventilanordnung (110) mindestens eine flexible Scheibe (136) aufweist, mit der Druckänderungen im zweiten Ar­ beitsmittel hervorgerufen werden, die flexible Scheibe (136) zwischen dem Ventil­ gehäuse und dem Ventilkörper (118) vorgesehen ist und an ihrer einen Seite eine Steuerkammer (158) als Volumen zwischen der einen Seite und dem Ventilgehäuse definiert und an ihrer anderen Seite eine Transferkammer (134) als Volumen zwi­ schen der anderen Seite und dem Ventilgehäuse definiert, wobei die Transferkam­ mer (134) mit dem Einlaß und dem Auslaß des Ventilkörpers in Verbindung steht, wobei ein Ansteigen des Steuerdruckes die Scheibe an den Ventilkörper (98) drückt und ein Absinken des Steuerdruckes die Scheibe vom Ventilkörper wegdrückt.

13. Dämpfungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilkörper (118) ein Bund (160) angeformt ist, mit dem die flexible Scheibe (136) zusammenwirkt und im Bund (160) der Kanal (132) angeordnet ist, der in die Trans­ ferkammer (134) mündet.

14. Dämpfungssystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse ein inneres und äußeres Ventilgehäuse (120, 122) aufweist, und der Ventilkörper (118) dazwischen angeordnet ist.

15. Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel zur Druckänderung des zweiten Arbeitsmittels ferner mit einem Klemmring (138) versehen sind, der einen erhabenen Vorsprung zur Bildung eines Sitzes für die Scheibe zwischen dem Ventilkörper (118) und dem äußeren Ventilgehäuse aufweist und ein zweiter Klemmung in einem inneren Teil des inne­ ren Ventilgehäuses angeordnet ist, wobei die flexible Scheibe (136) zwischen dem ersten und zweiten Klemmring liegt und in Eingriff mit dem inneren und äußeren Ventilgehäuse gehalten ist.

16. Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (118) an der Außenseite des Reservoirs (102) ange­ ordnet ist.