DE3420666A1 - Niveauregeleinrichtung fuer fahrzeuge mit mindestens einem hydraulischen schwingungsdaempfer - Google Patents

Niveauregeleinrichtung fuer fahrzeuge mit mindestens einem hydraulischen schwingungsdaempfer

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DE3420666A1
DE3420666A1 DE19843420666 DE3420666A DE3420666A1 DE 3420666 A1 DE3420666 A1 DE 3420666A1 DE 19843420666 DE19843420666 DE 19843420666 DE 3420666 A DE3420666 A DE 3420666A DE 3420666 A1 DE3420666 A1 DE 3420666A1
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Rolf Dr.-Ing. 8770 Lohr Neuhaus
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Description

  • BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Niveauregeleinrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einem hydraulischen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Es sind Niveauregeleinrichtungen bekannt, die einen erheblichen Bauaufwand bedingen und ferner Xnderungen und Abwandlungen der Abstützung der Achsen am Wagenkasten erforderlich machen. Dies trifft auch für die Niveaugeber zu, welche die Position des Wagenkastens gegenüber der Fahrzeugachse messen.
  • Als Niveaugeber zur kontinuierlichen Positionsmessung sind optische, induktive, potentiometrische und Ultraschall-Sensoren bekannt. In der Regel messen sie über eine Hebelübersetzung den Weg des Federbeins. Dabei kann die Drehbewegung des Hebelsystems gemessen oder der durch eine Hebelübersetzung untersetzte Hubweg direkt gemessen werden (DE-OS 26 46 547).
  • Hallsensoren sowie Feldplatten-Differential-Fühler zur Positionserfassung von weichmagnetischem Material sind ebenfalls bekannt und dienen zum Umsetzen kleiner Wegstrecken in elektrische Signale, beispielsweise zum Erfassen von Drehzahlen von Zahnrädern oder Positionsgebern. Bei Verwendung eines Hallsensors zur Abtastung der Bewegung einer Kolbenstange ist es bekannt (Parkertronics), in der Kolbenstange zur digitalen Abtastung in Abständen Rillen einzubringen. Bei hohen Geschwindigkeiten der Kolbenstange von bis zu 4m/s ist bei der digitalen Abtastung die von der Auswerteelektronik des Elallsensors zu verarbeitende Datenmenge so hoch, daß ein Verzäh).en der Elektronik nicht auszuschlieBen ist.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Niveauregeleinrichtung so auszubilden, daß der Geräteaufwand verringert ist und insbesondere für den Niveaugeber eine einfache, zuverlässige und optimale Anordnung getroffen ist.
  • Die Aufgabe ist mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Erfindungsgemäß ist somit der Niveaugeber am Federbein bzw. am Schwingungsdämpfer integriert angeordnet. Zwischen der Kolben stange des Schwingungsdämpfers und unter der Schutzkappe des Federbeins sowie unterhalb des Gummipuffers des Federbeins läßt sich der Niveaugeber optimal anordnen. Das für die Unterbringung von Hallsensoren erforderliche Gehäuse ist unmittelbar auf das Zylinderende aufgesetzt und weist eine flache Bauweise auf, so daß der Federweg des Schwingungsdämpfers kaum verringert ist. Das Gehäuse des Niveaugebers kann axiale Stoßkräfte übertragen, wenn beim Überfahren von Kanten oder Durchfahren von Schlaglöchern der Puffer auf den Niveaugeber aufschlägt. Der Niveaugeber läßt sich somit bei der Serienfertigung von Schwingungsdämpfern ohne bauliche Änderungen der Federbeine einbauen.
  • Der in die Kolbenstange eingeschliffene Konus, der die Meßstrecke darstellt, die vom Hallsensor abgetastet wird, ist so gering, daß die Festigkeit der Kolbenstange nicht nennenswert verringert wird. Bei der Abtastung des Konus verändert sich die Hallspannung analog, so daß die elektronische Auswerteschaltung sehr einfach und kostengünstig realisiert werden kann. Trotzdem ist die Genauigkeit für die Niveauregulierung und insbesondere auch für den Ausgleich einer Seitenneigung des Fahr- zeuges bei Kurvenfahrt ausreichend.
  • Ferner sind vorzugsweise zwei Sensoren einander gegenüberliegend angeordnet, so daß sich die Kolbenstange verdrehen kann, ohne daß das Meßsignal verändert wird.
  • So wird auch ein gewisses Spiel des Kolbenstangenlagers ausgeglichen.
  • Infolge der günstigen Bauweise und der einfachen Auswertung der analogen Meßspannung auch bei den hohen auftretenden Kolbengeschwindigkeiten rechtfertigt sich ein erhöhter Geräteaufwand am Fahrzeug, indem zusätzlich zur Niveauregulierung jeder einzelne Schwingungsdämpfer ansteuerbar ist, um die Seitenneigung des Fahrzeuges beim Durchfahren von Kurven auszugleichen.
  • Zur Ansteuerung der Schwingungsdämpfer, deren Arbeitsräume jeweils mit einer Druckmittelquelle oder mit dem Tank verbindbar sind, um die Kolbenstange aus- bzw. einzufahren, ist in besonderem Maße die in der DE-OS P 33 00 662 erläuterte Ventilanordnung geeignet.
  • Ferner ist der erfindungsgemäße Niveaugeber geeignet, die mittleren Schwingungsamplituden der Federbeine und Räder abhängig vom Straßenzustand zu erfassen.
  • Zusammen mit einem von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängigen Signal kann von dem Niveaugebersignal die Dämpfung des Federbeins verändert werden, indem von der Steuerelektronik ein zwischen dem Schwingungsdämpfer und dem zugehörigen hydropneumatischen Speicher angeordnetes Drosselventil elektrisch angesteuert wird. Das Drosselventil ist vorteilhafterweise am Speicher unmittelbar angeordnet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, der oberen Hälfte eines Federbeins mit integriertem Niveaugeber, Figur 2 einen Schnitt durch den Niveaugeber und einen Abschnitt der Kolbenstange, Figur 3 einen Schnitt durch den Niveaugeber längs der Linie 3-3 in Figur 2, Figur 4 eine schematische Darstellung einer Niveauregeleinrichtung mit Ausgleich der Seitenneigung des Fahrzeuges bei Kurvenfahrt und Figur 5 eine schematische Darstellung einer Niveauregeleinrichtung mit Drosselventil zur Schwingungsdämpfung.
  • In Figur 1 ist ein lasttragendes Federbein 10 dargestellt, das aus einer Feder 11 und einem hydraulischen Schwingungsdämpfer 12 besteht, der in Wirkungsrichtung der Feder angeordnet ist und einen Zylinder 14 aufweist, in welchem ein an einer Kolbenstange 15 befestigter Dämpfungskolben 16 verschiebbar ist. Zur Niveauregulierung kann Druckmittel über eine axiale Innenbohrung 17 der Kolbenstange 15 in den Arbeitsraum 18 des Schwingungsdämpfers 12 eingeleitet bzw aus dem Arbeitsraum entnommen werden.
  • In Figur 1 ist lediglich die obere Hälfte des Federbeins dargestellt. Die Feder 11 ist an einem Federlager 20 abgestützt, während das untere am Zylinder 14 befestigte Federlager nicht dargestellt ist. In ebenfalls nicht dargestellter Weise ist der Zylinder 12 am unteren Ende an einem Achsschenkelbolzen für ein Fahrzeugrad angelenkt. Das obere Ende der Kolbenstange ist in ebenfalls bekannter Weise am Wagenkasten des Fahrzeuges bei 21 befesteigt. Zum Schutz des Schwingungsdämpfers gegen Verschmutzung und hartem Anschlag ist ein sich längs der Kolbenstange vom Federlager 20 zum Zylinder erstreckender Gummibalg 24 vorgesehen, an dessen unterem Ende eine Schutzhülse 25 befestigt ist, die sich über den Zylinder nach unten erstreckt. Insoweit entspricht die Bauart des Federbeins dem Stand der Technik.
  • Ein Niveaugeber 26 ist am kolbenstangenseitigen Ende des Zylinders 14 angeordnet, das Gehäuse 27 des Niveaugebers ist ringförmig, wobei der Innendurchmesser dem Durchmesser der Kolbenstange 15 entspricht, die sich durch das Gehäuse 27 hindurcherstreckt, während der Außendurchmesser etwa dem Durchmesser des Zylinders 14 entspricht. Der Niveaugeber 26 ist von einer Gummihülse 28 umschlossen, deren Umfangswandung 29 über den Zylinder 14 reicht und auf der Innenseite mit einem Abstreifer 30 zum Abdichten der Kolbenstange gegen Eindringen von Schmutz versehen ist. Ein Anschlußkabel 31 ist seitlich am Gehäuse 27 durch die Gummihülse 28 hindurchgeführt und verläuft zwischen Zylinder 14 und Schutzhülse 25 zum unteren Federteller und von dort in nicht dargestellter Weise über die zugehörige Fahrzeugachse ins Wageninnere zu einer Steuerelektronik.
  • Der Niveaugeber ist im einzelnen in den Fign. 2 und 3 dargestellt. Das Gehäuse 27 besteht aus einem Innenring 32 und einem über den Innenring greifenden Außenring 33. Am inneren Umfangs flansch 34 des Innenrings 32 sind Verstärkungsstege 35 angeformt, die sich am Außenring 33 abstützen, dessen äußerer Umfangsflansch 36 ebenfalls mit Verstärkungsstegen 37 versehen ist, die sich am Innenring 32 abstützen. Das auf diese Weise verstärkte Gehäuse 27 kann somit axiale Stoßkräfte aufnehmen, falls das Federbein so stark einfedert, daß die Zylinderstirnseite in Anlage an fahrzeugseitige Teile gelangt. Der Außenring 33 weist eine sich nach unten über den Zylinder 14 erstreckende Lasche 38 auf, mit der das Gehäuse auf den Schwingungsdämpfer aufgesetzt werden kann In dem zwischen dem Innenring 32 und dem Außenring 33 gebildeten Gehäuseinneren sind einander gegenüberliegend zwei Hallsensoren 40 und 40' angeordnet, deren vorderes Ende in einer Ausnehmung 41 im Umfangsflansch 34 des Innenrings 32 nahe der Kolbenstange 15 angeordnet ist. Der Hallsensor 40 bzw. 40' ist auf einem Magneten montiert und eignet sich zur Positionserfassung der Kolbenstange 15, die aus weichmagnetischem Material, nämlich in üblicher Weise aus Stahl besteht. Wird in bekannter Weise der Hallsensor mit einem konstanten Steuerstrom betrieben, so ist die vom Hallsensor abgegebene Hallspannung dem auf den Sensor einwirkenden Magnetfeld direkt proportional.
  • Das Magnetfeld wird von der Kolbenstange 15 geändert, die im Bereich des von dem Niveaugeber abzutastenden Hubes einen konisch verlaufenden Querschnitt aufweist. Die Kolbenstange kann sich also bei einer axialen Position verdrehen, ohne daß sich das Magnetfeld bzw. die Hallspannung ändert. Hierzu ist die Kolbenstange an ihrem Umfang mit einem Konus 42 versehen, der in die Kolbenstange eingeschliffen ist und dessen Tiefe an der tiefsten Stelle nur etwa 0,5mm radial beträgt. Die Länge des Konus beträgt beispielsweise etwa 70 mm. Der Konus ist etwa in der axialen Mitte der Kolbenstange 15 angebracht. Die Querschnittsverringerung der Kolbenstange ist so gering, daß eine Knickschwächung der Kolbenstange nicht erfolgt. Bei der angegebenen Tiefe kann jedoch eine ausreichende elektrische Auflösung für die Hallsensoren erfolgen. Die Länge von 70 mm ist ebenfalls für dennotwendigen nutzbaren Positionierbereich der Niveauregulierung des Wagenkastens ausreichend. Die axiale Lage des Konus 42 ist so gewählt, daß bei mittlerer Beladung des Fahrzeuges die Position "normal" in der Mitte der Kolbenstange erreicht ist. Von dieser Stelle aus kann also das Niveau im Bereich von + 35 mm reguliert werden.
  • Der Konus 42 ist mit einem nicht magnetischen Werkstoff, beispielsweise Bronze, Chrom oder Kunststoff auf gefüllt, so daß die Kolbenstange wieder den vollen zylindrischen Querschnitt erhält. Ein mit einer Bronzeschicht aufgefüllter Konus wird durch eine dünne Chromschicht gegen Verschleiß geschützt,die geschliffen werden kann.
  • Bei den Bewegungen der Kolbenstange wird von dem Konus die nicht magnetische Schichtdicke kontinuierlich im Meßbereich geändert, woraus eine Änderung des Magnetfeldes und die direkt proportionale Änderung der Hallspannung resultiert.
  • In dem Ausführungsbeispiel sind zwei Sensoren 40,40' gegenüber angeordnet und elektrisch in Differentialschaltung verschaltet, um Radialfehler des Kolbenstangenlagerspiels im Zylinder sowie Temperatur fehler zu kompensieren. Die Baugröße der Hallsensoren ist so gering, daß die Höhe des Gehäuses 27 in der Größenordnung von 8 bis 12 mm beträgt, wobei die für die Hallsensoren erforderliche Steuerelektronik 44 und 44' noch im Gehäuse ringförmig um die Kolbenstange integriert ist.
  • Anstelle der Hallsensoren können auch Feldplatten-Differential-Fühler Verwendung finden. Dabei ist in bekannter Weise eine Differential-Feldplatte aus D-Material auf einem Weicheisenträger montiert. Die magnetische Vorspannung erzeugt ein auf der Unterseite des Fühlerkopfes montierter Permanentmagnet. Auch dieser Fühler eignet sich zum Umsetzen kleiner Wegstrecken in elektrische Signale als Niveaugeber. Sowohl die Hallsensoren als auch die Feldplattendifferentialfühler sind bekannte Bauelemente.
  • In Figur 4 ist eine Niveauregeleinrichtung schematisch dargestellt, mit der zusätzlich die Seitenneigung des Fahrzeuges bei Kurvenfahrt kompensiert werden kann.
  • Die Federbeine 10, 10' mit integriertem Niveaugeber 26,26' dienen zur Abstützung der Halbachsen 45,45' eines Fahrzeuges. Jeder Schwingungsdämpfer ist über eine Leitung 46,46', mit der ein hydropneumatischer Speicher 47 bzw. 47' verbunden ist an den Anschluß 48 bzw. 48' eines Mehrwegeventils 49 bzw. 49' angeschlossen. Jedes Mehrwegeventil besteht aus zwei Sitzventilen 50,51 bzw. 50',51', die elektrisch von einer Steuerelektronik 52 ansteuerbar sind, der über Leitungen 53 und 53' die Meßsignale von den Gebern 26,26' zugeführt werden.
  • Wird das Sitzventil 51 geöffnet, so wird der Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers des Federbeins 10 über die Leitung 46 und den Anschluß 48 mit einer Druckmittelquelle P verbunden und damit der Wagenkasten nach oben verschoben. Ist dagegen das Sitzventil 50 geschlossen und wird das Sitzventil 51'geöffnet, so wird eine Verbindung vom Anschluß 48 zu einem Tank T hergestellt und der Wagenkasten sinkt ein. ttber die Sitzventile 51 und 51' kann somit die Höhe des Federbeins 10 eingestellt werden. In entsprechender Weise erfolgt die Niveauregulierung für das Federbein 10' mittels der Sitzventile 50 und 50'.
  • Die aus den Sitzventilen zusammengebauten Mehrwegeventile 49 und 49' können in einem die vier Ventile umfassenden Ventilblock zusammengefaßt sein. Die Bauart der Sitzventile und ihre hydraulische Anordnung sind in der DE-OS P 3300662 im einzelnen erläutert und dargestellt.
  • In der in Fig. 4 dargestellten Anordnung kann außer einer gemeinsamen Niveauregulierung für beide Achsen (z.B. Block 49 für Vorderachse, Block 49' für Hinterachse) auch jedes Federbein 10 hydraulisch einzeln angesteuert werden (z.B.
  • Block 49 für linkes Federbein, Block 49' für rechtes Federbein einer Achse), so daß sich bei entsprechender Ausbildung der Steuerelektronik 52 auch die Seitenneigung des Fahrzeuges bei Kurvenfahrt kompensieren läßt.
  • In Fig. 5 ist zusätzlich zwischen dem Schwingungsdämpfer 12, der Bestandteil eines nicht dargestellten Federbeins ist, und dem Speicher 47 ein Drosselventil 56 vorgesehen. Das Drosselventil ist ein 2/2-Wegeventil, dessen Steuerkolben 57 von einem Proportionalmagnet 58 angesteuert ist und dessen Steuerkante 59 die Verbindung zwischen den Anschlüssen 60 und 61 des Ventils drosselt. Das Drosselventil 56 ist in der vom Schwingungsdämpfer 12 zum Speicher 47 führenden Leitung 46 angeordnet.
  • Mit der in Fig. 5 dargestellten Anordnung ist es möglich, den Straßenzustand über die mittleren Schwingungsamplituden des Schwindungsdämpfers von dem Niveaugeber 26 zu erfassen.
  • Das vom Niveaugeber 26 gelieferte Schwingungssignal wird zusammen mit einem Geschwindigkeitssignal des Fahrzeuges einer Steuerelektronik zugeführt, die aus beiden Signalen ein Stellsignal für den Proportionalmagnet 58 des Drosselventils 56 erzeugt. Vom Drosselventil wird der beim Ein- und Ausfedern des Federbeins zum und vom Speicher 47 strömende Differentialvolumenstrom so gedrosselt, daS bei höheren Schwingungsamplituden eine stärkere Drosselung und damit eine Schwingungsdämpfung vorgenommen wird. - Leerseite -

Claims (16)

  1. Patentansprüche: 1. Niveauregeleinrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einem hydraulischen Schwingungsdämpfer, in dessen Zylinder ein an einer Kolbenstange befestigter Dämpfungskolben verschiebbar ist und bei dem ein Arbeitsraum über ein magnetbetätigtes Mehrwegeventil mit einer Druckmittelquelle oder mit dem Tank verbindbar ist, wobei das Mehrwegeventil über eine Elektronikschaltung abhängig von mindestens einem die Höhe des Wagenkastens über einer Fahrzeugachse erfassenden Niveaugeber betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der als Hallsensor oder Feldplattenfühler ausgebildete Niveaugeber (26) an dem kolbenstangenseitigen Ende des Zylinder (14) des Schwingungsdämpfers (12) befestigt ist und die Kolbenstange (15) in dem für die Niveauregelung erforderlichen Hubbereich einen konisch verlaufenden Querschnitt aufweist, der mit nichtmagnetischem Material auf den Durchmesser der Kolbenstange aufgefüllt ist.
  2. 2. Niveauregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niveaugeber (26) in einem ringförmigen Gehäuse (27) angeordnet und auf das kolbenstangenseitige Zylinderende aufsteckbar ist.
  3. 3. Niveauregeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) aus einem Außenring (33), dessen Durchmesser dem Zylinderdurchmesser entspricht und einem Innenring (32), dessen Innendurchmesser dem Kolbenstangendurchmesser entspricht, zusammengesetzt ist.
  4. 4. Niveauregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für ein lasttragendes Federbein mit einer in Wirkungsrichtung des Schwingungsdämpfers angeordneten Feder, dadurch gekennzeichnet, daß am Außen- und Innenring Stege (35,37) zum Übertragen von Anschlagkräften vom kolbenseitigen Federlager auf den Zylinder (14) angeformt sind.
  5. 5. Niveauregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) mit einer sich am Umfang erstreckenden Lasche (38) auf den Zylinder (14) aufsetzbar ist.
  6. 6. Niveauregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) mit dem Zylinder (14) verschraubt ist.
  7. 7. Niveauregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) von einer Gummihülse (29) umschlossen ist, die am Stangenumfang mit einem Abstreifer (30) gegen Schmutz versehen ist.
  8. 8. Niveauregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus (42) der Kolbenstange (15) mit nicht magnetischem Werkstoff ausgefüllt ist.
  9. 9. Niveauregeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Werkstoff auf gefüllte Konus (40) zylindrisch auf Durchmesser der Kolbenstange abgedreht, verchromt und geschliffen ist.
  10. 10. Niveauregeleinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus (42) etwa in der axialen Mitte der Kolbenstange (15) angeordnet ist und bei normal beladenem Fahrzeug von seiner Meßlänge her etwa mittig zum Niveaugeber (26) steht.
  11. 11. Niveauregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (27) zwei radial einander gegenüberliegende Sensoren (40, 40') vorgesehen sind, um Spielfehler des Kolbenstangenlagers zu kompensieren.
  12. 12. Niveauregeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (40,40') elektrisch in Differenz geschaltet sind, um Temperaturfehler zu kompensieren.
  13. 13. Niveauregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Auswerteschaltung (44,44') für die Sensoren ringförmig um die Kolbenstange im Gehäuse integriert ist.
  14. 14. Niveauregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußkabel (31) des Gebers (26) durch die Schutzhülse (29) nach außen und über den zylinderseitigen Federteller zu einer Steuerelektronik (52) im Fahrzeuginneren geführt ist.
  15. 15. Niveauregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem im Schwingungsdämpfer bzw. Federbein integrierten Niveaugeber (26) über die Steuerelektronik (52) je ein aus zwei Sitzventilen (50, 50', 51, 51') bestehendes Mehrwegeventil (49, 49') angesteuert wird, von denen ein Sitzventil zwischen dem Arbeits- raum (18) des zugehörigen Schwingungsdämpfers (12) und einer Druckmittelquelle P und das andere Sitzventil zwischen dem Arbeitsraum und dem Tank T vorgesehen ist, wobei der Arbeitsraum mit einem hydropneumatischen Speicher (47,47') verbunden ist.
  16. 16. Niveauregeleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Speicher (47) und dem Arbeitsraum (18) ein elektrisch betätigtes Drosselventil (56) vorgesehen ist, das von dem zugehörigen Niveauregler (26) über die Steuerelektronik (52) ansteuerbar ist, um abhängig von der mittleren Schwingungsamplitude des Schwingungsdämpfers (12) und abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit durch Drosseln des Differentialvolumenstroms vom Schwingungsdämpfer (12) zum Speicher (47) eine gewünschte Dämpfung einzustellen.
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