-
Hydropneumatische Federung Die Erfindung betrifft eine hydropneumatische
Federung für Fahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, deren Federbeine einen Arbeitsdruckspeicher
und einen mit diesem über eine Drossel oder Düse verbundenen Vorratsdruckspeicher
aufweist, der über ein Steuerventil mit einem Hochdruckspeicher oder einem Reservoir
verbindbar ist.
-
Für den Komfort eines Fahrzeuges ist die Größe der beim Fahren auftretenden
Vertikalbeschleunigungen von wesentlicher Bedeutung. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen,
die einen hohen Anteil von Nutzlast an dem zulässigen Gesamtgewicht aufweisen, kann
ein annehmbarer Komfort nur durch ein Federungssystem erreicht werden, das sich
den jeweiligen Belastungsverhältnissen anpaßt. Bei hydropneumatischen Federungen
muß über dem gesamten Bereich zwischen dem leeren und dem beladenen Fahrzeug das
Arbeitsgasvolumen in der Konstruktionslage konstant gehalten werden, um die Hubeigenfrequenz
exakt aufrecht zu erhalten. Bei bekannten hydropneumatischen Federungen wird meist
ueber wegabhängige Einrichtungen das dem
Vorratsdruckspeicher vorgeschaltete
Steuerventil betätigt. Diese bekannten Einrichtungen arbeiten jedoch mit erheblichen
Verlustzeiten infolge einer Phasenverschiebung zwischen der Ursache und dem Wirksamwerden
der Niveauregelung, was das Fahrverhalten negativ beeinflussen kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydropneumati sche
Federung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß Verlustzeiten wesentlich
verringert werden, so daß eine schnelle Anpassung an plötzlich auftauchende Fahrsituationen
möglich wird. Die Erfindung besteht darin, daß elektrische Meßeinrichtungen zum
Messen von Elementen der Hubeigenschwingungegleichung des Fahrzeuges vorgesehen
sind, die an ein elektronisches Steuergerät angeschlossen sind, das nach Vergleichen
der Meßwerte mit gespeicherten Sollwerten das vorzugsweise als Elektromagnetventil
ausgebildete Steuerventil schaltet. Eine derartige hydropneumatische Verzögerung
gewährleistet schnellste Anpassung an plötzlich auftauchende Situationen, wie Kurvenfahrts
Überfahren von Schwellen o. dgl..
-
Um den Fahrkomfort noch weiter zu erhöhen, wird in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, daß zwischen Arbeitsdruckspeicher und FederbeinzylLnder
ein von dem elektronischen Steuergerät geregelter Dampfungskorrektor angeordnet
ist.
-
Zwischen dem Kolben und dem Zylinder der Federbeine treten unvermeidbare
Leckverluste auf, die mit der Zeit zu einer Verstimmung der Federkonstanten in Richtung
weicherer Federung führen, wenn diese Fldsaigkeiteverluste einfach durch die Druck-
oder Niveauregulierung ersetzt werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird
deshalb vorgesehen, daß der Arbeitsdruckspeicher über ein Elektromagnetventil, das
an
das elektrische Steuergerät angeschlossen ist, mit dem Hochdruckspeicher oder dem
Reservoir verbindbar ist. Das elektronische Steuergerät, das über eine Meßeinrichtung
die Federkonstante erfaßt, wird in vorteilhafter Weise bei dieser Ausbildung zur
Verhinderung von Abweichungen der Federkonstanten herangezogen.
-
Um dem Fahrer des Fahrzeuges die Möglichkeit zu geben, das Federungs-
und/oder Dämpfungsverhalten des Fahrzeuges seinen Wünschen anzupassen, ist es zweckmäßig,
wenn an das elektronische Steuergerät ein von Hand betätigbarer Niveauwähler angeschlossen
ist.
-
Bei einer baulich vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
an den Arbeitsdruckspeicher ein elektrischer Druckmesser angeschlossen. Hierdurch
läßt sich das gefederte Fahrzeuggewicht erfassen. Außerdem ist an dem Federbeinzylinder
vor dem Dämpfungskorrektor ein elektrischer Druckmesser vorgesehen. Mit Hilfe der
so erfaßten Meßwerte kann das elektronische Steuergerät außer dem gefederten Fahrzeuggewicht
noch die Federkonstante und den Dämpfungsgrad ermitteln.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Achse und
dem Aufbau des Fahrzeuges ein Hebelsystem angeordnet, das eine Feder enthält, deren
Kraft elektrisch meßbar ist. Aus dieser Meßeinrichtung läßt sich der Federweg und
nach Differenzieren in dem elektronischen Steuergerät die Geschwindigkeit der Federung
erfassen.
-
Um auch die Hubbeschleunigungen messen zu können, ist es zweckmäßig,
wenn an dem Aufbau ein vertikal wirkender Beschleunigungsmesser angebracht ist.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform
schematisch
dargestellte Die Zeichnung zeigt eine hydropneumatische Federung für ein Rad 1 eines
Kraftfahrzeuges. Die Achse 2 des Rades 1 ist in nicht näher dargestellter Weise,
beispielsweise durch Lenker, an dem Aufbau 3 des Fahrzeuges angelenkt. Die Übertragung
der Lasten, des Gewichtes des Fahrzeuges und der Nutzlast, erfolgt über ein hydropneumatisches
Federbein 4, dessen Kolben 5 mit der Achse 2 verbunden ist. Der Federbeinzylinder
6 ist an dem Aufbau 3 befestigt. An den Federbeinzylinder 6 schließt ein Arbeitsdruckspeicher
7 an, der durch eine Membrane 8 in einen Flüssigkeitsraum 9 und einen Gasraum 10
unterteilt ist. Mit dem Gasraum 10 ist ein Gasraum 11 eines Vorratsdruckspeichers
12 über eine Buse 13 verbunden. Der Flüssigkeitsraum 14 dieses Vorratsdruckspeichers
12 ist von dem Gasraum 11 mit einer Membrane 15 abgetrennt.
-
Der Flüssigkeitsraum 14 des Vorratsdruckspeichers 12 ist über ein
als Elektromagnetventil ausgebildetes Steuerventil 16 über eine Hochdruckleitung
17 mit einem Hochdruckspeicher 18 verbunden. Dem Hochdruckspeicher 18 wird die Druckflüssigkeit
in nicht näher dargestellter Weise von einer Pumpe zugeführt. Über das Steuerventil
16 ist der Vorratsdruckspeicher 12 außerdem mit einer Rücklaufleitung 19 zu einem
nicht dargestellten Reservoir verbunden.
-
Bei einer derartigen hydropneumatischen Federung erfolgt die Übertragung
der Last durch den innerhalb des Federbeins 4 herrschenden Druck. Wenn die Beladung
des Fahrzeuges erhöht wird, so muß der Druck innerhalb des Federbeins 4 entsprechend
erhöht werden. Diese Druckerhöhung muß so erfolgen, daß das als Feder wirkende,
in dem Gasraum 10 befindliche Gas sein Volumen beibehält, so daß die Bedingung für
eine konstante Aufbau- Hub- Eigenfrequenz erfüllt wird. Die Erhöhung des
Druckes
in dem Gasraum 10 erfolgt in der Weise, daß über das Steuerventil 16 der Hochdruckspeicher
18 mit dem Vorratsspeicher 12 verbunden wird, so daß die dichte Membrane 15 auf
das Gas des Vorratsdruckspeichers 12 in dem Gas-raum 11 drückt. In diesem Gasraum
11 entsteht zunächst ein Überdruck bezüglich dem als Feder wirkenden Gas des Gasraumes
10, der über die Düse 13 mit der Zeit ausgeglichen wird. Diese Druckerhöhung erfolgtderart,
daß das Volumen in dem Gasraum 10 konstant bleibt, der Druck jedoch steigt. Dadurch
ändert sich das Niveau nicht. Bei Entlastung des Fahrzeuges erfolgt eine Druckänderung
in umgekehrter Weise, indem das Steuerventil 16 Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum
14 des Vorratsdruckspeichers 12 über die Rücklaufleitung 19 zu dem nicht dargestellten
Reservoir abläßt.
-
Das Steuerventil 16, das als Elektromagnetventil ausgebildet ist,
wird von einem elektronischen Steuergerät 20 geschaltet, dem Meßwerte aller Größen
der Eigenschwingungsgleichung für die gedämpfte Aufbauschwingung des Fahrzeuges
zugeführt werden. Die Meßwerte werden in dem elektronischen Steuergerät 20, das
von der Fahrzeugbatterie 21 Strom erhält, verarbeitet, wobei die errechnete Eigenfrequenz
und die Dämpfungskonstante mit den gespeicherten Sollwerten verglichen wird, wonach
bei vorhandenen Abweichungen entsprechende Korrekturen durchgeführt werden.
-
Um den Federweg zu messen, ist an die Achse 2 über einen Lenker 22
ein Winkelhebel 23 angelenkt, der an dem Aufbau 3 gelagert ist. An dem freien Ende
des Winkelhebels 23 greift eine Feder 24 an, deren anderes Ende über einen Druckkörper
25 gegen einen piezo-elektrischen Körper 26 drückt. Die Feder 24 wird je nach Federweg
des Federbeins 4 unterschiedlich stark gegen den ortsfest gehaltenen pieze-elektrischen
Körper
26 gedrückt, so daß ein den Federweg beschreibendes Signal erhalten wird, das über
elektrische Leitungen dem elektronischen Steuergerät 20 zugeführt wird. Nach Differenzieren
dieses Meßwertes erhalt man die Geschwindigkeit, mit der die Achse 2 ein- oder ausfedert.
-
An den Federbeinzylinder 6 und an den Flüssigkeitsraum 9 des Arbeitsdruckspeichers
7 sind jeweils ein elektrischer Druckmesser 27 und 28 angeschlossen, die einen mit
einer Spitze gegen einen piez ælektrischen Körper 29 drückenden Kolben 30 aufweisen.
Die Meßwerte dieser Druckmesser 27 und 28 werden ebenfalls dem elektronischen Steuergerät
20 zugeführt. Durch diese Meßeinrichtungen und durch Integration der zeitlichen
Druckfunktionen lassen sich in Verbindung mit den Werten des Wegmessers die Werte
für das gefederte Fahrzeuggewicht m, den Federweg y, die Federkonstante c, die Federungsgeschwindig
keit y und für den Dämpfungsgrad k ermitteln. Zusätzlich wird über einen an dem
Aufbau 3 angebrachten Beschleunigungsmesser 31 die Fahrzeugbeschleunigiwg 'Q gemessen
und dem elektronischen Steuergerät über entsprechende Leitungen zugeführt, so daß
alle Größen der Hub- Sigenschwingungsgleichung des Aufbaus m.yfk.a+c.y-o bekannt
sind.
-
Mit Hilfe aller dieser Werte karm das elektronische Steuergerät 20
die Fahrzeugfederung analysieren und mit den gespeicherten Sollwerten einer als
ideal erkannten Federabstimmung vergleichen. Wenn Abweichungen festgestellt werden,
so können die entsprechenden Korrekturen geschaltet werden. Hierzu sind zusätzlich
zu dem Steuerventil 16 noch ein elektrisch betätigbarer, zwischen dem Federbeinzylinder
6 und dem Flüssigkeitsraum 9 des Arbeitsdruckspeichers 7 angeordneter Dämpfungskorrektor
32 und ein an den Flüssigkeitsraum 9 des Arbeitsdruckspeichers 7 angeschlossenes
Magnetventil 33 mit dem
elektronischen Steuergerät 20 verbunden.
Mit Hilfe des Dämpfungskorrektors 23 läßt sich der Dämpfungsgrad k einstellen oder
korrigieren, während durch das Elektromagnetventil 33 der Flüssigkeitsraum 9 des
Arbeitsdruckspeichers 7 mit dem Hochdruckspeicher 18 oder der Rücklaufleitung 19
verbunden werden kann, so daß Leckverluste zwischen dem Kolben 5 und dem Federbeinzylinder
6 ausgeglichen werden können.
-
Mit dieser Anordnung ist es möglich, durch direktes Messen aller Kenngrößen
der Fahrzeugschwingung die Federkennlinie und die Dämpfung optimal abzustimmen,
so daß die Federung für jeden Bela-dungszustand des Fahrzeuges mit der gleichen
Hub- Eigenfrequenz und der optimalen Dämpfung betrieben werden kann. Auftretende
Leckverluste können ohne Verstimmung des Systems ersetzt werden.
-
An das elektronische Steuergerät 20 ist außerdem noch ein von Hand
betätigbarer Niveauwähler 34 angeschlossen, durch den der Fahrer das Federungsverhalten
der hydropneumatischen Federung seinen speziellen Wünschen anpassen kann, wobei
über das elektronische Steuergerät 20 sowohl die Federkonstante c als auch der Dämpfungsgrad
k verändert werden können.