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Federung für Kraftfahrzeuge mit einer
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Niveauregeleinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Federung
für Kraftfahrzeuge mit einer Niveauregeleinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art gemäß dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 29 26 326.1).
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Um den Fahrzeugaufbau eines Kraftfahrzeuges weitgehend unabhängig
von der Fahrzeugbelastung in eine gewünschte Lage, insbesondere eine Horizontallage
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 Druckquelle oder mit
einem drucklosen Vorratsbehälter verbunden werden.
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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.
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mit Schraubenfedern, eingesetzt.
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Es ist z. B. einer hydropneumatische Federring dieser Art bekannt
(DE-OS 23 15 236), bei der in der die Hydraulikräume zweier achsendiger hydropneumatischer
Federn miteinander verbindenden Ausgleichsleitung ein als Zusatzfeder wirkender
hydropneumatischer Druckspeicher und ein Sperrventil angeordnet sind. Während der
Normalfahrt werden die beiden achsendigen als Federn wirkenden Druckgasräume der
hydropneumatischen Federn durch diesen zusätzlichen hydropneumatischen Druckspeicher
bezüglich ihrer Federwirkung unterstützt, so daß sich insgesamt eine weiche Federung
ergibt. Beim Auftreten von Horizontalkräften beim raschen Durchfahren 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.
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Bekannt ist es auch (DE-OS 25 58 641), den Stromungsquerschnitt eines
in die Ausgleichsleitung zweier hydropneumatischer Federelemente angeordneten Sperrventils
in Abhängigkeit von Druckunterschieden in den beiden hydropneumatischen Federelementen
zu verändern, um so die Rollneigung des Fahrzeuges zu verringern.
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Die Verstellung des Sperrventils tritt bei diesen bekannt Anordnungen
also immer erst ein, wenn bereits Rorizontalkräfte bzw.
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Druckunterschiede wirksam sind, d. h. erst dann, wenn der Fahrtrichtungswechsel
bereits eingeleitet worden ist und unabhängig davon, wie schnell das Fahrzeug fährt
uns wie schwer es beladen ist.
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Bekanntlich wird das Eigenlenkverhalten eines Kraftfahrzeuges aber
durch die 3eladung unter Umständen verhältnismaßig stark beeinflußt, und zwar in
der Weise, daß es mit zunehmender Beladung stärker zum Übersteuern 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 kurvenreicheren Strecken bei Überlandfahrten auftreten,
eine direktere Lenkwirkung mit gleichzeitig verkleinertem Lenkmoment (lenkwillig)
und bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, die beispielsweise beim Befahren von kurvenärmeren
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.
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Dem Hauptpatent liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydropneumatische
Federun 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.
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Diese Rufgabe wird gemäß dem Hauptpatent dadurch gelöst, daß der Durchflußquerschnitt
des Sperrventils selbsttätig fahrgeschwindigkeits und/oder zuladeabhängig verstellbar
ist. Das gewünschte Eigenlenkverhalten des Kraftfahrzeuges wird gemäß dem Hauptpatent
also dadurch erzielt, daß durch eine -fahrgeschwindigkeits und/oder lastabhängige
Drosselung der Ausgleichsleitung zwischen den beiden Hydraulikräumen der hydropneumatischen
Federung das Rollrückstellmoment der niveaugeregleten Achse verändert wird und zwar
bei Hinterachsen in der Weise, daß bei niedriger Fahrgeschwindigkeit und/ oder Leerlast
ein großes Rollrückstellmoment
und bei hoher Yahrgeschwindidkeit
und/oder Vollast ein kleines Rollrückstellmoment vorliegt. Ein kleines Rollrückstellnoment
bedeutet bekanntlich einen kleinen Achsschräglauf und ein großes Rollrückstellmoment
entsprechend einen großen Achsschräglauf. An der Hinterachse hat ein kleiner Achsschräglauf
ein starkes Untersteuern oder ein neutrales Verhalten zur Folge.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Verbesserung und Weiterbildung
der Federung gemäß dem Hauptpatent.
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Sie ist gekennzeichnet durch die Verwendung einer pneumatischen Federung.
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In der Zeichnung sind schematisch zwei Ausführungsbeispiele dargestellt,
die anhand der nachfolgenden Beschreibung-näher erläutert werden.
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Die in Figur 1 dargestellte Fahrzeugfederung weist zwei pneumatische
Federelemente 2 auf, von denen das eine dem rechten und das andere den linken Fahrzeugrad
1 zugeordnet ist. Die pneumatischen Federelemente enthalten im gezeigten Ausführungsbeispiel
jeweils einen als Feder wirkenden Luftfederbalg, der über einen Stoßdämpfer gestülpt
ist und dort auf- und abrollt. Der eigentliche Druckraum ist hierbai mit 21 und
der abrollende Dichtungsbalg mit 22 beziffert. Das Zylinderrohr 23 des Stoßdämpfers
ist mit dem im einzelnen nicht weiter dargestellten üblichen Radführungsglied verbunden,
während seine Kolbenstange 24 am Fahrzeugaufbau angelenkt ist. Es versteht sich,
daß die pneumatischen Federelemente 2 auch mit beispielsweise zusätzlichen Schraubenfedern
zusar:ienwirken können. Die Druckräume 21 der beiden pneumatischen Federelemente
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 3edarf entweder
mit einer Druckquelle, z. B. einem Kompressor, oder mit Atmoshärendruck verbunden
werden. Niveauregler und Druckquelle sind nicht weiter dargestellt.
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Über die Zu- bzw. Abteilungen 51 bzw. 52 wird den Druckräumen -21
in üblicher Weise so lange Druckluft zugeführt, bis das gewünschte Fahrzeugniveau
erreicht ist. Da im gezeigten Ausführungsbeispiel die Zuführung des Druckmediums
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. 3. 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 Fahrzeugseite.
Dieser Nachtei ließe sich jedoch vermeiden, wenn diese eine Zuleitung mittig in
das Sperrventil eingeleitet würde. Denkbar wäre es auch, die Steuerung des Sperrventils
4 derart vorzunehmen, daß das Ventil bei stehendem Fahrzeug, z. B. vor Fahrtantritt,
unabhängig von Beladung und/oder Fahrgeschwindigkeit während des Aufpumpvorgangs
voll geöffnet ist, so daß der jenseits des Sperrventils 4 liegende Druckraum ebenfalls
schnell aufgepumpt wird.
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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.
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hydraulische, pneumatisch hydropneumatische oder elektromechanische
Stellglieder eingesetzt werden.
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Durch die Verstellung des Sperrventils 4 wird auf den Querfluß des
Druckmediums von dem einen zum anderen Druckraum 21 der beiden pneumatischen Federelemente
2 eingewirkt. Bei voll geöffnetem Sperrventil kann das Druckmedium erforderlichenfalls
ungehindert vom einen zum anderen Druckraum fließen. Bei Rollneigung des Fahrzeuges
wird daher der Druckraum 21 des dem einfedernden Rad zugeordneten pneumatischen
Federelementes kaum weiter einfedern, weil das Druckmedium über die Ausgleichs leitung
3 und das voll geöffnete Sperrventil 4 ungehindert vom Druckraum 21 des dem einfedernden
Rad zugeordneten pneumatischen Federelementes zur SlruckrAi,rn des aus federnden
Rad zugeordneten pneumatischen Federelor;lerlt.eæ fließen kann. Ist das Sperrventil
4 dagegen so verstellt, daß der freigegebene Durchflußquerschnitt seinen Kleinstwert
aufweist, unter Umständen also fast geschlossen ist, dann wird der Druckraum 21
des dem einfedernden Rad zugeordneten pneumatischen Federelementes zwangsläufig
stärker zusammengedrückt, weil in diesem Falle das Druckmedium nur sehr langsam
aus dem Druckraum des dem einfedernden Rad zugeordneten pneumatischen 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 Rol]momentabstutzung. 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 des
Druckmediums 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 Alsgleichsleitung 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 pneumatische Federung - wie
üblich - an der Hinterachse oder an der.Vorderachse des Fahrzeuges vorgesehen ist.
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Die Veränderung des Durchflußquerschnitts 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 Höchstwert aufweist. Bei niedriger Fahrgeschwindigkeit ergibt sich daher
an-der Hinterachse bei schnelleren Fahrtrichtungsänderungen eine vergleichsweise
große Rollmomentenab stützung (Rollrückstellmoment), bei hoher Fahrgeschwindigkeit
dagegen eine vergleichsweise kleine Rollmomentenabstützung.
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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. nicht abruptes Ansprechen auf Lenkradbewegungen.
Bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten folgt das Fahrzeug dagegen wegen seines dann
vorliegenden weniger untersteuernden, 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 Aussteuerung des Sperrventils im wesentlichen nicht aus,
so daß sich das Fahrzeug in schnell durchfahrenen, langgezogenen Autobahnkurven
so verhält, als ob das Sperrventil voll geöffnet wäre.
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Die Verstellung des Sperrventils 4 kann zusätzlich auch zuladeabhängig
ausgestaltet werden oder erforderlichenfalls auch nur zuladeabhängig ausgestaltet
werden, wobei mit Vorteil der Druck in den Druckräumen 21 bzw. in 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 Fahrtrichtungsänderungen 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
vorgenommenen Verringerung der Rollmomentenabstützung entgegengewirkt, d. h. ein
Ändern des Fahrverhaltens vom Untersteuern in Richtung Ubersteuern wird verhindert.
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Mit Vorteil wird die Verstellung des Sperrventils 4 sowohl fahrgeschwindigkeitsabhängig
als auch zuladeabhängig ausgesteuert, so daß sich ein optimales Fahrverhalten ergibt.
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Wenn eine entsprechelld ausgerüstete pneumatische Federung an der
Vorderachse des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist, dann müssen zur Erzielung des vorbeschriebenen
Eigenlenkverhaltens genau die entgegengesetzten Abhängigkeiten hergestellt werden,
d. h. bei hoher Fahrgeschwindigkeit und/oder Vollast muß der Durchflußquerschnitt
des Sperrventils seinen Kleinstwert und bei niedriger Fahrgeschwindigkeit
und/oder
Leerlast seinen Höchstwert aufweisen.
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Die in Figur 1 schematisch dargestellte pneumatische Federung stellt
nur eine mögliche Ausführungsform dar. Es ist z. B. auch möglich, die Stoßdämpferfunktion
aus der pneumatischen Federung herauszunehmen und durch einen separaten Stoßdämpfer
oder Federbein zu ersetzen. Es ist natürlich auch möglich, als pneumatische Federelemente
sogenannte selbstpumpende Federbeine einzusetzen und jeweils einerseits die Hochdruckräume
und andererseits die Niederdruckräume der beiden selbstpumpenden Federbeine miteinander
zu verbinden. In eine dieser beiden Ausgleichsleitungen würde dann das fahrgeschwindigkeits-
und/oder zuladeabhängig verstellbare Sperrventil eingeschaltet werden.
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In Figur 2 ist eine andere mögliche Variante der vorgeschlagenen pneumatischen
Federung schematisch dargestellt. Abweichend von der Anordnung gemäß Figur 1 erfolgt
die Zufuhr des Druckmediums bei dieser Anordnung durch einen einzigen achsmittig
angeordneten gemeinsamen Niveaureleranschluß, der mit 5 beziffert ist. Beidseitig
davon ist je ein Sperrventil 41/42 in die Ausgleichsleitung eingeschaltet, welche
jedoch durch ein nicht weiter dargestelltes gemeinsames Stellglied verstellt werden.
Im wesentlichen stimmt die Funktionsweise einer derart ausgebildeten pneumatinchon
Federung mit der einer Federung gemaß Figur 1 überein.