DE19940198C1 - Verfahren zur Regelung eines Systems enthaltend eine Luftfeder und einen dazu parallel geschalteten regelbaren Stoßdämpfer - Google Patents
Verfahren zur Regelung eines Systems enthaltend eine Luftfeder und einen dazu parallel geschalteten regelbaren StoßdämpferInfo
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Abstract
Verfahren zur Regelung eines Systems, insbesondere für Kraftfahrzeuge, enthaltend eine Luftfeder 2, die ein Luftvolumen 16 umschließt, und einen dazu parallel geschalteten regelbaren Stoßdämpfer 4, und ein Zusatzvolumen 22, mit dem das Luftvolumen 16 der Luftfeder 2 über eine regelbare Drossel 20 in Verbindung steht, in folgenden Verfahrensschritten: DOLLAR A - es wird eine Gesamtdämpfung des Systems und eine Federsteifigkeit der Luftfeder 2 vorgegeben DOLLAR A - der Drosselwiderstand der Drossel 20, über die das Luftvorlumen 16 der Luftfeder 2 mit dem Zusatzvolumen 22 verbunden ist, wird so eingestellt, daß die Luftfeder 2 die vorgegebene Federsteifigkeit aufweist DOLLAR A - frequenzabhängig wird die Größe der Dämpfung bestimmt, die an der Drossel 20, über die das Luftvolumen 16 der Luftfeder 2 mit dem Zusatzvolumen 22 verbunden ist, entsteht DOLLAR A - der regelbare Stoßdämpfer wird so eingestellt, daß die Summe der in dem Stoßdämpfer 4 entstehenden Dämpfung und der zwischen dem Luftvolumen 16 der Luftfeder 2 und dem Zusatzvolumen 22 entstehenden Dämpfung weitestgehend der Gesamtdämpfung entpricht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Systems, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, enthaltend eine Luftfeder, die ein Luftvolumen umschließt,
und einen dazu parallel geschalteten regelbaren Stoßdämpfer und ein
Zusatzvolumen, mit dem das Luftvolumen der Luftfeder über eine regelbare
Drossel in Verbindung steht.
Aus der DE 43 34 007 A1 ist eine Stoßdämpferfedereinheit bekannt, in der eine
Luftfeder parallel zu einem regelbaren pneumatischen Stoßdämpfer geschaltet
ist. Die Luftfeder ist oberhalb des pneumatischen Stoßdämpfers angeordnet und
bei einem Einfedern der Luftfeder wird in einer Kammer des pneumatischen
Stoßdämpfers ein Kolben nach unten bewegt bzw. umgekehrt. Die Stirnfläche
des Kolbens enthält regelbare Drosselöffnungen, so daß bei einer Auf- bzw.
Abbewegung des Kolbens Luft von einer ersten Teilkammer in eine zweite
Teilkammer des pneumatischen Dämpfers strömen kann. Eine Dämpfung der
Stoßdämpferfedereinheit kommt hierbei durch die Strömungsverluste der
überströmenden Luft in den Drosselöffnungen zustande.
Mit der aus der DE 43 34 007 A1 bekannten Stoßdämpferfedereinheit kann eine
große Dämpferarbeit verrichtet und ein System somit ausreichend stark bedämpft
werden, da bei einer Bewegung des Kolbens ein ausreichend großer Luftstrom
über die Drosselöffnungen von einer Teilkammer in die andere Teilkammer
überführt wird. Die Stoßdämpferfedereinheit weist jedoch den Nachteil auf, daß
durch die Einstellung der Drossel in der Stirnfläche des Kolbens nicht nur die
Dämpfung, sondern auch die Federsteifigkeit beeinflußt wird. Infolgedessen kann
nur eine der beiden Größen unabhängig voneinander vorgegeben werden, die
andere ergibt sich dann zwangsläufig.
Dies führt dazu, daß zwar die Federsteifigkeit der Stoßdämpferfedereinheit in
einem großen Bereich verstellt werden kann, dann jedoch die sich ergebende
Dämpfung nicht bei jeder Drosseleinstellung dem Bedarf des Fahrzeuges
entspricht.
Die geringste, einstellbare Federsteifigkeit ergibt sich bei ganz geöffneter
Drossel, wobei die Dämpfung gleich Null ist.
Die größte einstellbare Federsteifigkeit ergibt sich bei ganz geschlossener
Drossel, bei der keine Luft mehr überströmt und Dämpfung auch gleich Null ist.
Beide Zustände genügen nicht den Anforderungen im Fahrzeug. Ein Zustand,
der den Anforderungen genügt, hat eine Drosseleinstellung, die dazwischen liegt
und nur in einem schmalen Bereich verstellbar ist.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei der aus der DE 43 34 007 A1
bekannten Stoßdämpferfedereinheit die Größe der Dämpfung nicht immer in
geeigneter Weise an die Federsteifigkeit der gesamten Stoßdämpferfedereinheit
angepaßt werden kann.
Der JP 07 167 189 A ist zwar ein System zu entnehmen, das eine ein
Luftvolumen umschließende Luftfeder und einen dazu parallel regelbaren
Stoßdämpfer und ein Zusatzvolumen enthält, mit dem das Luftvolumen der
Luftfeder über eine regelbare Drossel in Verbindung steht; es ist dieser
Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen wie die Größe der Stoßdämpfereinheit in
geeigneter Art und Dämpfung der Weise an die Federsteifigkeit der gesamten
Stoßdämpferfedereinheit angepasst werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines
Systems der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Dämpfung des
Systems an die Federsteifigkeit anpassbar ist.
Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 wird die Aufgabe
dadurch gelöst, daß das System in folgenden Verfahrensschritten geregelt wird:
- - Es wird eine Gesamtdämpfung des Systems und eine Federsteifigkeit der Luftfeder vorgegeben
- - der Drosselwiderstand der Drossel, über die das Luftvolumen der Luftfeder mit dem Zusatzvolumen verbunden ist, wird so eingestellt, daß die Luftfeder die vorgegebene Federsteifigkeit aufweist
- - frequenzabhängig wird die Größe der Dämpfung bestimmt, die an der Drossel, über die das Luftvolumen der Luftfeder mit dem Zusatzvolumen verbunden ist, entsteht
- - der regelbare Dämpfer wird so eingestellt, daß die Summe der in dem Stoßdämpfer entstehenden Dämpfung und der zwischen dem Luftvolumen der Luftfeder und dem Zusatzvolumen entstehenden Dämpfung weitestgehend der Gesamtdämpfung entspricht.
Bevorzugt wird die Gesamtdämpfung so vorgegeben, daß der Achsaufbau und
Achsbauteile im gesamten Frequenzbereich ausreichend bedämpft werden,
wobei der Frequenzbereich zumindest die Eigenfrequenzen sämtlicher
schwingungsfähiger Bauteile des Systems, das bedämpft werden soll, umfaßt
(d. h. insbesondere die Eigenfrequenzen des Aufbaus und der Achsbauteile).
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß
die Gesamtdämpfung und die Federsteifigkeit des Systems unabhängig
voneinander vorgegeben werden können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist
darin zu sehen, daß die Eigenfrequenzen des Systems über die Einstellung der
Größe der Federsteifigkeit und über die davon unabhängige Einstellung der
Dämpfung stufenlos vorgegeben werden können. Ein weiterer Vorteil der
Erfindung ist schließlich darin zu sehen, daß die mit dem Zusatzvolumen
verbundene Luftfeder zu der Gesamtdämpfung des Systems beiträgt und somit
der Stoßdämpfer bei einer vorgegebenen Gesamtdämpfung nur eine geringere
Dämpfung zu leisten braucht. Dieser kann somit kleiner dimensioniert werden
und es fällt weniger Wärme in dem Stoßdämpfer an.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Zusatzvolumen unveränderlich
ausgebildet. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, daß ein
unveränderliches Zusatzvolumen besonders einfach auszubilden ist.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Luftfeder und der
Stoßdämpfer jeweils alleinstehend angeordnet. Gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel sind die Luftfeder und der Stoßdämpfer in einer
Stoßdämpferfedereinheit angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß das System,
bestehend aus der Luftfeder und dem Stoßdämpfer, nur wenig Bauraum
beansprucht. Vorzugsweise ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Luftfeder
oberhalb des Stoßdämpfers angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Luftvolumen der Luftfeder über
eine Leitung mit dem Zusatzvolumen verbunden. Gemäß einer alternativen
Weiterbildung der Erfindung ist das Luftvolumen der Luftfeder direkt mit dem
Zusatzvolumen verbunden. In diesem Fall wird das Luftvolumen der Luftfeder
und das Zusatzvolumen von einer gemeinsamen Trennwand begrenzt, in der die
regelbare Drossel angeordnet ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu
sehen, daß die Luftfeder und das mit ihr in Verbindung stehende Zusatzvolumen
nur wenig Bauraum benötigen.
Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im
Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einem System, bestehend aus einer
Luftfeder und einem Stoßdämpfer,
Fig. 2 ein System, bestehend aus einer Luftfeder und einem
Stoßdämpfer.
Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einem
System, das eine Luftfeder 2 und einen regelbaren Stoßdämpfer 4 enthält, wobei
nur die für die nachfolgenden Erläuterungen notwendigen Bestandteile gezeigt
sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stoßdämpfer 4 beispielhaft
als pneumatischer Stoßdämpfer dargestellt, selbstverständlich kann das
System jedoch auch andere Stoßdämpfer bekannter Bauarten enthalten. Mit Hilfe
der Luftfeder 2 und des Stoßdämpfers 4 ist ein Kraftfahrzeugrad 6 gegenüber
einem Fahrzeugaufbau 8 des Kraftfahrzeuges federnd gelagert. Die Luftfeder 2
ist zu dem regelbaren Stoßdämpfer 4 parallel geschaltet, d. h. bei einer
Einfederbewegung des Kraftfahrzeugrades 6 werden die Luftfeder 2 und der
Stoßdämpfer 4 zwangsweise immer gleichzeitig verkürzt, wohingegen bei einer
Ausfederbewegung des Kraftfahrzeugrades 6 die Luftfeder 2 und der
Stoßdämpfer 4 zwangsweise immer gleichzeitig verlängert werden. Der regelbare
Stoßdämpfer 4 weist in einem Verdrängerkolben 36 regelbare Drosselöffnungen
24 auf, durch die bei einer Verlängerung oder Verkürzung des Stoßdämpfers 4
ein Dämpfungsmedium von einer Teilkammer in eine andere Teilkammer des
Stoßdämpfers 4 strömt. Der Stoßdämpfer 4 kann beispielsweise als
hydraulischer oder pneumatischer Stoßdämpfer aufgebaut sein. Derartige
Stoßdämpfer sind an sich bekannt, so daß sie hier nicht näher erläutert werden
sollen. Zusätzlich zu der Luftfeder 2 und dem Stoßdämpfer 4 weist das System
ein Zusatzvolumen 22 auf, das außerhalb des Luftvolumens 16 der Luftfeder 2
und des Stoßdämpfers 4 angeordnet ist. Die Größe des Zusatzvolumens 22 ist
unabhängig von der dem momentanen Einfederungszustand der Luftfeder und
von der momentanen Stellung des regelbaren Stoßdämpfers 4, d. h. von der
momentanen Stellung des Verdrängerkolbens 36.
Die Luftfeder 2 enthält einen Rollbalg 10, der in an sich bekannter Art und Weise
zwischen einem Anschlußteil 12 und einem Abrollkolben 14 angeordnet ist und
ein Luftvolumen 16 umschließt. Das Luftvolumen 16 steht über eine Leitung 18,
die durch das Anschlußteil 12 geführt ist, über eine Drossel 20 mit dem
Zusatzvolumen 22 in Verbindung, die unabhängig von dem Drosselöffnungen 24
im Verdrängerkolben 36 regelbar ist. Das Zusatzvolumen 22 ist ferner
vorzugsweise starr ausgebildet, d. h. in seiner Größe unveränderlich. Alternativ ist
es möglich, das Zusatzvolumen 22 in seiner Größe veränderlich auszubilden.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Zusatzvolumen 22 durch
eine Trennwand in zwei Kammern unterteilt wird, in der sich regelbare Drosseln,
die insbesondere vollkommen geschlossen und geöffnet werden können,
befinden. Die regelbare Drossel 20 kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie
es aus der DE 43 34 007 A1 bekannt ist. Andere dem Fachmann geläufige
Aufbauten einer regelbaren Drossel sind denkbar.
Die Drosseleinstellung sämtlicher Drosseln des Systems ist von der Regeleinheit
26 unabhängig voneinander regelbar. Die Drosseleinstellung (d. h. im
Ausführungsbeispiel die Größe der Drosselöffnungen 24) und damit die Größe
der Dämpfung des Stoßdämpfers 4 ist von der Regeleinheit 26 über eine Leitung
28 regelbar. Die Drosseleinstellung (d. h. die Größe der Drosselöffnungen 30) in
der Drossel 20 (d. h. der Drosselwiderstand der Drossel 20), über die das
Luftvolumen 16 der Luftfeder 2 mit dem Zusatzvolumen 22 verbunden ist, ist
ebenfalls über eine Leitung 32 von der Regeleinheit 26 regelbar. Durch die
Drosseleinstellung der Drossel 20 kann die Federsteifigkeit der Luftfeder 10
stufenlos eingestellt werden. Bei vollständig geschlossenen Drosselöffnungen 30
weist die Luftfeder 10 die größte Federsteifigkeit und bei vollständig geöffneten
Drosselöffnungen 30 weist die Luftfeder 10 die kleinste Federsteifigkeit auf.
Abhängig von der eingestellten Größe der Drosselöffnungen 30 kann die
Luftfeder 10 alle dazwischenliegenden Federsteifigkeiten aufweisen.
Die Regelung der Drosselöffnungen 24 des Stoßdämpfers und der
Drosselöffnungen 30 in der Drossel 20 zwischen der Luftfeder 2 und dem
Zusatzvolumen 22 erfolgt durch die Regeleinheit 26 im einzelnen wie folgt:
In der Regeleinheit 26 wird in Abhängigkeit von der Fahrsituation des
Kraftfahrzeuges die gewünschte Federsteifigkeit des Federbeines vorgegeben
und über die Leitung 32 mit der Drossel 20 des Zusatzvolumens 22 eingestellt.
Dann wird in der Regeleinheit 26 die gewünschte Gesamtdämpfung des
Systems, bestehend aus Luftfeder 2 mit Zusatzvolumen 22 und Stoßdämpfer 4,
vorgegeben. Diese Dämpfung wird zum Teil von der Luftfeder 2 mit
Zusatzvolumen 22 aufgebracht und wird in der Regeleinheit 26 wie folgt
bestimmt: Zunächst bestimmt die Regeleinheit (z. B. anhand der Meßsignale von
Beschleunigungssensoren) in an sich bekannter Art und Weise, mit welcher
Frequenz der Teil des Kraftfahrzeuges, dem die Luftfeder 2 mit dem
Zusatzvolumen 22 zugeordnet ist, momentan hauptsächlich schwingt. Danach
wird in der Regeleinheit 26 die Größe der Dämpfung bestimmt, die sich zwischen
der Luftfeder 2 und dem Zusatzvolumen 22 bei der zuvor eingestellten
Drosseleinstellung der Drossel 20 und bei der momentanen Frequenz ergibt.
Dies kann beispielsweise mittels einer Kennlinie erfolgen, in der die Größe der
Dämpfung über der Frequenz aufgetragen ist.
Die noch erforderliche Restdämpfung, welche im Stoßdämpfer 4 aufgebracht
wird, wird von der Regeleinheit 26 ermittelt, die Drossel 24 des Stoßdämpfers 4
dann über die Leitung 28 entsprechend eingestellt, daß die Summe der
Dämpfung von der Luftfeder 2 mit Zusatzvolumen 22 und der Restdämpfung der
Gesamtdämpfung und den Anforderungen des Fahrzeuges entspricht.
Zur Regelung werden bekannte Regelalgorithmen für Dämpferregelungen, mit
denen die Drossel eines verstellbaren Dämpfers geregelt wird (die z. B. nach dem
Skyhook-Prinzip arbeiten) derart erweitert, daß zusätzlich die Ansteuerung der
verstellbaren Drossel 20 des Zusatzvolumens 22 in die Regelalgorithmen
einbezogen ist. Hierbei werden die Drosseln 20 und 24 entsprechend den
Anforderungen des Fahrzeuges im momentanen Fahrzustand eingestellt. Man
hat dann eine kombinierte Luftfeder-/Dämpferregelung.
Fig. 2 zeigt ein System, in dem die Luftfeder 2 und der Stoßdämpfer 4 in einer
Stoßdämpferfedereinheit 34 angeordnet ist. Hierbei ist die Luftfeder 2
vorzugsweise oberhalb des Stoßdämpfers 4 angeordnet und der
Verdrängerkolben 36 des Stoßdämpfers 4 ist über eine Kolbenstange 38 mit dem
oberen Anschlußteil 12 der Luftfeder verbunden. Bei einer Einfederung der
Luftfeder 2 wird dementsprechend auch der Verdrängerkolben 36 nach unten
bewegt und bei einer Ausfederung der Luftfeder 2 wird er dementsprechend nach
oben bewegt, so daß die Luftfeder 2 zu dem Stoßdämpfer 4 parallel geschaltet
ist. Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Zusatzvolumen
22 im oberen Anschlußteil 12 angeordnet und unveränderlich ausgebildet.
Zwischen dem Luftvolumen 16 der Luftfeder 2 und dem Zusatzvolumen 22
befindet sich eine Trennwand 40, die Teil des oberen Anschlußteils 12 ist und in
der sich die regelbaren Drosselöffnungen 30 befinden.
Sowohl die Größe der Drosselöffnungen 30 als auch die Größe der
Drosselöffnungen 24 ist durch die Regeleinheit 26 (siehe Fig. 1) regelbar. Dies
geschieht gemäß dem im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Verfahren.
2
Luftfeder
4
Stoßdämpfer
6
Kraftfahrzeugrad
8
Fahrzeugaufbau
10
Rollbalg
12
Anschlußteil
14
Abrollkolben
16
Luftvolumen
18
Leitung
20
regelbare Drossel
22
Zusatzvolumen
24
Drosselöffnungen des Stoßdämpfers
26
Regeleinheit
28
Leitung
30
Drosselöffnungen
32
Leitung
34
Stoßdämpferfedereinheit
36
Verdrängerkolben
38
Kolbenstange
40
Trennwand
Claims (6)
1. Verfahren zur Regelung eines Systems, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
enthaltend eine Luftfeder (2), die ein Luftvolumen (16) umschließt, und
einen dazu parallel geschalteten regelbaren Stoßdämpfer (4), und ein
Zusatzvolumen (22), mit dem das Luftvolumen (16) der Luftfeder (2) über
eine regelbare Drossel (20) in Verbindung steht, in folgenden
Verfahrensschritten:
- - es wird eine Gesamtdämpfung des Systems und eine Federsteifigkeit der Luftfeder (2) vorgegeben
- - der Drosselwiderstand der Drossel (20), über die das Luftvolumen (16) der Luftfeder (2) mit dem Zusatzvolumen (22) verbunden ist, wird so eingestellt, daß die Luftfeder (2) die vorgegebene Federsteifigkeit aufweist
- - frequenzabhängig wird die Größe der Dämpfung bestimmt, die an der Drossel (20), über die das Luftvolumen (16) der Luftfeder (2) mit dem Zusatzvolumen (22) verbunden ist, entsteht
- - der regelbare Stoßdämpfer wird so eingestellt, daß die Summe der in dem Stoßdämpfer (4) entstehenden Dämpfung und der zwischen dem Luftvolumen (16) der Luftfeder (2) und dem Zusatzvolumen (22) entstehenden Dämpfung weitestgehend der Gesamtdämpfung entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das separate
Zusatzvolumen (22) unveränderlich ausgebildet ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Luftfeder (2) und der Stoßdämpfer (4) jeweils alleinstehend angeordnet
ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Luftfeder (2) und der Stoßdämpfer (4) in einer Stoßdämpferfedereinheit
(34) angeordnet sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Luftvolumen (16) der Luftfeder (2) über eine Leitung (18) mit dem
Zusatzvolumen (22) verbunden ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Luftvolumen (16) der Luftfeder (2) direkt mit dem Zusatzvolumen (22)
verbunden ist.
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