DE3308011A1

DE3308011A1 - Aktives federungssystem

Info

Publication number: DE3308011A1
Application number: DE19833308011
Authority: DE
Inventors: Dieter Braun; Herbert 7000 Stuttgart Mehren
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-03-07
Filing date: 1983-03-07
Publication date: 1984-09-13
Also published as: US4589675A; JPS59167309A; DE3308011C2; GB2139162B; GB8404901D0; GB2139162A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 14 642/4 Stuttgart-Untertürkheim

Aktives Federungssystem

Die Erfindung betrifft ein aktives Federungssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit hydraulischem, vorzugsweise als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildetem, statische sowie dynamische Belastungen aufnehmendem Abstützsystem sowie mit einer programmgesteuerten Regelvorrichtung, welche dem Druck in mindestens einer beim Ausfedern expandierenden sowie einer weiteren beim Einfedern expandierenden Hydraulikkammer der Abstützvorrichtung in Abhängigkeit von Betriebsbzw. Fahrzuständen steuert.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Radaufhängungen, bei denen die vertikalen Radbewegungen beim Ein- bzw. Ausfedern entweder durch Stoßdämpfer oder, bei hydropneumatisehen Federbeinen, durch hydraulische oder pneumatische Drosselstellen gedämpft werden, indem die vertikale Bewegungsenergie des Rades in Wärmeenergie umgesetzt wird und verlorengeht, um die Radlastschwankungen mehr oder weniger gut auszugleichen, werden bei aktiven Federungssystemen die Fahrbahnunebenheiten durch ein Regelungssystem erkannt, welches eine z.B. hydraulische Abstützvorrichtung nach einem vorzugebenden Programm aktiv derart steuert, daß die vertikalen Bewegungen des Rades den Fahrbahnunebenheiten angepaßt und somit einerseits eine verbesserte Bodenhaftung unter Erhöhung der Sicherheit und andererseits eine Dämpfung der Bewegungen"des Fahrzeugaufbaues unter Erhöhung des Fahrkomforts erreicht werden.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein aktives Federungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich einerseits durch konstruktive Einfachheit und andererseits dadurch auszeichnet, daß insbesondere die Regelungsvorrichtung sowie deren Programm für unterschiedliche Fahrzeugtypen geeignet bzw. leicht anpaßbar ausgebildet sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine erste beim Ausfedern expandierende Kammer des Abstützsystemes mit einem im wesentlichen vom Kammervolumen unabhängigen, konstanten Druck zur Kompensation der statischen Belastung beaufschlagbar ist und die Regelvorrichtung die Drucke in zwei weiteren Kammern regelt, welche bei Federungshüben gleiche Volumensänderungen' erfahren und von denen die eine beim Ausfedern und die andere beim Einfedern expandiert.

Die Erfindung zeichnet sich also dadurch aus, daß die statischen Belastungen, welche ausschließlich durch die gefederte Masse hervorgerufen werden, von gesonderten hydraulischen Komponenten des Abstützsystemes aufgenommen werden und daher bei der Beeinflussung der Federungshübe bzw. der Vertikalbewegungen der Räder eines Fahrzeuges unberücksichtigt bleiben können. Insbesondere läßt sich erreichen, daß die Stellbefehle der Regelvorrichtung in definierte und reproduzierbare Hübe des Federungssystemes bzw. der Räder umgesetzt werden, da die beim Einfedern expandierende Kammer sowie die beim Ausfedern expandierende Kammer derart bemessen sind, daß bei einander entsprechenden Druckunterschieden in diesen Kammern sowohl in Einfeder- als auch in Ausfederrichtung gleich große Stellgeschwindigkeiten und Stellkräfte erreicht werden.

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Gemäß einer konstruktiv bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind als Abstützorgane des Abstützsystemes zwei Kolben-Zylinder-Aggregate mit beidseitig beaufschlagbaren Kolben unterschiedlichen Querschnittes mit jeweils der Kolbenstange zugewandter kleinerer und von der Kolbenstange abgewandter größerer Wirkfläche derart angeordnet, daß die kleinere Wirkfläche des im Querschnitt größeren ersten Kolbens gleich groß wie die größere Wirkfläche des anderen Kolbens ist; dabei ist des weiteren vorgesehen, daß die der größeren Wirkfläche des ersten Kolbens zugeordnete Kammer im ersten Kolben-Zylinder-Aggregat sowie die dazu parallelgeschaltete, der kleineren Wirkfläche des anderen Kolbens zugeordnete Kammer im anderen Kolben-Zylinder-Aggregat mit dem konstanten Druck beaufschlagt sind und die Steuervorrichtung die wechselnden, gegebenenfalls voneinander abweichenden Drucke in den beiden übrigen Kammern (welche gleich großen Wirkflächen der Kolben zugeordnet sind) der Kolben-Zylinder-Aggregate bestimmt. Durch die Anordnung zweier Kolben-Zylinder-Aggregate wird eine konstruktive Vereinfachung erreicht, da geeignet bemessene, handelsübliche Normalteile einfacher Bauart verwendbar sind. Außerdem läßt sich auch bei großen zulässigen Federungshüben eine geringe Bauhöhe erreichen, welche nur wenig größer als der zulässige Federungshub ist.

Zur Aufnahme der statischen Belastungen kann eine durch ein einstellbares Druckbegrenzungsventil sowie eine Druckquelle, beispielsweise Pumpe od.dgl., gebildete Konstant-Druck-Quelle mit zwischen derselben und dem Abstützsystem angeschlossenem Speicher angeordnet sein, welcher vor allem zur Vermeidung von Druckspitzen dient, welche andernfalls aufgrund dynamischer Effekte beim Ein- und Ausfedern entstehen könnten.

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Die den beiden gleich großen Kolbenwirkflächen zugeordneten Kammern können jeweils über eine Leitung mit einer von der Regelvorrichtung gesteuerten Umschaltvorrichtung verbunden sein, welche einerseits die beiden Leitungen miteinander - gegebenenfalls gedrosselt zu verbi-nden und/oder abzusperren und andererseits jeweils eine Leitung bei gleichzeitiger Druckentlastung der jeweils anderen Leitung an eine Druckquelle anzuschließen gestattet. Damit kann die Regelungsvorrichtung in einfacher Weise Federungshübe in einander entgegengesetzten Richtungen auslösen bzw. beeinflussen und das Federungssystem in eine vorgegebene, von Sensoren überwachte Mittelstellung zurückführen bzw. in dieser Stellung festhalten.

Als Umschaltvorrichtung ist bevorzugt ein mit einem Hydraulikreservoir sowie einer Druckquelle bzw. Pumpe gekoppeltes Umschaltorgan, z.B. Schieber od.dgl., angeordnet, welches zwischen Stellungen, bei denen jeweils die eine Leitung mit dem Reservoir und die andere Leitung mit der Druckquelle verbunden ist, und Stellungen umschaltbar ist, bei denen die Leitungen abgesperrt und/oder miteinander, gegebenenfalls unter Drosselung, verbunden sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisiert dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Radaufhängung

in Fahrzeuglängsrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht dieser Radaufhängung und Fig. 3 ein Schaltbild der Abstützvorrichtung mit zugeordneter Regelvorrichtung.

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Mittels zweier Kolben-Zylinder-Aggregate 1 und 2 ist ein an Lagerböcken 3 um eine zur Fahrzeuglängsachse etwa parallele Schwenkachse beweglicher Dreiecksquerlenker 4, welcher in bekannter Weise zur Führung eines Rades dient, vertikal gegenüber dem Fahrzeugaufbau 5 abgestützt. Im dargestellten Beispiel sind dabei die Zylinder der Kolben-Zylinder-Aggregate 1 und 2 am Aufbau 5 angelenkt, während die zugehörigen Kolben 1' und 2' mittels Kolbenstangen 6 und 7 am Dreiecksquerlenker 4 gelenkig angeordnet sind.

Innerhalb der Zylinder der Kolben-Zylinder-Aggregate und 2 sind jeweils eine der oberen Stirnseite bzw. Wirkfläche der Kolben 1¹ bzw. 2¹ angeordnete Kammer 8 bzw. 9 sowie jeweils eine der unteren Stirnseite bzw.

Wirkfläche der Kolben 1' bzw. 2' zugeordnete Kammer bzw. 11 angeordnet. Bei dieser Anordnung ist die jeweils obere Wirkfläche der Kolben 1¹ und 2' um das Maß des Querschnittes der zugehörigen Kolbenstange 6 bzw. 7 größer als die jeweils untere Wirkfläche. Im übrigen sind die Querschnitte der Kolben-Zylinder-Aggregate 1 und 2 so bemessen, daß die untere, ringförmige Wirkfläche des Kolbens 1' gleiche Größe wie die obere Wirkfläche des Kolbens 2' hat.

Die mittels einer Leitung 12 parallelgeschalteten Kammern 8 und 11 sind mittels einer Leitung 13, an die ein Speicher 14 angeschlossen ist, über eine einstellbare Drossel 15 mit einer Konstant-Druck-Quelle 16 verbunden, welche durch eine zur Druckerzeugung dienende Pumpe 16" sowie ein zur Einstellung des Druckes dienendes Druckbegrenzungsventil 16" gebildet wird, das ebenso wie die Pumpe 16' mit einem Reservoir 17 für Hydraulikmedium verbunden ist.

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Da die obere Wirkfläche des Kolbens 1'um die Summe der Querschnitte der Kolbenstangen 6 und 7 größer ist als die untere Wirkfläche des Kolbens 2', wird durch den von der Konstant-Druck-Quelle 16 erzeugten Druck in den Kammern 8 und 11 eine resultierende Kraft erzeugt, welche den Dreiecksquerlenker im Sinne eines Ausfederns zu schwenken sucht. Der von der Konstant-Druck-Quelle 16 erzeugte Druck ist dabei so bemessen, daß die durch den Fahrzeugaufbau 5 erzeugten statischen Belastungen kompensiert bzw. nur ganz geringfügig überkompensiert werden. Dieser Druck wird sowohl beim Ein- als auch beim Ausfedern

annähernd unverändert aufrechterhalten, indem einerseits der Speicher 14 kurzzeitige DruckSchwankungen ausgleicht und andererseits die Pumpe 16' beim Ausfedern Hydraulikmedium in die Leitung 13 nachführt bzw. das Druckbegrenzungsventil 16" beim Einfedern öffnet.

Die untere Kammer 10 des Kolben-Zylinder-Aggregates sowie die obere Kammer 9 des Kolben-Zylinder-Aggregates - diese Kammern 9 und 10 sind jeweils gleich großen Kolbenwirkflächen zugeordnet - sind über Leitungen und 19, zwischen denen ein Differenzdruckmesser 20 angeordnet ist, jeweils separat mit einem Umschaltorgan 21 verbunden, welches als Schieberventil ausgebildet und mittels eines Reglers 22 steuerbar ist, der unter anderem die von dem als Istwertgeber geschalteten Differenzdruckmesser 20 erzeugten Signale auswertet. Im übrigen kann der Regler 2 2 weitere Eingangssignale von nicht dargestellten Sensoren erhalten, die Fahrbahnunebenhexten und/oder Abweichungen des Dreiecksquerlenkers 4 von seiner Mittellage registrieren.

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Der Schieber 21' des Umschaltorganes 21 gestattet es in seinen beiden Endlagen, jeweils eine der Leitungen 18 und 19 mit einer Druckquelle bzw. Pumpe 23 und die jeweils andere dieser Leitungen und 19 unter Entlastung mit einem Hydraulikreservoir zu verbinden, so daß entweder die Kammer 9 des Kolben-Zylinder-Aggregates 2 unter gleichzeitiger Druckentlastung der Kammer 10 des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 zur Erzeugung eines Ausfederungshubes des Dreiecksquerlenkers 4 mit Druck beaufschlagt wird oder die Kammer 10 des Kolben-Zylinder-Aggregates unter gleichzeitiger Druckentlastung der Kammer 9 des Kolben-Zylinder-Aggregates 2 zur Erzeugung eines Einfederungshubes unter Druck gesetzt wird.

In Mittelstellungen des Schiebers 21' können die Leitungen 18 und 19 - gegebenenfalls mit Drosselwirkung - wie dargestellt miteinander verbunden sein. Stattdessen oder zusätzlich sind auch Stellungen möglich, bei denen die Leitungen 18 und 19 jeweils abgesperrt werden.

Somit ist der Regler 22 in der Lage, in Abhängigkeit von Eingangssignalen, insbesondere in Abhängigkeit der vom Differenzdruckmesser 20 erzeugten Signale das Umschaltorgan 21 derart zu steuern, daß der Dreiecksquerlenker 4 zum Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten zwangsgesteuerte Aufwärts- bzw. Abwärtsschwenkungen ausführt bzw. in seine Mittellage gebracht oder in derselben gehalten wird.

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Gegebenenfalls kann der Regler 22, etwa beim Fahrzeugstillstand, auch das Druckbegrenzungsventil 16" entsprechend der jeweiligen statischen Belastung,
d.h. entsprechend dem jeweiligen Gewicht des Fahrzeugaufbaues 5, einstellen. Stattdessen kann diese Einstellung auch über gesonderte, etwa zwischen Fahrzeugaufbau 5 und Dreiecksquerlenker 4 angeordnete
Stellorgane 25 erfolgen, welche auf Abweichungen des Dreiecksquerlenkers 4 von seiner Mittellage, gegebenenfalls mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, ansprechen.

- Leerseite -

Claims

Ansprüche

1J Aktives Federungssystem - insbesondere für Kraftfahrzeuge - mit hydraulischem, vorzugsweise als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildetem, statische sowie dynamische Belastungen aufnehmendem Abstützsystem sowie mit einer programmgesteuerten Regelvorrichtung, welche den Druck in mindestens einer beim Ausfedern expandierenden sowie einer weiteren beim Einfedern expandierenden Hydraulikkammer der Abstützvorrichtung in Abhängigkeit von Betriebs- bzw. Fahrzuständen steuert, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste beim Ausfedern expandierende Kammer (8) des Abstützsystemes (1,2) mit einem im wesentlichen vom Kammervolumen unabhängigen, konstanten Druck zur Kompensation der statischen Belastung beaufschlagbar ist und die Regelvorrichtung (21,22) die Drucke in zwei weiteren Kammern (9,10) regelt, welche bei . Federungshüben gleiche Volumensänderungen erfahren und von denen die eine beim Ausfedern und die andere beim Einfedern expandiert.
2. Aktives Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstützorgane des Abstützsystemes zwei Kolben-Zylinder-Aggregate (1,2) mit beidseitig beaufschlagbaren Kolben (1',2') unterschiedlichen Querschnittes mit jeweils der Kolbenstange zugewandter kleinerer und von der Kolbenstange abgewandter größerer Wirkfläche angeordnet

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sind und die kleinere Wirkfläche des im Querschnitt größeren ersten Kolbens (1¹) gleiche Größe wie die größere Wirkfläche des anderen Kolbens (2¹) aufweist, und daß die der größeren Wirkfläche des ersten Kolbens (1) zugeordnete Kammer (8) im ersten Kolben-Zylinder-Aggregat (1) sowie die dazu parallelgeschaltete, der kleineren Wirkfläche des anderen Kolbens (2¹) zugeordnete Kammer (11) im anderen Kolben-Zylinder-Aggregat (2) mit dem konstanten Druck beaufschlagt sind und die Regelvorrichtung (21,22) die wechselnden, gegebenenfalls voneinander abweichenden Drucke in den übrigen Kammern (9,10) der Kolben-Zylinder-Aggregate (1,2) bestimmt.
3. Aktives Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch ein einstellbares Druckbegrenzungsventil (16") und eine Druckquelle, wie Pumpe (16') od.dgl., gebildete Konstant-Druck-Quelle (16) mit zwischen derselben und dem Abstützsystem (1,2) angeschlossenem Speicher (14) angeordnet ist.
4. Aktives Federungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (13) des Abstützsystemes (1,2) zur Konstant-Druck-Quelle (16) zwischen derselben und dem Speicher (14) eine einstellbare Drossel (15) angeordnet ist.
5. Aktives Federungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den gleich großen Kolbenwirkflächen zugeordneten Kammern (9,10) jeweils über eine Leitung (18,19) mit einer von der Regelvorrichtung (22) gesteuerten Umschaltvorrichtung (21) verbunden sind, die einerseits die

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beiden Leitungen miteinander - gegebenenfalls gedrosselt - zu verbinden und/oder abzusperren und andererseits jeweils eine Leitung (18,19) bei gleichzeitiger Druckentlastung der jeweils anderen Leitung (19,18) an eine Druckquelle (23) anzuschließen gestattet.
6. Aktives Federungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Umschaltvorrichtung ein mit einem Hydraulikreservoir (24) sowie einer Druckquelle (23) bzw. Pumpe gekoppeltes Umschaltorgan (21), z.B. Schieber (21') od.dgl., angeordnet ist, welches zwischen Stellungen, bei denen jeweils die eine Leitung (18,19) mit dem Hydraulikreservoir

IS (24) und die andere Leitung mit der Druckquelle (23) verbunden ist, und Stellungen umschaltbar ist, bei denen die Leitungen (18,19) abgesperrt und/oder miteinander verbunden sind.
7. Aktives Pederungssystem nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den den gleich großen Kolbenwirkflächen zugeordneten Kammern (9,10) ein Differenzdruckmesser (20) der Regelvorrichtung (22) als Istwertgeber angeordnet ist.