DE3620957A1 - Federungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Federungssystem und insbesondere ein Federungssystem für Fahrzeuge der Bauart, bei der eine Fluiddruck-Feder zwischen den gefederten und ungefederten Teilen des Fahrzeuges angebracht und mit einer Fluiddruckquelle über einen Ventilmechanismus verbunden ist, der es ermöglicht, daß Druckfluid einer Feder zugeführt oder von dieser abgelassen wird, um die Höhe des gefederten Teils über dem ungefederten Teil einzustellen.

Das für den gesamten Zweck eingesetzte Ventil wird allgemein als ein "Nivellierungsventil" ("levelling valve") bezeichnet, und kann üblicherweise durch einen mechanischen Betätigungsarm betätigt werden, der auf eine Relativbewegung zwischen den gefederten und ungefederten Teilen reagiert. Solche Systeme haben den Nachteil, daß das Ventil und sein Betätigungsmechanismus zur schädlichen Umgebung unter dem Fahrzeug freiliegt und den Einwirkungen von Straßenschmutz, Wasser und auch korrosiven Stoffen (z.B. Streusalz) ausgesetzt ist, die durch die Räder aufgeworfen werden. Weiter muß der Mechanismus eines derartigen Ventiles relativ kompliziert sein, um eine unnötige Betätigung des Nivellierungssystems bei kurzzeitigen Relativbewegungen der gefederten gegen die ungefederten Teile zu verhindern.

Die Erfindung hat das Ziel, ein Betätigungsmittel für ein Nivellierungsventil zu schaffen, das gegen die schädliche Arbeitsumgebung abgeschirmt ist und eine bessere Steuerung der Fluiddruck-Feder als zur Zeit gebräuchliche Betätigungsmechanismen ergibt.

Ein erfindungsgemäßes Federungssystem enthält eine Fluiddruck- Feder in Form eines hohlen flexiblen Gehäuses mit zwei aufeinander zu bzw. voneinander weg in Axialrichtung der Feder bewegbaren Endgliedern und eine in dem hohlen flexiblen Gehäuse angebrachten Vorrichtung, die auf Änderungen des Axialabstandes der Endglieder reagiert, wobei die Vorrichtung ein Impulse aussendendes Gerät umfaßt, das an einem Endglied angebracht ist und so ausgelegt, daß es Impulsreihen in Axialrichtung des Gehäuses aussendet, und ein Empfangsgerät, das zum Empfangen der Impulse ausgelegt ist, nachdem diese mindestens einmal in Axialrichtung des Gehäuses durchgelaufen sind, sowie eine Steuereinheit mit auf die Impulslaufzeit reagierenden Mitteln, die so ausgelegt ist, daß sie wirksam mit einem Steuerventil für den Fluiddruck innerhalb der Feder verbunden werden kann.

Die Vorrichtung kann ein an einem Endglied angebrachtes Impulse aussendendes Gerät und ein Empfangsgerät an dem anderen Endglied umfassen, jedoch sind bei einer bevorzugten Ausführung die beiden Geräte an einem Endglied angebracht, und ein Reflektor für die Impulse ist an dem anderen Endglied so angeordnet, daß er die Impulse zu dem Empfänger reflektiert.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist ein feststehender Reflektor an dem das Impulse aussendende Gerät tragenden Endglied befestigt, und der feststehende Reflektor besitzt einen festen Abstand von dem Impulse aussendenden Gerät in dem hohlen flexiblen Gehäuse, um eine Referenz- Impulslaufzeit zu schaffen.

Die benutzten Impulse sind vorzugsweise Ultraschallimpulse.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Axialschnitt-Darstellung einer pneumatischen Feder,

Fig. 2 ein Schaubild, das die räumlichen Beziehungen der wirksamen Bestandteile innerhalb der Feder nach Fig. 1 darstellt, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Zeitbeziehungen der von einem festen Reflektor und von einem beweglichen Reflektor innerhalb der Feder reflektierten Impulse.

Die in Fig 1 dargestellte pneumatische Feder 10 besteht aus einem üblichen aus kordverstärktem Gummi aufgebauten Roll- oder Überschlag-Luftbalg 11, der undehnbare drahtverstärkte Wülste 12 und 13 besitzt, die in entsprechender Weise in Sitzen 14 und 15 an einer Grundplatte 16 bzw. einem Kolben 17 eingespannt sind. Die Grundplatte 16 ist an einem Chassisteil 18 und der Kolben 17 an einer Achse eines (nicht dargestellten) Fahrzeuges befestigt. Der Roll- oder Überschlagteil 19 des Balges 11 erlaubt eine vertikale (axiale) Versetzung des Kolbens 17 gegenüber der Grundplatte 16, wobei Druckluft innerhalb der Feder einer Aufwärtsbewegung des Kolbens zu der Grundplatte 16 hin entgegenwirkt; die Druckluft wird über einen Luftanschluß 20 zugeführt, der im Einsatz über eine (nicht dargestellte) Steuereinheit mit einer üblichen Druckquelle verbunden ist. Die Steuereinheit enthält ein elektrisch betätigtes Pneumatikventil, das zur Zuführung von Druckluft in das Innere des Balges betätigt werden kann, um so die Grundplatte und damit das Chassis gegenüber der Achse anzuheben, oder um Druckluft aus dem Balg abzulassen, um so das Chassis gegenüber der Achse abzusenken. Solche Systeme zur Einstellung der "Fahrhöhe" (ride height) des Fahrzeuges sind an sich gut bekannt; die vorliegende Erfindung ergibt die Anordnung der Höhen-Fühlvorrichtung 30 innerhalb des Balges 11.

Die Höhenfühlvorrichtung 30 umfaßt einen piezoelektrischen Sendeempfänger 31 für Ultraschallimpulse üblicher Form, der in einer zylindrischen Vertiefung 32 der Grundplatte 16 eingesetzt und mit einer elektrischen Stromversorgung und der zugehörigen Steuereinheit über ein mehradriges Kabel 33 verbunden ist. Die Vorrichtung 30 ist in der Vertiefung 32 durch übliche (nicht gezeigte) Mittel abgedichtet, um die Dichtigkeit der Feder 10 nicht zu beeinflussen. Der Sendeempfänger 31 wird elektrisch zur Aussendung einer Reihe von Ultraschallimpulsen 40 (Fig. 3) beaufschlagt, und diese Impulse werden im Inneren des Balges axial nach unten ausgesendet.

Ein an der Vorrichtung 39 befestigter starrer Stengel 42 trägt einen feststehenden Reflektor in Form eines Targets 43 (beispielweise einer ebenen, an dem Stengel 42 befestigten Metallscheibe), der Ultraschallimpulse zu dem Sendeempfänger reflektieren kann. Ein beweglicher Reflektor oder ein bewegliches Target 44 wird durch eine ebene Endfläche des Kolbens 17 geschaffen, und auch hier werden Ultraschallimpulse zu dem Sendeempfänger reflektiert.

Im Betrieb muß die Steuereinheit mit Informationen bezüglich der Höhe, in der das Fahrzeugchassis durch die Druckluft in der Feder 10 über der Achse gehalten wird, versorgt werden. Kurzzeit-Schwankungen dieser Höhe treten immer auf, wenn das Fahrzeug über unebenen Boden fährt, und Langzeit-Veränderungen treten beispielweise auf, wenn die Belastung des Fahrzeuges geändert wird.

Die Vorrichtung 30 ist so ausgelegt, daß sie Signale an die zugeordnete Steuereinheit in zeitlicher Abfolge abgibt, die der Aussendung eines Ultraschallimpulses 40 und der darauffolgenden Rückkehr eines von dem feststehenden Target 43 reflektierten Impulses 50 und eines von dem sich mit dem Kolben 17 bewegenden Target 44 reflektierten Impulses 51 entspricht. Wie Fig. 3 zeigt, werden die Rückkehrimpulse 50 und 51 von dem Sendeempfänger 31 jeweils T 1 s bzw. T 2 s nach der anfänglichen Aussendung eines Impulses 40 empfangen.

Wie Fig, 2 zeigt, ist das Festabstands-Target 43 mit einem Abstand D 1 vom Sendeempfänger angeordnet, und das bewegliche Target 44 befindet sich in einem (veränderlichen) Abstand D 2 vom Sendeempfänger.

Die Entfernung D 2 kann aus der Gleichung

D 2 = D 1 ·

errechnet werden, unter der Annahme, daß die Geschwindigkeiten - wie es ja auch der Fall ist - der Impulse 50 und 51 gleich sind. Es ist dabei zu bemerken, daß die tatsächliche Geschwindigkeit der Impulse nicht in die Gleichung eingeht. Die Verwendung des Impulses 50 von dem Fest-Target ergibt eine Referenz-Impulslaufzeit, die es erlaubt, die Auswirkungen von Laufgeschwindigkeitsänderungen der Impulse (die durch Luftdruck-, Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen im Inneren des Balges auftreten können) auszuschalten.

Bei der Steuereinheit, die ein üblicher Festkörper-Schaltkreis sein kann, werden Impuls-Zeitgabeschaltungen vorgesehen, die den Vergleich der Laufzeiten T 1 und T 2 gestatten und so entweder in Digital- oder Analog-Form ein Signal schaffen, das ein Maß für den Abstand D 2 ist. Durch Verwendung einer üblichen Integrierschaltung kann die Steuereinheit Kurzzeitänderungen von D 2 vernachlässigen und nur auf Langzeitänderungen der Fahrhöhe ansprechen, die durch Änderungen der Fahrzeuglast verursacht werden. Die Steuereinheit ist so ausgelegt, daß sie über das zugehörige elektrisch betätigte Pneumatikventil Druckluft zur Feder 10 zuführt oder von ihr abläßt, um die Fahrhöhe des Fahrzeuges bei unterschiedlichen Bedingungen konstant zu halten. Das System kann auch so ausgelegt werden, daß es die Auswahl einer gewünschten Fahrhöhe (innerhalb eines zulässigen Bereiches) durch den Fahrer gestattet.

Ein großer Vorteil des beschriebenen Fahrhöhen-Steuersystems besteht darin, daß durch die Aufnahme des Impulses aussendenden Gerätes, das die Höhenfühlvorrichtung bildet, in das hohle Gehäuse der Feder die Vorrichtung gegen eine zufällige Beschädigung oder die Auswirkung von Straßenschmutz, Wasser und korrosiven Substanzen, die beim normalen Gebrauch bei einem Fahrzeug auftreten, vermeidet. Außerdem können, wie bereits erwähnt, die Auswirkungen von Temperatur-, Feuchtigkeits- und Luftdruckänderungen ausgeschieden werden.

Claims (7)

1. Federungssystem mit einer Fluiddruckfeder in Form eines hohlen flexiblen Gehäuses mit zwei aufeinander zu bzw. voneinander weg in Axialrichtung der Feder bewegbaren Endgliedern und einer innerhalb des hohlen flexiblen Gehäuses angebrachten, auf Änderungen des Axialabstandes der Endglieder reagierenden Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein an einem Endglied (16) angebrachtes Impulse aussendendes Gerät (31) umfaßt, das zum Aussenden einer Reihe von Impulsen (40) in Axialrichtung des Gehäuses (11) ausgelegt ist, und ein zum Empfangen der Impulse, nachdem diese mindestens einmal längs des Gehäuses axial durchgelaufen sind, ausgelegtes Empfangsgerät (31), und daß eine Steuereinheit vorgesehen ist mit Mitteln, die auf die Impulslaufzeit reagieren und die wirksam mit einem Steuerventil zur Beeinflussung des Fluiddruckes innerhalb der Feder (10) verbunden ist.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulse aussendende Gerät (31) und das Empfangsgerät (31) beide an einem Endglied (16) befestigt sind, und daß ein Reflektor (44) für die Impulse an dem anderen Endglied (17) vorgesehen ist, der die Impulse (51) zu dem Empfänger (31) reflektiert.

3. Federungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein feststehender Reflektor (43) an dem das Impulse aussendende Gerät (31) tragenden Endglied (16) befestigt ist, der mit feststehendem Abstand (D 1) innerhalb des hohlen flexiblen Gehäuses von dem Impulse aussendenden Gerät (31) sitzt und die Bestimmung einer Referenz-Impulslaufzeit (T 1) ermöglicht.

4. Federungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Reflektor (43) an einem in Axialrichtung in dem hohlen flexiblen Gehäuse (11) von dem das Impulse aussendende Gerät (31) tragenden Endglied (16) anstehenden Stengel (42) befestigt ist.

5. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulse aussendende Gerät Ultraschallimpulse (40) aussendet.

6. Federungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle flexible Gehäuse (11) eine pneumatische Feder ist.

7. Federungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit so ausgelegt ist, daß sie ein zugeordnetes Fahrzeug bei konstanter Fahrhöhe hält.