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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft eine Federanordnung für Fahrzeuge mit je einem
Rad zugeordneten Federzylindern, deren Kolben mit Druckmittel zur Abstützung der
Radbelastung beaufschlagt sind.
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Grundsätzlich sollen Federsysteme für Fahrzeuge ein weiches Ansprechverhalten,
also eine verhältnismäßig kleine Federkonstante aufweisen, um auftretende Bodenunebenheiten
durch entsprechende Ein- und Ausfederbewegungen der die Räder abstützenden Federelemente
aus zur gleichen.
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Darüber soll die Federanardnung mit einer Niveauregulierung versehen
sein, mit der das Fahrzeug auch bei sehr unterschiedlichen Belastungen der einzelnen
Rader in einer bestimmten räumlichen Lage einstellbar ist, indem die Verkürzung
eines Federelements durch einen höheren Druck ausgeglichen wird. Durch den höheren
Druck vergrößert sich jedoch die Federkonstante, so daß das Federungsverhalten verschlechtert
wird.
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Mit Niveauregulierungen versehene Federelemente in Form von hydraulischen,
pneumatischen oder hydropneumatIschen Arbeitszylindern sind in verschiedenen Bauformen
bekannt. Beispielsweise ist der Druckraum oberhalb des Arbeitskolbens durch einen
zweiten Kolben oder eine Membran in zwei Räume unterteilt, von denen der dem Arbeitskolben
zugekehrte Raum mit Stoßdämpferflüssigkeit und der andere Raum mit einem Druckgas
gefüllt ist. Die Niveauregulierung kann entweder durch Drucksteuerung des Gasspeichers
oder durch Änderung des hydraulischer Drucks im Druckraum erfolgen.
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Bei solchen Systemen ist es auch bekannt, eine bei Kurventahrt des
Fahrzeuges durch die Zentrifugalkraft entstehende Schräglage, sowie das beim Abbremsen
des Fahrzeugs auftretende Eintauchen des vorderen Fahrzeugteils mit der Niveauregulierung
auszugleichen, indem abhängig von die räumliche Fahrzeuglage erfassenden Gebern
der auf den Arbeitskolben des Federelements wirkend Druck verändert wird und die
,o der Schräglage bzw. Neigung des Fahrzeuges herrührende Verkürzung des Federelements
ausgeglichen ist. Die bekannten Federsysteme benötigen einen erheblichen Bauaufwand
in Form von mehreren Kolben, teleskopisch angeordneten Zylinderrchren md entsprechenden,
gegebenenfalls mit Ventilen versehenen Ein- und Auslässen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin,
eine Federanordnung mit Niveauregulierung für Fahrzeuge zu schaffen, die ein verbessertes
Federungsxserhalten besitzt und bei der der Bauaufwand erheblich verringert ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Erfindungsgemäß sind somit alle zur Abstützung der Radbelastungen
des Fahrzeugs dienender Zylinderräume der Arbeitszylinder miteinander verbunden.
Sind alle Zylinder gleich groß, so haben sie die gleiche Belastung und n jedem Zylinaevraum
herrscht der gleiche Druck.
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Federt nun ein Federzylinder beim Uberfahren eines Bodenhindernisses
ein, so strömt das von diesem Kolben verdrängte Druckmittel in die Zylinderräume
der anderen Federzylinder, von denen jeder einzelne eine Ausfederbewegung von entsprechend
kleinerem Hub ausführt. Insgesamt ble~angert dabei das Fahrzeug seine Lage nur geringfügig
Infolge
der Verbindung der Zylinderräume untereinander ergibt sich für die Federkonstante
des einzelnen Zylinders ein Wert, der gleich der Federkonstante aller Federzylinder
des Fahrzeuges geteilt durch die Anzahl der Zylinder ist. Bei vier Federzylindern
beträgt somit die Federkonstante des Einzelzyliders nur ein Viertei der Federkonstante
aller vier Zylinder. Die erfindungsgemäße Federung zeichnet sich somit durch ein
sehr weiches Ansprechverhalten aus Zum Belastungsausgleich, also zur Steuerung der
Fahrzeugneigung undloder der Schräglage sowie zum Ausgleich einer ungleichen Lastverteilunq
an den einzelnen Rädern dient das Zusatzfedersystem, mit dem die den miteinander
verbundenen Zylinderräumen der einzelnen Federzylinder gegenüberliegenden Zylinderräume
individuell druckgesteuert werden. Durch Einstellung der Druckwerte in den einzelnen
Zylinderräumen kann eine ungleiche Lastverteilung an den einzelnen Rädern kompensiert
werden und kann das Fahrzeug beim Fahren aus einer Schräglage oder einer geneigten
Lage aufgerichtet werden.
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Erfindungsgemäß ist also eine Niveauregulierung vorgesehen, die auf
alle Federzylinder gemeinsam wirkt, während jedem einzelnen Federzylinder eine Druckregelung
zum Ausgleich von verschiedenen, auf das einzelne Rad wirkenden Belastungen überlagert
ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung
näher erläutert, in der eine schematische Darstellung eines gekoppelten Federsystems
mit zusätzlicher Einzelfederung dargestellt ist.
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In der Zeichnung sind vier Federzylinder 10,20,30,40 dargestellt,
die gehäuseseitig mit dem Fahrzeug und kolbenseitig mit je einem nicht dargestellten
Rad über eine ebenfalls nicht dargestellte Schwinge in bekannter Weise gelenkig
verbunden sind. Alle Zylinderräume 11, 21,31 und 41 zusammen mit einem Speicher
51 stehen aber eine gemeinsame leitung 50 miteinander in Verbindung und önne über
ein Schaltventil 52 und einer 53 Steuereinrichtun alt Druckmittel gefüllt werden.
Die Leitung 5 mit hren Anschlüssen an die Arbeitszylinder weist einen natürlichen
Strömungswiderstand auf. Falls dieser zur dämpfung des zwischen den Zylinderräumen
11,21,31 und 41 sowie dem Speicher 51 fließenden Strömungsmittels nicht ausreicht,
können besondere den Zylindern zugehörige Drosseln 12,22,32,42 und eine dem Speicher
51 zugehörige Drossel 54 vorgesehen sein.
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Die gegenüberliegenden Zylinderräume 13,23,33,43 sind jeweils für
sich mit einem Speicher 14,24,34,44 und über je ein Schaltventil 15,25,35,45 mit
der Steuereinrichtung 53 verbunden. In der Verbindungsleitung drossel zum Speicher
bzw. dem Schaltventil kann eine Dämpfungs-:6,26,36,46 vorgesehen sein.
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Eine Pumpe 55 fördert Druckmittel über ein Rückschlagventil 56 in
einen Speicher 57, der mit der Steuereinrichtung 53 verbunden ist. Ist der Speicher
57 geladen, so läuft das von der Pumpe geförderte Strömungsmittel über ein Umlaufventil
58 zum Tank zurück. Die Pumpe 55 mit dem Umlaufventil 58 kann such durch eine Verstellpumpe
ersetzt werden.
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Das dargestellte Federsystem arbeitet wie folgt: Zum Einstellen der
odefreiheit des Fahrzeuges wird das Ventil 52 geöffnet und Druckmittel in die Zylinderräume
1.1,21,31,41 geleitet. Mit diesem Druck wird der
auf jedes Rad entfallende
Anteil der Fahrzeuglast abqestütztv a in den miteinander verbundenen Zylinderräumen
11,21,31,41 stets der qleiche Druck herrscht, sind bei gleich großen Zylinderdurchmessern
auch die Abstützkräfte in jede¢ Zylinder gleich. Diese Abstutzkräfte lassen sich
durch Wahl eines geeigneten Zylinderdurchmessers verändern, so daß beispielsweise
für die Hinterräder des Fahrzeuges größere Arbeitszylinder vorgesehen sind. Nach
Einstellen der Bodenfreiheit wird das Ventil 52 geschlossen.
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Ist das Fahrzeug ungleickäßig beladen, oder gerät das T?anrzeug beim
Durchfahren von Kurven in eine Schräglage oder neigt sich beim Abbremsen bzw. Beschleunigen,
so haben die einzelnen Federzylinder unterschiedliche Radbelastungen abzustützen.
Zum Ausgleich dieser unterschiedlichen Radbelastungen ist die über die Schaltventile
15,25,35,45 erfolgende Drucksteuerung der Zylinderräume 13,23,33,43 jedes einzelnen
Federzylinders vorgesehen. Jeder Kolben 17,27,37,47 steht somit unter einem Gegendruck
im Zylinderraum 13,23,33,43, der individuell für jeden Zylinder vom zugehörigen
Schaltventil über die Steuereinrichtung 53 einstellbar ist.
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Ist beispielsweise die auf den Federzylinder 30 wirken-Se 7kraft infolge
einer ungleIchmäßiger Beladung des s3h.rzouges größer, so führt die zu einer Verkürzung
des Federzylinders 30. Durch Druckentlastung im Zylinderraum 33, der kurzzeitig
über das Schaltventil 35 und die Steuereinrichtung 53 mit dem Tank verbunden wird,
kann der Druck in 33 so weit abgesenkt werden, daß der Kolben 34 ausfahrt und die
Verkürzung ausgeglichen wird. Es können auch die Drücke in den Zylinderräumen 13,23,43
der anderen Zylinder entsprechend erhöht werden, bis
das Fahrzeug
eine vorbestimmte Lage einnimmt, d.h. auch bei unterschiedlichen Radbelastungen
vorzugsweise waagrecht ausgerichtet ist. Hat sich dabei die Bodenfreihellt des fahrzeuges
;insgesamt verändert, so wird diese durch Aussperren des Ventils 52 korrigiert.
Die Ausrichtung des Fahrzeuges sowie die Bodenfreiheit wird von bekannter Gebern
erfaßt.
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In der Zeichnung ist schematisch dargestellt, daß eine Gebervorrichtung
60 mit der Steuereinrichtung 53 verbunden ist. Die von der ebereinrichtung 60 gelieferten,
die räumliche Lage des Fahrzeuges kennzeichnenden Signale werden in di Steuereinrichtung
53 in Schaltsignale umgesetzt, welche die Schaltventile 15,25,35, 45 ansteuern,
wobei die Steuereinrichtung die zu den Schaltventilen führenden Leitungen 18,28,38,48
entweder mit der Druckmittelquelle oder mit dem Tank verbindet.
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Dies ist im einzelnen nicht dargestellt, da es sich um oekannce Elemente
handelt Vorteilhafterweise sind alle Speicher 14,24,34,44, Drosseln 16,26,36,46
und Schaltventile 15,25,35,45 gemeinsam in der Steuereinrichtung 53 untergebracht.
Die Gebervorrichtung kann z.B. jedem Zylinder zugeordnete, deren Verkürzung bzw.
Verlängerung messende Mittel umfassen Wird eine Kurve durchfahren,,so werden sich
die äuf der Außenseite des Fahrzeuges befindlichen Federwege der Arbeitszylinder
verkürzen. Die Schräglage des Fahrzeugs läßt sich ebenfalls durch bekannte Geber,
beispielsweise von Pendelschaltern erfassen. Demzufolge werden die von den Schaltventilen
der außenliegenden Arbeitszylinder gesteuerten Zylinderräume druckentlastet, bis
sich das Fahrzeug aufrIchtet. Kehrt nach Durch fahren der Kurve das Fahrzeug in
die aufrechte Lage zurück, so öffnen die entsprechenden Schaltventile, um die Zyllnderräume
mit der Druckmittelquelle zu verbinden, bis sich der anfängliche Druck wieder eingestellt
hat.
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Eine entsprechende Drucksteuerung der einzelnen Zylinderräume erfolgt
auch beim Bremsen bzw. Beschleunigen des Fahrzeuges, wenn sich das Fahrzeug um seine
Querachse neigt. Auch diese Neigung kann von geeigneten Gebern erfaßt werden.
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Durch die zusätzliche Einzelfederung der Zylinder werden auf diese
Weise die Fahrzeugneigung und Schräglage ausgeglichen und eine ungleiche Lastverteilung
kompensiert. Falls beim Uberfahren eines Bodenhindernisses nur ein Zylinder einfedert,
so muß die von ihm verdrängte Strömungsmittelmenge in den Speicher 51 und in die
anderen Zylinder einströmen. Hieraus ergibt sich: Federr das eine Rad ein, sc federn
die restlichen drei Räder in Gegentakt aus. Die Lage des Fahrzeunahezu ges bleibt
somit unverändert erhalten. Das Ansprechverhalten des einzelnen Federzylinders im
Vergleich zur Gesamtfederung ist sehr weich, da die Federsteife C des Einzelrades
bei vier Rädern nur ein Viertel der Federsteife Ctot aller Räder beträgt. Dies wird
durch die gemeinsame Verbindung aller Zylinderräume 11,21, 31,41 erreicht.
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Mit anderen Worten ergibt sich ein sehr weiches Ansprechverhalten
durch die Verringerung der Federkonstante.
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Diese dynamische Lastverteilung bewirkt eine gleichmäßige Verteilung
der dynamischen Einzelbelastung auf alle vier Räder. Dabei folgt das einzelne Rad
viermal so stich dynamisch einem Hindernis, wie alle vier Räder einem Hindernis.
Die Federdämpfung wird durch den Strömungswiderstand der Leitung 50 bzw. durch die
Drosseln bestimmt. Das Speichervolumen 51 ist etwa gleich dem Volumen aller Zylinderräume
11,21,31,41.
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Bei dieser Betrachtung ist außer Acht gelassen, daß die Federkonstante
jedes einzelnen Federzylinders durch die individuelle Drucksteuerung in den Zylinderräumen
13,23, 33,43 im Sinne einer steiferen Federkonstante beeinflußt wird. Die gekoppelte
Federsteife jedes einzelnen Federzylinders läßt sich aber durch die Größe der Speicher
14,24,34,44 so bestimmen, daß sich die Federsteife des gekoppelten Systems nur unwesentlich
ändert.
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Auch der Ladedruck des Speichers läßt sich verändern, so daß durch
die Größe und den Ladedruck des Speichers die Federung optimiert werden kann, indem
der individuelle Druck in den Zylinderräumen 13 usw. so eingestellt wird, daß das
gewünschte Fahrzeugverhalten bei einer kleinen Federsteife erzielt wird.
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Es kann auch in Betracht gezogen werden, beim Uberfahren einer Bodenunebenheit
den Druck im zugehörigen Zylinderraum zu ändern. Falls beispielsweise von einem
vor dem Rad angeordneten Geber ein Loch erfaßt wird, das zu einem Ausfedern führen
würde, so kann über das zugehörige Schaltventil 15,25,35 oder 45 der zugehörige
Zylinderraum druckentlastet werden, um dadurch die Ausfederbewegung zu unterstützen.
Damit wird die Federsteife des einzelnen Zylinders noch weiter herabgesetzt, sc
daß das System allen Bodenunebenheiten noch besser zu folgen vermag und der Fahrkomfort
verbessert wird.