-
Hydropneumatische Federung für Kraft-
-
fahrzeuge mit einer Niveauregeleinrichtung Die Erfindung bezieht
sich auf eine hydropneumatische Federung für Kraftfahrzeuge mit einer Niveauregeleinrichtung
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
-
Um den Fahrzeugaufbau eines Kraftfahrzeuges weitgehend unabhängig
von der Fahrzeugbelastung in eine gewünschte Lage, insbesondere eine Rorizontallage
mit etwa konstantem Abstand des Fahrzeugbodens von der Fahrbahn zu bringen, ist
es üblich, zur Abfederung entweder nur einer oder beider Fahrzeugachsen niveaugeregelte
Federn zu verwenden. Dabei wird mittels eines zwischen Fahrzeugaufbau und -achse
angeordneten Niveaureglers, der das belastungsabhängige Absenken des Fahrzeugaufbaus
erfaßt, die wirksame Länge der niveaugeregelten Federn ausgesteuert. Die niveaugeregelten
Federn enthalten insbesondere hydropneumatische Vorrichtungen, welche - ausgesteuert
durch den Niveauregler - je nach Bedarf entweder mit einer Druokquelle oder mit
einem drucklosen Vorratsbehälter verbunden werden. Je nach Bedarf werden an der
niveaugeregelten Achse zur Abstützung des Fahrzeugaufbaus entweder ausschließlich
niveaugeregelte Federn oder niveaugeregelte Federn in Verbindung mit sonstigen Federn,
z. B.
-
mit Schraubenfedern, eingesetzt.
-
Es ist eine hydropneumatische Federung dieser Art bekannt (DE-OS 23
15 236), bei der in der die beiden Hydraulikräume miteinander verbindenden Ausgleichsleitung
ein als Zusatzfeder wirkender hydropneumatischer Druckspeicher und ein Sperrventil
angeordnet sind. Während der mormalfahrt werden die beiden achsendigen als Federn
wirkenden Druckgasräume durch diesen zusätzlichen hydropneumatischen Druckspeicher
bezüglich ihrer Federwirkung unterstützt, 8o daß sich insgesamt eine weiche Federung
ergibt. Beim Auftreten von Horizontalkräften beim raschen Durch fahren einer Kurve
wird das Sperrventil mittels eines auf die Horizontalkräfte ansprechenden Stellgliedes
gesperrt, so daß einerseits die Ausgleichsleitung unterbrochen und darüber hinaus
der zusätzliche hydropneumatische Druckspeicher für die Fahrzeugfederung unwirksam
gemacht wird, so daß die Federung des Fahrzeuges insgesamt härter wird.
-
Bekannt ist es auch (DE-OS 25 58 641), den Strömungsquerschnitt eines
in die Ausgleichs leitung zweier hydropneumatischer Federelemente angeordneten Sperrventils
in Abhängigkeit von Druckunterschieden in den beiden hydropneumatischen Federelementen
zu verändern, um so die Rolineigung des Fahrzeuges zu verringern.
-
Die Verstellung des Sperrventils tritt bei diesen bekannten Anordnungen
immer erst ein, wenn bereits Horizontalkräfte bzw.
-
Druckunterschiede wirksam sind, d. h. erst dann, wenn der Fahrtrichtungswechsel
bereits eingeleitet worden ist und unabhängig davon, wie schnell das Fahrzeug fährt
und wie schwer es beladen ist.
-
Bekanntlich wird das Eigenlenkverhalten eines Kraftfahrzeuges aber
durch die Beladung unter Umständen verhältnismäßig stark beeinflußt, und zwar in
der Weise, daß es mit zunehmender Beladung stärker zum Ubersteuern neigt. Es ist
daher erstrebenswert, den Zuladeeinfluß auf das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges
möglichst zu beseitigen oder aber stark zu verringern. Andererseits ist es bekanntlich
für die Beanspruchung des Fahrzeugführers eines Kraftfahrzeuges von Vorteil,
wenn
das Kraftfahrzeug bei niedriger Fahrgeschwindigkeit, die beispielsweise im Stadtverkehr
oder auf kuryenreicheren Strecken bei Uberl=wahrten auftreten, eine direktere Lenkwirkung
mit gleichteitig verkleinertem Lenkmoment (lenkwfllig) und bei höheren Fahrgeschwindigkeiten,
die beispielsweise beim Befahren von kurvenärneren Strecken wie z. B. Autobahnen
auftreten, eine indirektere Lenkwirkung mit gleichzeitig vergrößertem Lenkmoment
(kursstabil, lenkunwillig) aufweist, d. h. bei höheren Fahrgeschwindigkeiten eher
etwas die Tendenz zum Untersteuern und bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten eher
etwas die Tendenz zum Übersteuern aufweist.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydropneumatische
Federung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ohne wesentlichen Mehraufwand
so weiter auszubilden, daß einerseits ein damit ausgerüstetes Kraftfahrzeug bei
niedrigeren Geschwindigkeiten lenkwilliger (direkter Lenkeffekt) ist als bei höheren
Fahrgeschwindigkeiten und daß andererseits der Zuladeeinfluß auf das Eigenlenkverhalten
des Fahrzeuges weitgehend ausgeschaltet wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß -durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und erfindungswesentliche Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Das gewünschte
Eigenlenkverhalten des Eraftfahrzeuges wird also dadurch erzielt, daß durch eine
fahrgeschwindigkeits-und/oder lastabhängige Drosselung der Ausgleichsleitung zwischen
den beiden Hydraulikräumen der hydropneumatischen Federung das Rollrückstellmoment
der niveaugeregelten Achse verändert wird und zwar bei Hinterachsen in der Weise,
daß bei niedriger Fahrgeschwindigkeit und/ oder Leerlast ein großes Rollrückstellmoment
und bei hoher Fahrgeschwindigkeit und/oder Vollast ein kleines Rollrückstellmoment
vorliegt. Ein kleines Rollrückstellmoment bedeutet bekanntlich einen kleinen Achsschräglauf
und ein großes Rollrückstellmoment entsprechend einen großen Achsschräglauf. An
der Hinterachse hat ein kleiner Achsschräglauf ein stärkeres Untersteuern und ein
größerer Achsschräglauf ein weniger starkes Untersteuern oder ein neutrales Verhalten
zur Folge.
-
In der Zeichnung sind schematisch zwei Ausführungsbeispiele dargestellt,
die anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.
-
Die in Figur 1 dargestellte Fahrzeugfederung weist zwei hydropneumatische
Federelemente 2 auf, von denen das eine dem rechten und das andere dem linken Fahrzeugrad
1 zugeordnet ist. Die hydropneumatischen Federelemente enthalten im gezeigten Ausführungsbeispiel
jeweils einen als Feder wirkenden Druckgasraum 21 sowie einen davon über eine Membran
23 o. ä. getrennten Hydraulikraum 22, welcher mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt
ist. Der untere Teil des Hydraulikraums ist zylindrisch ausgebildet und dient als
Zylinderrohr 24 für einen Stoßdämpfer,dessen nicht weiter bezifferte Kolbenstange
mit dem im einzelnen nicht weiter dargestellten üblichen Radführungsglied verbunden
ist. Im rechten Teil der Figur ist angedeutet, daß die hydropneumatischen Federelemente
2 beispielsweise mit zusätzlichen Schraubenfedern 7 zusammenwirken können..Im linken
Teil ist ein U-förmiger Stabilisator 8 angedeutet. Die Hydraulikräume 22 der beiden
hydropneumatischen Fedemlemente sind miteinander durch eine querverlaufende Ausgleichsleitung
3 verbunden. Im Zuge dieser Ausgleichsleitung ist ein Sperrventil 4 angeordnet,
dessen Durchflußquerschnitt mittels eines mit 6 bezifferten Stellgliedes verändert
werden kann. Rechts und links vom Sperrventil 4 mündet jeweils eine Leitung 51 bzw.
52, welche entweder über einen gemeinsamen oder über je einen eigenen bekannten
Niveauregler nach Bedarf mit einer Druckquelle oder mit einem drucklosen Vorratsbehälter
verbunden werden. Niveauregler, Druckquelle und Vorratsbehälter sind nicht weiter
dargestellt.
-
en tiber die Zu-. bzw. Ableitung/51 bzw. 52 wird den Hydraulikräumen
22 in üblicher Weise so lange Hydraulikflüssigkeit zugeführt, bis das gewünschte
Fahrzeugniveau erreicht ist. Da im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel die Zuführung der
Hydraulikflüssigkeit beidseits des Sperrventils 4 erfolgt, wird das Hochpumpen bzw.
das Herablassen des Fahrzeugaufbaus durch die jeweilige Stellung des Sperrventils
nicht beeinflußt.
-
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, nur eine Zuleitung,z. B.
nur
Zuleitung 51, vorzusehen, das hätte ggf. jedoch zur Folge, daß
bei nicht voll geöffnetem Sperrventil die eine. Fahrzeugseite schneller angehoben
bzw. abgesenkt würde als die andere Fahrzeuges seite. Dieser Nachteil ließe sich
jedoch vermeiden, wenn diese eine Zuleitung mittig in das Sperrventil eingeleitet
würde.
-
Je nach dem angestrebten Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges kann die
im einzelnen nicht weiter dargestellte Steuereinrichtung für das Stellglied 6 so
ausgelegt sein, daß das Sperrventil 4 entweder nur fahrgeschwindigkeitsabhängig,
nur zuladeabhängig oder sowohl fahrgeschwindigkeits- als auch zuladeabhängig verstellt
wird. Als Stellglied können grundsätzlich alle geeigneten Stellglieder, z. B.
-
hydraulische, hydropneumatische oder elektromechanische Stellglieder
eingesetzt werden.
-
Durch die Verstellung des Sperrventils 4 wird auf den Querfluß der
Hydraulikflüssigkeit von dem einen zum anderen Hydraulikraum 22 der beiden hydropneumatischen
Federelemente 2 eingewirkt. Bei voll geöffnetem Sperrventil kann die Hydraulikflüssigkeit
erforderlichenfalls ungehindert vom einen zum anderen Hydraulikraum fließen. Bei
Rollneigung des Fahrzeuges wird daher der Druckgasraum 21 des dem einfedernden Rad
zugeordneten hydropneumatischen Federelementes kaum weiter einfedern, weil die Hydraulikflüssigkeit
über die Ausgleichsleitung 3 und das voll geöffnete Sperrventil 4 ungehindert vom
Hydraulikraum 22 des dem einfedernden Rad zugeordneten hydropneumatischen Federelementes
zum Hydraulikraum des dem ausfedernden Rad zugeordneten hydropneumatischen Federelementes
fließen kann. Ist das Sperrventil 4 dagegen so verstellt, daß der freigegebene Burchflußquerschnitt
seinen Kleinstwert aufweist, unter Umständen also fast geschlossen ist, dann wird
der Druckgasraum 21 des dem einfedernden Rad zugeordneten hydropneumatischen Federelementes
zwangsläufig stärker zusammengedrückt, weil in diesem Falle die Hydraulikflüssigkeit
nur sehr langsam aus dem Hydraulikraum des dem einfedernden Rad zugeordneten hydropneumatischen
Federelementes entweichen kann. Mit der Verstellung des Sperrventils 4 wird somit
die Größe der Rollmomentabstützung bei Rollneigung des Fahrzeuges beeinflußt.
-
Bei voll geöffnetem Sperrventil ergibt sich eine vergleichsweise geringe
Rollmomentabstützung und bei nahezu gesperrtem Sperrventil eine vergleichsweise
große Rollmomentabstützung. Es versteht sich, daß die mehr oder weniger starke Drosselung
des Sperrventils 4 jeweils nur für relativ schnell ablaufende Vorgänge von Bedeutung
ist, weil der Abfluß der Hydraulikflüssigkeit bei einem langsamen Einfedern des
Rades durch eine stärkere Drosselung der Ausgleichsleitung nicht oder kaum beeinträchtigt
wird. Bei langsamen Richtungsänderungen des Fahrzeuges - z. B. in langgezogenen
Autobahnkurven -macht sich die stärkere Drosselung der Ausgleichsleitung 3 nicht
bemerkbar; bei schnellen Fahrtrichtungsänderungen greift die Veränderung der Sperrventil-Stellung
dagegen voll auf die Größe der Rollmomentabstützung und damit auf das Eigenlenkverhalten
des Fahrzeuges durch, so daß durch entsprechende Wahl der Sperrventil-Stellung das
Eigenlenkverhalten in der gewünschten Weise beeinflußt werden kann, wobei es für
die zu treffenden Steuermaßnahmen von Bedeutung ist, ob die über das Sperrventil
beeinflußte hydropneumatische Federung - wie üblich - an der Hinterachse oder an
der Vorderachse des Fahrzeuges vorgesehen ist.
-
Die Veränderung des Durchlußquerschnitts des Sperrventils 4 kann fahrgeschwindigkeitsabhängig
und/oder zuladeabhängig erfolgen. Bei Hinterachsen wird das Sperrventil fahrgeschwindigkeitsabhängig
so verstellt, daß der Durchflußquerschnitt bei niedriger Fahrgeschwindigkeit seinen
Kleinstwert aufweist. Mit zunehmender Geschwindigkeit wird der Durchflußquerschnitt
kontinuierlich vergrößert bis er bei hoher Fahrgeschwindigkeit seinen ERistwert
aufweist. Bei niedriger Fahrgeschwindigkeit ergibt sich daher an der Hinterachse
bei schnelleren Fahrtrichtungsänderungen eine vergleichsweise große Rollmomentenabstützung
(Rollrückstellmoment), bei hoher Fahrgeschwindigkeit dagegen eine vergleichsweise
kleine Rollmomentenabstützung. Eine kleine Rollmomentenabstützung an der Hinterachse
bewirkt bekanntlich einen kleinen Achsschräglauf an dieser Achse und demzufolge
ein vergleichsweise starkes Untersteuern des Fahrzeuges. In entsprechender Weise
bewirkt eine große Rollmomentenabstützung an der Hinterachse bekanntlich einen großen
Achsschräglauf und demzufolge ein geringeres
Untersteuern oder
sogar ein neutrales Fahrverhalten des Fahrzeuges. Durch die getroffenen Steuermaßnahmen'ergibt
sich daher bei hohen Fahrgeschwindigkeiten infolge der bei schnellen Fahrtrichtungsänderungen
vorliegenden starken Untersteuerung ein "ungiftiges", d. h. nichtabruptes Ansprechen
auf Lenkradbewegungen.
-
Bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten folgt das Fahrzeug dagegen wegen
seines dann vorliegenden weniger untersteuerndenS mehr neutralen Fahrverhaltens
Lenkradbewegungen sehr willig und spontan.
-
Die gleichen Verhältnisse liegen natürlich auch bei schnellen Rollneigungsänderungen
vor. Bei langsam ablaufenden Richtungsänderungen wirkt sich die jeweilige Aussto-uerung
des Sperrventils im wesen lichen nicht aus, so daß sich das Fahrzeug in schnell
durchfahrenen, langgezogenen Autobahnkurven so verhalJs, als ob das Sperrventil
voll geöffnet wäre.
-
Die Verstellung des Sperrventils A kann zusätzlich auch zuladeabhängig
ausgestaltet werden oder erforderlichenfalls auch nur zuladeabhängig ausgestaltet
werden, wobei mit Vorteil der Hydraulikdruck der Hydraulikräume 22 bzw. der Ausgleichsleitung
3, der mit der Größe der Zuladung zunimmt und demzufolge ein Maß für die Zuladung
darstellt, zur Verstellung des Stellgliedes 6 herangezogen wird. Bei Hinterachsen
wird die zuladeabhängige Aussteuerung des Sperrventils 4 so gewählt, daß der Durchflußquerschnitt
bei Leerlast seinen Kleinstwert und - kontinuierlich mit der Zuladung zunehmend
- bei Vollast seinen Höchstwert aufweist. Bei Leerlast sind daher infolge der sich
ergebenden großen Rollmomentabstützung schnelle Falirtrichtungsänderungen gut beherrschbar,
da das Fahrzeug sich weitgehend neutral verhält.
-
Der sich bei konventionellen Fahrzeugen ergebenden Tendenz zur Übersteuerung
bei Vollast wird mit der durch die Drosselaussteuerung vorgenommenenVerringerung
der Rollmomentenabstützung entgegengewirkt, d. h. ein Ändern des Fahrverhaltens
vom Untersteuern in Richtung Übersteuern wird verhindert.
-
Mit Vorteil wird die Verstellung des Sperrventils 4 sowohl fahrgeschwindigkeitsabhängig
als auch zuladeabhängig ausgesteuert, so daß sich ein optimales Fahrverhalten ergibt.
-
Wenn eine entsprechend ausgerüstete hyEropneumatische Federung an
der Vorderachse des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist, dann müssen zur Erzielung des
vorbesohriebenen Eigenlenkverhaltens genau die entgegengesetzten Abhängigkeen hergestellt
werden, d. h. bei hoher lwahrgeschwindiakeit und/oder Vollast maß der Durchflußquerschnitt
des Sperrventins seinen Kleinstwert und bei niedriger Fahrgeschwindigkeit undJoder
leerlast seinen Höchstwert aufweisen.
-
Die in Figur 1 schematisch dargestellte hydropneumatische Federung
stellt nur eine mögliche Ausführungsform dar. Es ist z. B. auch möglich, die durch
den zylindrschen Teil 24 realisierte Stoßdämpferfunktion aus der hydropnennatischen
Federung herauszunehmen und durch ein hydraulisch mit dem HydrauliLraum 22 verbundenen
separaten Stoßdämpfer oder Federbein zu ersetzen. w/s ist natürlich auch möglich,
als hydropneumatische Penerelemente sogenannte selbstpumpende Federbeine einzusetzen
und jeweils einerseits die Hochdruckräume und andererseits die Niederdruc:sräume
der beiden selbstpumpenden Federbeine miteinander zu verbinden. In eine dieser beiden
Ausgleichsleitungen würde dann das fahrgeschwindigkeits- und/oder zuladeabhängig
verstellbare Sperrventil eingeschaltet werden.
-
In Figur 2 ist eine andere mögliche Variante der vorgeschlagenen hydropneumatischen
Federung schematisch dargestellt. Abweichend von der Anordnung gemäß Figur 1 wird
die hydropneumatische Abfederung bei dieser Anordnung durch einen einzigen achsmittig
angeordneten Druckgasraum 25 vorgenommen, der über die Ausgleichsleitung 3 mit an
den beiden Enden der Fahrzeugachse angeordneten Hydraulikräumen in Verbindung steht.
Ein beiden nicht weiter dargestellten Hydraulikräumen gemeinsamer Niveauregleranschluß
ist mit 5 beziffert und im Bereich des gemeinsamen Druckgasraumes 25 angeordnet.
Beidseitig davon ist je ein Sperrventil 41/42 in die Ausgleichsleitung eingeschaltet,
welche jedoch durch ein nicht weiter dargestelltes gennsames Stellglied verstellt
werden. Im wesentlichen stimmt die Funktionsweise einer derart ausgebildeten hydropneumatischen
Federung mit der einer Federung gemäß Figur 1 überein. Während jedoch bei der Anordnung
gemäß Figur 1
der die Unter- oder Ubersteuerneigung beeinflussende
Achsschrä&-lauf bei schneller Rollneigung hauptsächlich über die durch die Sperrventil-Aussteuerung
beeinflußten Druckgasraum-Federkräfte beeinflußt wurde, erfolgt die Beeinflussung
des Achsschräglaufes bei der in Figur 2 dargestellten Variante bei schneller Rollneigung
im wesentlichen durch die sich infolge der Sperrventil-Änderung ergebenden unterschiedlichen
Dämpferkräfte.
-
Leerseiteo