DE19716719A1

DE19716719A1 - Verfahren und Fahrzeugfederung zur Verminderung von Radlastschwankungen bei einem Kraftfahrzeug mit einer Fluidfederung

Info

Publication number: DE19716719A1
Application number: DE1997116719
Authority: DE
Inventors: Johann Kettenberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 1998-10-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Fahrzeugfederung zur Verminderung von Radlastschwankungen bei einem Kraftfahrzeug mit einer Fluidfederung.

Bei Fahrzeugen, die für das Fahren sowohl auf befestigten Straßen als auch im unwegsamen Gelände geeignet sind, wird im Gelände-Betrieb das Verschränken der Achsen relativ zum Aufbau durch Stabilisatoren bzw. eine relativ harte Tragfederung, wie sie für gute Fahreigenschaften auf befestigten Straßen notwendig sind, behindert. Eine solche Fahrwerksabstimmung kann im Gelände zu erheblichen Radlastschwankungen führen, wodurch starke Traktionsverluste bis zum Abheben eines oder mehrerer Räder vom Boden entstehen können.

Bei Geländefahrzeugen mit einer Fluidfederung werden die Fluidtragfedern der jeweiligen Räder über Fluidleitungen mit relativ geringem Querschnitt getrennt voneinander gesteuert, um ein Überströmen des Fluids bei Kurvenfahrt zu verhindern, was zu einer verminderten Stabilisierung des Fahrzeuges führen würde. Dadurch wird jedoch im Gelände-Betrieb des Fahrzeuges, wo eine relativ geringe Stabilisierung erforderlich ist, die Verschränkungsfähigkeit der Fahrzeugradachsen beeinträchtigt, wodurch die Traktionseigenschaften des Fahrzeuges verschlechtert werden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Fahrzeugfederung zur Verminderung von Radlastschwankungen bei einem Kraftfahrzeug mit einer Fluidfederung zu schaffen, wobei optimale Fahreigenschaften sowohl im Straßen- als auch im Gelände-Betrieb des Fahrzeuges erreicht werden und eine Verminderung von Radlastschwankungen durch Verbesserung der Verschränkungsfähigkeit der Fahrzeugradachsen im Gelände- Betrieb und dadurch eine verbesserte Traktion des Fahrzeuges ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten gelöst: fluidleitendes Verbinden einer Fluidkammer einer ersten Fluidtragfeder mit einer Fluidkammer einer zweiten Fluidtragfeder, wobei beide Fluidtragfedern ein jeweils zugehöriges Rad einer gemeinsamen Fahrzeugradachse abfedern; bei parallelem Anheben oder Absenken beider Räder: Beibehalten der Fluidmenge in beiden Fluidkammern; bei antiparallelem Anheben bzw. Absenken des einen bzw. des anderen Rades: Vermindern der Fluidmenge in der Fluidkammer der ersten oder der zweiten Fluidtragfeder um eine dem Rad-Anhebeweg bei der ersten bzw. zweiten Fluidtragfeder zugeordnete Fluidmenge, und Erhöhen der Fluidmenge in der Fluidkammer der zweiten bzw. der ersten Fluidtragfeder um dieselbe, dem Rad-Absenkweg bei der zweiten bzw. der ersten Fluidtragfeder zugeordnete Fluidmenge; und bei einseitigem Anheben und Absenken eines der beiden Räder: Vermindern der Fluidmenge in der Fluidkammer der ersten oder der zweiten Fluidtragfeder um eine der Hälfte des Rad-Anhebeweges bei der ersten bzw. zweiten Fluidtragfeder zugeordnete Fluidmenge und Erhöhen der Fluidmenge in der Fluidkammer der zweiten bzw. der ersten Fluidtragfeder um dieselbe Fluidmenge.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin durch eine Fahrzeugfederung gelöst, mit einer ersten Fluidtragfeder und einer zweiten Fluidtragfeder, die jeweils eine Fluidkammer aufweisen und beiderseits der Fahrzeuglängsachse angeordnete Räder einer gemeinsamen Fahrzeugradachse abfedernd angeordnet sind; und einer die beiden Fluidkammern fluidleitend miteinander verbindenden Fluidleitung.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Fahrzeugfederung kann der den Fahrzeugaufbau stabilisierende und die Verschränkung der Fahrzeugradachsen behindernde Anteil der Tragfederung innerhalb der zur Verfügung stehenden Federwege vollständig herabgesetzt werden, um die Fahreigenschaften des Fahrzeuges auf unebenem Gelände zu verbessern. Die fluidleitende Verbindung zwischen den Fluidkammern der Fluidtragfedern einer gemeinsamen Fahrzeugradachse führt unabhängig vom Anhebe- bzw. Absenkzustand des jeweiligen Rades dazu, daß die Federkraft der jeweiligen Fluidtragfeder praktisch konstant bleibt und ca. der Hälfte der Achslast entspricht, da der Druck in den Fluidkammern aufgrund unverändertem Fahrzeuggewichts bzw. unveränderter Achslast gleich bleibt. Hierbei wird von über dem Radhub konstanten Kolbenflächen der Fluidtragfeder ausgegangen, wobei Reibungseffekte und veränderliche Übersetzungsverhältnisse vernachlässigt werden. Der Fluidaustausch zwischen den Fluidkammern der Fluidtragfedern beim Anheben bzw. Absenken des jeweiligen Rades führt dazu, daß das Volumen der Fluidkammern dem Anhebe- bzw. Absenkzustand des jeweiligen Rades angepaßt werden kann, wodurch Radlastschwankungen vermindert werden und die Verschränkungsfähigkeit der Fahrzeugradachse sowie das Traktionspotential des Fahrzeuges auf unebenem Gelände verbessert wird.

Während der den Fahrzeugaufbau stabilisierende Anteil der Tragfederung vollständig herabgesetzt werden kann, bleibt der den Fahrzeugaufbau stabilisierende und die Verschränkung der Fahrzeugradachsen behindernde Anteil zusätzlicher Aufhängungselemente, wie jene von Stabilisatoren oder Zusatz- und Zuganschlagfedern, unverändert erhalten. Bei Mehrachsfahrzeugen wird die Stabilisierung des Fahrzeugaufbaus im wesentlichen von den Fahrzeugradachsen bestimmt, die nicht mit untereinander verbundenen Fluidtragfedern versehen sind, da sich nur die mit der erfindungsgemäßen Federung versehene Fahrzeugradachse im Rahmen der zur Verfügung stehenden Federwege sowie der Stabilisierung dieser Achse frei einstellen kann.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann mindestens eine weitere Fahrzeugradachse mit jeweils einander verbundenen Fluidtragfedern versehen sein. Die Fluidverbindung zwischen den Fluidtragfedern der jeweiligen Achsen wirkt hierbei auf unebenem Gelände wie ein torsionsweicher Aufbau. Da die Wirkung des Stabilisators durch dieses Federsystem nicht beeinflußt wird, übernimmt der Stabilisator zusätzlich die Funktion als Rückstellelement für die Fluidtragfedern.

In vorteilhafter Weise kann die Fluidleitung einen solch großen Querschnitt aufweisen, daß die fluidleitende Verbindung drosselfrei ist. Dadurch kann die Fahrzeugfederung strömungstechnisch derart abgestimmt werden, daß auf unebenem Gelände eine zuverlässige Anpassung des Volumens der Fluidkammer der jeweiligen Fluidtragfeder an den Anhebe- bzw. Absenkzustand des jeweiligen Rades möglich ist.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Schaltventil in der Fluidleitung zum wahlweise Verschließen oder Freigeben derselben angeordnet sein. Dadurch kann die Fluidverbindung zwischen den beiden Fluidtragfedern der Fahrzeugradachse für das Fahren des Fahrzeuges auf befestigten Straßen getrennt werden, wodurch der den Fahrzeugaufbau stabilisierende Anteil der Tragfederung voll wirksam ist und somit die Fahreigenschaften des Fahrzeuges im Straßen-Betrieb, insbesondere bei Kurvenfahrten, erheblich verbessert werden.

In vorteilhafter Weise kann in der Fluidleitung eine Drossel angeordnet sein, die vorzugsweise einstellbar ist. Dies hat den Vorteil, daß die Strömung in der Fluidleitung derart gesteuert werden kann, daß der den Fahrzeugaufbau stabilisierende und die Verschränkung der Fahrzeugradachse behindernde Anteil der Tragfederung entsprechend der Bodenbeschaffenheit sowie der Traktionseigenschaften und der Seitenneigung des Fahrzeuges angepaßt wird. Dies kann beim Übergang vom Straßen- in den Gelände-Betrieb stufenweise oder stufenlos erfolgen. Dadurch wird ein permanent optimales Fahrverhalten des Fahrzeuges sowohl im Straßen- als auch im Gelände-Betrieb und insbesondere in der Übergangsphase vom Straßen- in den Gelände-Betrieb und umgekehrt erreicht.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren folgenden Verfahrensschritt aufweisen: Erfassen der Traktionseigenschaften und/oder des Betriebszustandes (Straßenfahrt/Geländefahrt) des Fahrzeuges. Dieser Verfahrensschritt kann mittels einer geeigneten Sensorik durchgeführt werden. Dadurch kann der Übergang vom Straßen- in den Gelände-Betrieb sowie eine Neigung des Fahrzeuges, wie sie bei Fahrten quer zu einem Hang auftritt, zuverlässig erkannt werden, so daß ein entsprechender Steuermechanismus auf die Strömung in der Fluidleitung einwirken kann. Es ist auch denkbar, dem Fahrer über eine entsprechende Bedieneinrichtung den Betriebszustand wählen zu lassen, damit dieser selbst auf die entsprechende Situation einwirken kann. Das Erfassen der Neigung des Fahrzeuges bei Hangquerfahrten ist insbesondere bei Mehrachsfahrzeugen zweckmäßig, bei denen die erfindungsgemäße Federung an mehreren Fahrzeugradachsen vorgesehen ist, da in diesem Fahrzustand eine hohe Stabilisierung benötigt wird und somit ein Verbinden der Fluidfedern einer Fahrzeugradachse nicht erwünscht ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die Fluidtragfedern eine relativ harte Federkennung aufweisen. Da eine solche Tragfederung die mögliche Verschränkung der Fahrzeugradachse im Gelände-Betrieb nicht beeinflußt, erweitert die erfindungsgemäße Federung den Spielraum zum Abstimmen zwischen Straßen- und Gelände- Fahreigenschaften. Das heißt, daß zugunsten der relativ hart abgestimmten Tragfederung für den Straßen-Betrieb des Fahrzeuges die zusätzlichen Federungselemente weicher ausführbar sind, wodurch die Verschränkungsfähigkeit der Fahrzeugradachsen bzw. die Traktionsfähigkeit des Fahrzeuges durch minimierte Radlaständerungen noch weiter verbessert werden können. Somit ist ein guter Kompromiß zwischen optimalen Fahreigenschaften des Fahrzeuges im Straßen-Betrieb und im Gelände-Betrieb möglich.

In vorteilhafter Weise können die Fluidtragfedern volltragende Luftfedern sein. Hierbei kann das gesamte Federungssystem mit Druckluft gesteuert werden, wodurch ein geringer Aufwand an Versorgungsquellen und ein geringer Steuerungsaufwand erforderlich ist.

Weiterhin können die Fluidtragfedern vorteilhaft als hydropneumatische Federn ausgebildet sein.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das aus der Zeichnung ersichtlich ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugradachse mit einer Federung im Ausgangszustand und im Zustand parallel zueinander angehobener Räder;

Fig. 2 eine Ansicht der Fahrzeugradachse nach Fig. 1 im Ausgangszustand und im Zustand antiparallel zueinander angehobener bzw. abgesenkter Räder; und

Fig. 3 eine Ansicht der Fahrzeugradachse nach Fig. 1 im Ausgangszustand und im Zustand eines einseitig angehobenen Rades.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind beiderseits der Fahrzeuglängsachse eine erste Fluidtragfeder 1 und eine zweite Fluidtragfeder 2 angeordnet, die ein jeweils zugehöriges Rad 3 bzw. 4 einer gemeinsamen Fahrzeugradachse abfedern. Die Fluidtragfedern 1, 2 weisen jeweils eine Fluidkammer 5 bzw. 6 auf, die mittels einer Fluidleitung 7 fluidleitend miteinander verbunden sind. Ein Schaltventil 8 ist in der Fluidleitung 7 zum wahlweisen Verschließen und Freigeben derselben angeordnet. Von den Fluidtragfedern 1, 2 wird ein Fahrzeugaufbau 9 abgestützt.

Fig. 1 zeigt die Fahrzeugradachse in einem Ausgangszustand, in dem die Räder 3, 4 parallel zueinander auf einer Grundebene stehen, und in einem Zustand, in dem beide Räder 3, 4 parallel zueinander jeweils um einen Weg h von der Grundebene angehoben sind, wobei diese Zustände jeweils statisch zu betrachten sind. Hierbei ist das Schaltventil 8 geöffnet, d. h., in der Stellung für den Gelände-Betrieb des Fahrzeuges, so daß die Fluidkammern 5, 6 der Fluidtragfedern 1 bzw. 2 über die Fluidleitung 7 fluidverbunden sind.

Im Zustand parallel zueinander angehobener Räder 3, 4 bleibt die Fluidmenge der beiden Fluidkammern 5, 6 der Fluidtragfedern 1 bzw. 2 gleich, wobei der Fahrzeugaufbau 9 um denselben Weg h angehoben wird, um den die Räder 3, 4 angehoben sind. Dies entspricht der Wirkung bei geschlossenem Schaltventil 8, d. h., wenn sich das Schaltventil 8 in der Stellung für den Straßen- Betrieb befindet, wodurch der Fahrzeugaufbau 9 in der gleichen Weise angehoben wird.

Aus Fig. 2 ist die Fahrzeugradachse im Ausgangszustand und in einem Zustand (beides statischer Zustand) ersichtlich, in dem das der ersten Fluidtragfeder 1 zugeordnete Rad 3 um den Weg h von der Grundebene angehoben und das der Fluidtragfeder 2 zugeordnete Rad 4 um den gleichen Weg h von der Grundebene abgesenkt ist (reine Verschränkung der Fahrzeugradachse um den Weg h), wobei das Schaltventil 8 geöffnet ist (Stellung für Gelände-Betrieb).

Hierbei wird die Fluidmenge in der Fluidkammer 5 der ersten Fluidtragfeder 1 um eine dem Weg h des angehobenen Rades 3 zugeordnete Fluidmenge vermindert und die Fluidmenge in der Fluidkammer 6 der zweiten Fluidtragfeder 2 um dieselbe, dem Weg h des abgesenkten Rades 3 zugeordnete Fluidmenge erhöht. Infolgedessen wird der Fahrzeugaufbau 9 weder angehoben noch abgesenkt.

Bei geschlossenem Schaltventil 8 (nicht gezeigte Stellung für Straßen-Betrieb) kann kein Fluidaustausch zwischen den Fluidkammern 5, 6 erfolgen und es bleiben deshalb die Fluidmengen in beiden Fluidkammern 5, 6 konstant. Dies führt zu entsprechenden Radlastschwankungen.

Fig. 3 zeigt die Fahrzeugradachse im Ausgangszustand und in einem Zustand (beides statischer Zustand), in dem das der ersten Fluidtragfeder 1 zugeordnete Rad 3 um den Weg h von der Grundebene angehoben ist und das der zweiten Fluidtragfeder 2 zugeordnete Rad 4 auf der Grundebene steht, wobei das Schaltventil 8 geöffnet ist (Stellung für Gelände-Betrieb).

Dabei wird die Fluidmenge in der Fluidkammer 5 der ersten Fluidtragfeder 1 um eine der Hälfte des Weges h des angehobenen Rades 3 zugeordnete Fluidmenge vermindert und die Fluidmenge in der Fluidkammer 6 der zweiten Fluidtragfeder 2 um dieselbe Fluidmenge erhöht. Das hat zur Folge, daß der Fahrzeugaufbau 9 um die Hälfte desselben Weges h angehoben wird, um den das Rad 3 angehoben ist, wobei eine Verschränkung der Fahrzeugradachse um den halben Weg h eintritt.

Wenn das Schaltventil 8 geschlossen ist (nicht gezeigte Stellung für Straßen-Betrieb), wird aufgrund des blockierten Fluidaustausches zwischen den Fluidkammern 5, 6 im angehobenen Zustand des Rades 3 nach Fig. 3 der Fahrzeugaufbau 9 von der ersten Fluidtragfeder 1 einseitig angehoben, wodurch Radlastschwankungen auftreten.

Claims

1. Verfahren zur Verminderung von Radlastschwankungen bei einem Kraftfahrzeug mit einer Fluidfederung, mit folgenden Verfahrensschritten:
fluidleitendes Verbinden einer Fluidkammer (5) einer ersten Fluidtragfeder (1) mit einer Fluidkammer (6) einer zweiten Fluidtragfeder (2), wobei beide Fluidtragfedern (1, 2) ein jeweils zugehöriges Rad (3, 4) einer gemeinsamen Fahrzeugradachse abfedern;
bei parallelem Anheben oder Absenken beider Räder (3, 4): Beibehalten der Fluidmenge in beiden Fluidkammern (5, 6);
bei antiparallelem Anheben bzw. Absenken des einen bzw. des anderen Rades (3, 4): Vermindern der Fluidmenge in der Fluidkammer (5, 6) der ersten oder der zweiten Fluidtragfeder (1, 2) um eine dem Rad-Anhebeweg (h) bei der ersten bzw. zweiten Fluidtragfeder (1, 2) zugeordnete Fluidmenge, und
Erhöhen der Fluidmenge in der Fluidkammer (6, 5) der zweiten bzw. der ersten Fluidtragfeder (2, 1) um dieselbe, dem Rad- Absenkweg (h) bei der zweiten bzw. der ersten Fluidtragfeder (2, 1) zugeordnete Fluidmenge; und
bei einseitigem Anheben und Absenken eines der beiden Räder (3, 4): Vermindern der Fluidmenge in der Fluidkammer (5, 6) der ersten oder der zweiten Fluidtragfeder (1, 2) um eine der Hälfte des Rad-Anhebeweges (h) bei der ersten bzw. zweiten Fluidtragfeder (1, 2) zugeordnete Fluidmenge und Erhöhen der Fluidmenge in der Fluidkammer (6, 5) der zweiten bzw. der ersten Fluidtragfeder (2, 1) um dieselbe Fluidmenge.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
Erfassen der Traktionseigenschaften und/oder der Seitenneigung des Fahrzeuges.

3. Fahrzeugfederung für ein Kraftfahrzeug mit einer Fluidfederung, mit
einer ersten Fluidtragfeder (1) und einer zweiten Fluidtragfeder (2), die jeweils eine Fluidkammer (5, 6) aufweisen und beiderseits der Fahrzeuglängsachse angeordnete Räder (3, 4) einer gemeinsamen Fahrzeugradachse abfedernd angeordnet sind; und
einer die beiden Fluidkammern (5, 6) fluidleitend miteinander verbindenden Fluidleitung (7).

4. Fahrzeugfederung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Fahrzeugradachse mit jeweils einander verbundenen Fluidtragfedern (1, 2) versehen ist.

5. Fahrzeugfederung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidleitung (7) einen solch großen Querschnitt aufweist, daß die fluidleitende Verbindung drosselfrei ist.

6. Fahrzeugfederung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch ein Schaltventil (8), das in der Fluidleitung (7) zum wahlweise Verschließen oder Freigeben derselben angeordnet ist.

7. Fahrzeugfederung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine in der Fluidleitung (7) angeordnete Drossel.

8. Fahrzeugfederung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel einstellbar ist.

9. Fahrzeugfederung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch einen Sensor oder eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Traktionseigenschaften und/oder der Seitenneigung des Fahrzeuges.

10. Fahrzeugfederung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidtragfedern (1, 2) eine relativ harte Federkennung aufweisen.

11. Fahrzeugfederung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidtragfedern (1, 2) volltragende Luftfedern sind.

12. Fahrzeugfederung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidtragfedern (1, 2) hydropneumatische Federn sind.