DE3443183A1

DE3443183A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der daempferhaerte eines stossdaempfers fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3443183A1
Application number: DE19843443183
Authority: DE
Inventors: Helmut 7250 Leonberg Domann; Otto Dipl.-Phys. Dr. 7321 Eschenbach Holzinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-11-27
Filing date: 1984-11-27
Publication date: 1986-05-28
Also published as: EP0183039B1; DE3572625D1; EP0183039A1; JPH0823383B2; JPS61253208A

Description

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20. 1 1.198U Kh/Wl

ROBERT BOSCH GMBH₉ TOOO Stuttgart 1

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Dämpferhärte eines Stoßdämpfers für Fahrzeuge

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. von einer Vorrichtung zum Steuern der Dämpferhärte eines Stoßdämpfers nach der Gattung des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2.

Es ist schon eine derartige Vorrichtung (DE-OS 33 0U 815) bekannt, bei der sich mit einer besonderen Steuerung die Dämpferhärte, also die Stärke der Schwingungsdämpfung eines Stoßdämpfers verändern läßt.

Bei Federungssystemen der heute gebräuchlichen Fahrzeugtypen, insbesondere der Personen-Fahrzeuge, ist das Verhältnis von Federhärte zu Dämpferhärte auf einen mittleren Betriebsfall optimiert. Die Parameter werden konstruktiv festgelegt und bleiben, abgesehen von Alterungserscheinungen, im Fahrbetrieb unverändert. Bei extremen Betriebsfällen, z.B. Fahrzeug leer oder Fahrzeug voll beladen, sind solche Fahrzeuge bei --ate it en nicht optimal gefedert bzw. ist die Federung nicht optimal gedämpft. Diese Betriebsfälle sind vom Optimalen um so weiter entfernt, je größer das Gewichtsverhältnis zwischen leerem und maximal beladenem Fahrzeug ist.

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Dazu kommt, daß aus Gründen der Treibstoff-Ersparnis und der Rohstoff-Ökonomie beim Entwurf neuer Fahrzeuge verstärkt eine Leichtbauweise angestrebt wird. Die mögliche Zuladung soll aber darunter nicht leiden. Das heißt, daß in Zukunft das oben genannte Gewichtsverhältnis noch grosser und die Abstimmung von Federhärte/Dämpferhärte zunehmend schwieriger werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2 haben demgegenüber den Vorteil, daß die Dämpferhärte während des Fahrbetriebs kontinuierlich veränderbar ist und den Randbedingungen Beladung, Lastverteilung auf die Achsen, Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigungen längs (Gasgeben oder Bremsen) und quer (Kurvenfahren) und Fahrbahnunebenheiten optimal und automatisch auf einfache Art und Weise schnell angepaßt werden kann, mit geringstem Energieaufwand und ohne den Einsatz von bewegten Teilen zur Drosselung des Flüssigkeitsstromes.

Durch die in den Ansprüche 3 bis 12 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 2 angegebenen Vorrichtung möglich.

Vorteilhaft ist es, bei rechteckiger Bauweise das kapazitive Bauteil mit als ebene Platten ausgebildeten Elektroden zu versehen. Weiterhin vorteilhaft ist es, für eine rotationssymmetrische Bauweise das kapazitive Bauteile mit rohrförmigen oder spiralförmigen Elektroden auszugestalten und das kapazitive Bauteil in weiterhin vorteilhafter Weise in mindestens eine der Arbeitskammern anzuordnen. Weiterhin vor-

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teilhaft ist es, das kapazitive Bauteil derart auszugestalten, daß es durch einen die bewegliche Wand aufnehmenden Führungszylinder als eine Elektrode und ein den Führungszylinder umgebendes Zwischenrohr als andere Elektrode ausgebildet ist, die von einem Außenzylinder umgeben wird, zwischen welchem und dem Führungszylinder ein Ringquerschnitt eingeschlossen wird, der als Verbindung zwischen den zwei Arbeitskammern dient. Zur guten Durchmischung der elektrorheologischen Flüssigkeit ist in der beweglichen Wand ein Einwegventil angeordnet. Zusätzlich vorteilhaft ist es, zur Niveauregelung die Vorrichtung mit einer Pumpe zu verbinden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 bis k verschiedene Ausführungsbeispiele kapazitiver Bauteile in Teilansicht, Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen einer Fahrzeugachse 1 und einem Fahrzeugaufbau 2 ein sogenannter Stoßdämpfer 3 angeordnet, der neben seiner schwingungsdämpfenden Funktion auch eine Tragfunktion hat. Der Stoßdämpfer 3 hat eine untere Arbeitskammer 5 und eine obere Arbeitskammer 6, die durch eine als Kolben 7 ausgebildete bewegliche Wand von der unteren Arbeitskammer 5 getrennt ist. Mit dem Kolben 7 ist eine als Betätigungsstange dienende Kolben-

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Stange 8 verbunden, die die untere Arbeitskammer 5 durchragt und abgedichtet aus dem Stoßdämpfer 3 herausgeführt sich an der Fahrzeugachse 1 abstützt. Die Tragkraft der Anordnung ergibt sich aus dem statischen Druck in den Arbeitskammern 5 und 6 und der Fläche der Kolbenstange 8. Eine Ausgleichsleitung 10 liegt mit ihrem einen Anschluß 11 an der unteren Arbeitskammer 5 und mit ihrem anderen Anschluß 12 an der oberen Arbeitskammer 6, so daß über sie eine Verbindung zwischen den Arbeitskammern 5, 6 herstellbar ist. Eine weitere Verbindung zwischen den Arbeitskammern 5₅ 6 kann über ein Einwegventil 13 erfolgen, das beispielsweise durch ein Plattenventil mit einer federnden Ventilplatte 1U gebildet wird, die einerseits an der der unteren Arbeitskammer 5 zugewandten Kolbenseite befestigt ist und mit ihrem losen Ende eine den Kolben 7 durchdringende Strömungsöffnung 15 überdeckt, so daß bei einer Kolbenbewegung in Richtung zur oberen Arbeitskammer 6 hin die Ventilplatte 1^ vom Kolben 7 abheben und Flüssigkeit über die Strömungsöffnung 15 von der oberen in die untere Arbeitskammer 5 strömen kann> wodurch jeweils eine gute Durchmischung der Flüssigkeit gewährleistet ist. Der Querschnitt der Strömungsöffnung 15 ist so bemessen, daß sich bei maximaler Drosselung im kapazitiven Bauteil 20 eine konstruktiv wählbare Mindestdämpfung ergibt.

Zur Aufnahme des veränderlichen Flüssigkeitsvolumens durch die Bewegung des Kolbens 7j bei Temperaturschwankungen und zur Niveauregelung ist beispielsweise ein hydropneumatischer Speicher 17 vorgesehen, der mit der oberen Arbeitskammer 6 beispielsweise über die Ausgleichsleitung 10 zwischen dem Anschluß 12 und dem kapazitiven Bauteil 20 in Verbindung steht. Zur Durchführung der an sich bekannten Niveauregelung liegt die Druckseite einer Förderpumpe 18 an der oberen Arbeitskammer 6, beispielsweise über die Ausgleichsleitung 10 zwischen dem Anschluß 12 und dem kapazitiven Bauteil 20.

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Als Flüssigkeit in den Arbeitskammern 5, &> der Ausgleichsleitung 10.und dem hydraulischen Teil des Speichers 17 dient erfindungsgemäß eine elektro-rheologische Flüssigkeit, die die Eigenschaft "besitzt, daß sich ihre Viskosität durch das Anlegen elektrostatischer Felder verändern läßt. Bei derartigen elektro-rheologischen Flüssigkeiten handelt es sich in der Regel um Suspensionen kleiner Partikel in Öl. Die Feldstärken der erforderlichen elektrostatischen Felder liegen bei wenigen kV/mm, beispielsweise 2 bis h kV/mm.

Um den Flüssigkeitsstrom zwischen den Arbeitskammern 5 und mehr oder weniger zu drosseln und damit eine Dämpfung zu erzielen, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 in der Ausgleichsleitung 10 zwischen den Anschlüssen 11, 12 für den Speicher 17 und die Pumpe 18 als Steuermittel ein kapazitives Bauteil 20 angeordnet, an dem, wie ein bekannter elektrischer Kondensator wirkend, ein elektrostatisches Feld anlegbar ist, dessen Feldstärke durch Anlegen einer von einer elektronischen Steuereinrichtung 21 gelieferten Spannung änderbar ist, wodurch sich in entsprechender Weise die Viskosität der elektro-rheologischen Flüssigkeit und damit die über das kapazitive Bauteil 20 strömende Flüssigkeitsmenge ändert und die Dämpfungshärte beeinflußt wird. Der elektronischen Steuereinrichtung 21 werden Sensorsignale über Beschleunigung 22, Fahrgeschwindigkeit 23, Lenkeinschlag 2k, Beladezustand 25 u.a. eingegeben, die in der elektronischen Steuereinrichtung ausgewertet werden und zur Ansteuerung des kapazitiven Bauteiles 20 dienen. In gleicher Weise erfolgt durch die elektronische Steuereinrichtung 21 eine Ansteuerung der Förderpumpe 18 zur Niveauregelung. So kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Förderpumpe 18 das Volumen in der oberen Arbeitskammer 6 vergrößert bzw. in der unteren Arbeitskammer 5 verkleinert werden, um das Niveau des Fahrzeugaufbaues 2 gegenüber der Fahrzeugachse 1 zu verändern.

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Die Dämpferhärte der Vorrichtung wird durch die elektronische Steuereinrichtung 21 aufgrund der Sensorsignale an die Gegebenheiten angepaßt. Mittels des Ansteuersignales am kapazitiven Bauteil 20 kann so die Vorrichtung auf verschiedene Weise genutzt werden:

1. Senkung der Dämpferhärte bei niedriger Fahrgeschwindigkeit .

2. Seitensymmetrische Beeinflussung der Dämpferhärte in Abhängigkeit von der gemessenen Fahrzeug-Querbeschleunigung oder -Querneigung (Wank-Regelung).

3. Vorder- und Hinterachsenbeeinflussung in Abhängigkeit von der Fahrzeug-Verzögerung bzw. -Beschleunigung (Nick-Regelung).

h. Beeinflussung der Federhärte in Abhängigkeit vom Beladungszustand (Niveauregelung).

5· Beeinflussung in Abhängigkeit vom Strassenzustand oder von der subjektiv gewünschten Abstimmung der (Federung/Dämpfung), z.B. komfortabel oder sportlich.

Die gewünschte Beeinflussung" der Dämpferhärte kann im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen mittels der elektro-rheologischen Flüssigkeit und des kapazitiven Bauteils 20 sehr schnell erfolgen, da die Steuerung keiner bewegten Teile bedarf.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 kann das in der Ausgleichsleitung 10 angeordnete kapazitive Bauteil 20 eine Gehäusewandung 27 aufweisen, die mit der elektronischen Steuereinrichtung 21 verbundene und gegeneinander isolierte Elektroden unterschiedlicher Ladungsrichtung umschließt. Die elektro-rheologische Flüssigkeit wird zur Beeinflussung ihrer Viskosität durch das zwischen den Elektroden aufgebaute elek-

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trostatische Feld geleitet. Das kapazitive Bauteil 20 kann beispielsweise als Elektroden ebene Platten 28, 29 aufweisen, die bei einer rechteckigen Gehäusewandung 27» wie sie beispielsweise auch das Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Bauteiles 20b nach Figur 2 zeigt, ebenfalls rechteckig gestaltet sein können.

In vorteilhafter Weise könnte, wie in Figur 1 gestrichelt dargestellt ist, anstelle des kapazitiven Bauteiles 20 in der Ausgleichsleitung 10 ein kapazitives Bauteil 20a in der oberen Arbeitskammer 6 oberhalb der obersten Stellung des Kolbens 7 angeordnet sein.

Im Gegensatz zu dem kapazitiven Bauteil 20 nach Figur 1, wo eine an Masse liegende Platte 28 zwischen zwei auf positivem Potential liegenden Platten 29 liegt, ist bei dem Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Bauteils 20b nach Figur 2 eine Anordnung derart vorgesehen, daß in einer abwechselnden Reihenfolge zwischen vier mit Abstand zueinander angeordneten Platten 29 mit positivem Potential je eine der drei an Masse liegenden Platten 28 angeordnet ist. Die innerhalb der Gehäusewandung 27 strömende elektro-rheologische Flüssigkeit ist dabei dem zwischen den Platten 28, 29 aufgebauten elektrostatischen Feld ausgesetzt.

In Figur 3 ist ein weiteres kapazitives Bauteil 20c dargestellt, bei dem innerhalb der zylindrischen Gehäusewandung 27 konzentrisch zueinander angeordnete Elektroden 31 und 32 unterschiedlichen Potentials vorgesehen sind, zwischen denen die elektro-rheologische Flüssigkeit strömt. Die Gehäusewandung 27 kann dabei zugleich auch als Elektrode 32 dienen.

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Das kapazitive Bauteil 2Od nach Figur k weist spiralförmig ausgebildete Elektroden 3^· und 35 auf, die umeinander verlaufend angeordnet sind, wobei die Elektrode 3h beispielsweise mit der Gehäusewandung 27 verbunden ist und an Masse liegt, während die Elektrode 35 an positivem Potential liegt. Die Elektroden 3^, 35 verlaufen innerhalb der zylindrisch ausgebildeten Gehäusewand 27 mit räumlichem Abstand zueinander, so daß sie Strömungswege für die Flüssigkeit bilden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 sind die gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Abweichend zu dem Stoßdämpfer 3 nach Figur 1 ist der den Kolben 7 aufnehmende Führungszylinder 37 bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 innerhalb eines Aussenzylinders 38 mit radialem Abstand angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 stellt der Führungszylinder 37 die äußere Begrenzung des Stoßdämpfers dar, aus dem die Kolbenstange 8 herausgeführt ist. Im Gegensatz hierzu stellt bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 der Außenzylinder 38 die äußere Begrenzung des Stoßdämpfers 3 dar. Zwischen dem Führungszylinder 37 und dem Außenzylinder 38 wird ein die Ausgleichsleitung 10 ergebender ringförmiger Strömungsq_uerschnitt für die elektro-rheologische Flüssigkeit gebildet, die eine Verbindung zwischen den Arbeitskammern 5 und 6 herstellt. Hierzu ist der Führungszylinder 37 beispielsweise nahe an seiner> am Bodenende 39 und am Dekkelende ^4-0 des Außenzylinders 38 liegenden Enden mit Durchbrüchen kl versehen, die die Verbindung zwischen den Arbeitskammern 5 j β und der ringförmigen Ausgleichsleitung 10 herstellen. Das kapazitive Bauteil 2Oe ist bei dieser kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart gestaltet,

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daß der Führungszylinder 37 beispielsweise als an Masse liegende Elektrode dient und in den die Ausgleichsleitung 10 bildenden Ringquerschnitt zwischen Führun'gszylinder 37 und Außenzylinder 38 mit radialem Abstand zu diesen Zylindern 37s 38 ein Zwischenrohr k2. eingesetzt ist, das gegenüber dem Führungszylinder 37 isoliert an positivem Potential liegt. Anstelle eines hydropneumatischen Speichers 17 entsprechend Figur 1 kann bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 in der oberen Arbeitskammer 6 eine Luftblase hk eingeschlossen sein.

Die Ansteuerung des kapazitiven Bauteils 2Oe erfolgt, wie bereits zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben, durch die elektronische Steuereinrichtung 21.

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Claims

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

1. Verfahren zum Steuern der Dämpferhärte eines Stoßdämpfers für Fahrzeuge mit einer zwei mit Flüssigkeit gefüllte Arbeitskammern trennenden beweglichen Wand und einem den Flüssigkeitsstrom in einer Verbindung zwischen den zwei Arbeitskammern beeinflussenden Steuermittel, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit eine elektro-rheologische Flüssigkeit verwendet wird, deren Viskosität durch Veränderung eines vom Steuermittel (20, 20a, 20b, 20c, 2Od, 2Oe) erzeugten elektrostatischen Feldes änderbar ist.

2. Vorrichtung zum Steuern der Dämpferhärte eines Stoßdämpfers für Fahrzeuge mit einer zwei mit Flüssigkeit gefüllte Arbeitskammern trennenden beweglichen Wand_s an der eine eine der Arbeitskammern durchragende Betätitungsstange angreift₅ und einem den Flüssigkeitsstrom in einer Verbindung zwischen den zwei Arbeitskammern beeinflussenden Steuermittel, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit eine elektrorheologische Flüssigkeit vorgesehen und durch ein als Steuermittel ausgebildetes kapazitives Bauteil (20, 20a, 20b, 20c, 2Od, 2Oe) leitbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Bauteil (20, 20b) als ebene Platten (28, 29) ausgebildete Elektroden aufweist.

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k. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Bauteil (20c) konzentrisch zueinander angeordnete rohrförmige Elektroden (31, 32) aufweist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Bauteil (2Od) spiralförmig ausgebildete Elektroden (3h _t 35) aufweist, die mit Abstand umeinander verlaufen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Bauteil (20, 20a, 20b, 20c, 2Od) in mindestens einer der Arbeitskammern (6) angeordnet ist.

T. Vorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (10) zwischen den zwei Arbeitskammern (5, 6) durch einen Ringquerschnitt zwischen einem die bewegliche Wand (7) aufnehmenden Führung-szylinder (37) und einem diesen mit radialem Abstand umgebenden Außenzylinder (38) gebildet wird und der Führungszylinder (37) als eine Elektrode und ein im Ringquerschnitt (1O) zwischen Führungszyinder (37) und Außenzylinder (38) angeordnetes Zwischenrohr (^2) als andere Elektrode des kapazitiven Bauteiles (2Oe) dient.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die der Betätigungsstange (8) abgewandte Arbeitskammer (β) mit einem hydropneumatischen Speicher (17) in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hydropneumatische Speicher {kh) innerhalb einer Arbeitskammer (6) gebildet wird.

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10. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 2 bis Tj dadurch gekennzeichnet, daß dem kapazitiven Bauteil (20, 20a, 2Oh, 20c, 2Od, 2Oe) Steuersignale durch eine elektronische Steuereinrichtung (21) zuführbar sind, deren Eingangssignale (22, 23, 2k, 25) von am Fahrzeug angebrachten Sensoren für Federung, Beschleungigung, Fahrgeschwindigkeit, Lenkeinschlag, Beladung und dergleichen erzeugbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die der Betätigungsstange (8) abgewandte Arbeitskammer (6) mit einer Pumpe (18) zur Niveauregelung verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der beweglichen Wand (T) ein zur die Betätigungsstange (8) aufnehmenden Arbeitskammer (5) hin öffnendes Einwegventil (13) angeordnet ist.,.