DE3826843A1 - Federungssystem fuer kraftfahrzeuge mit geschwindigkeitsabhaengiger niveauregulierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Federungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer geschwindigkeitsabhängigen Niveauregulierung zur Absenkung des Fahrzeuges relativ zum Fahrbahnniveau bei erhöhter Geschwindigkeit, mit höhenverstellbaren Abstütz- bzw. Federaggregaten für die Räder des Fahrzeuges sowie mit den Abstützaggregaten zugeordneten Hubsensoren, deren die Hubstellung der Abstützaggregate wiedergebende Signale einem Rechner zuführbar sind, welcher die Abstützaggregate zur Einstellung des gewünschten Niveaus steuert.

Fahrzeuge mit pneumatischer oder hydropneumatischer Federung bieten üblicherweise die Möglichkeit, das Niveau des Fahrzeu­ ges relativ zum Fahrbahnniveau zu verändern, d.h. den Boden­ abstand des Fahrzeugaufbaus manuell oder automatisch zu steuern. Dabei ist grundsätzlich auch eine automatisch erfolgende geschwindigkeitsabhängige Steuerung bekannt. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Fahrzeug bei höherer Geschwindigkeit, insbesondere bei typischen Autobahngeschwin­ digkeiten, mit vermindertem Bodenabstand fährt. Auf diese Weise läßt sich der Luftwiderstand bei höheren Geschwindig­ keiten deutlich vermindern. Außerdem kann die Straßenlage durch die Absenkung des Fahrzeugschwerpunktes verbessert werden.

Heutige Federungssysteme gewähren einen hohen Komfort. Dies hat zur Folge, daß auch auf relativ schlechten Fahrbahnen vergleichsweise schnell gefahren werden kann. Wenn nun die Niveauabsenkung bereits bei mäßig schnellen Geschwindigkeiten erfolgt, kann dies eine Komforteinbuße zur Folge haben, weil aufgrund der Niveauabsenkung auch der Einfederweg der Abstütz- bzw. Federaggregate verkürzt wird, so daß bei schlechten Fahrbahnen unter Umständen die Anschlagpuffer od.dgl. der Abstütz- bzw. Federaggregate übermäßig häufig beansprucht werden und den Fahrkomfort beeinträchtigen. Um diesen nachtei­ ligen Effekt zu vermeiden, wird eine automatische Niveauabsen­ kung in der Regel erst bei sehr hohen Geschwindigkeiten vorgenommen. Dies führt jedoch dazu, daß die durch die Niveauabsenkung mögliche Verminderung des Luftwiderstandes des Fahrzeuges bei höheren Geschwindigkeiten nur relativ selten genutzt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Federungssystem der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß eine Absenkung des Fahrzeuges bereits bei relativ geringen Geschwindigkeiten ohne Komforteinbußen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rechner die Signale der Hubsensoren daraufhin überprüft, ob obere, eine nahezu vollständige Aufzehrung des Einfeder­ weges der Abstütz- bzw. Federaggregate anzeigende Schwell­ werte der Hubsensor-Signale auftreten, und die Abstütz- bzw. Federaggregate beim Auftreten dieser Schwellwerte im Sinne einer Anhebung des Fahrzeuges relativ zum Fahrbahnniveau ansteuert, wobei das Maß der Anhebung von der Häufung bzw. der Häufigkeitsverteilung der Schwellwerte abhängt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Rechner ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand die Funktion eines Kompa­ rators übernehmen kann, um zu prüfen, ob die Hubsensor-Signale unterhalb oder überhalb des Schwellwertes liegen. Damit kann der Rechner sofort "erkennen", ob die Fahrbahnoberfläche der­ art uneben ist, daß bei der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit mit einer häufigen Aufzehrung des zur Verfügung stehenden Einfederweges zu rechnen ist. Damit wird eine der Fahrbahn­ beschaffenheit angepaßte Korrektur des Bodenabstandes des Fahrzeuges ermöglicht. Dies zieht den Vorteil nach sich, daß eine im Hinblick auf den verminderten Luftwiderstand des Fahrzeuges erwünschte Verminderung des Bodenabstandes bereits bei geringen Geschwindigkeiten vorgenommen werden kann, ohne Komforteinbußen befürchten zu müssen. Sollte nämlich die Fahrbahn zu uneben sein bzw. werden, unterbleibt eine Absenkung des Niveaus des Fahrzeuges relativ zum Fahrbahnniveau bzw. eine bereits erfolgte Absenkung wird rückgängig gemacht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermittelt der Rechner zusätzlich aus den Signalen der Hubsensoren, ob untere, eine nahezu vollständige Aufzehrung des Ausfederweges der Abstütz- bzw. Federaggregate anzeigende Schwellwerte der Hubsensor-Signale auftreten, wobei dann der Rechner bei zu häufigem Auftreten dieser unteren Schwellwerte die Abstütz- bzw. Federaggregate im Sinne einer Absenkung des Fahrzeuges ansteuert bzw. bei gleichzeitigem Auftreten der oberen Schwellwerte das einge­ stellte Niveau unverändert läßt, wenn die Häufigkeit der unteren Schwellwerte in einem vorgegebenen bzw. vorgebbaren Verhältnis zur Häufigkeit der oberen Schwellwerte steht. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei sehr schlechten Wegstrecken jeweils das hinsichtlich des Komforts optimale Niveau des Fahrzeuges eingestellt wird.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, daß der Rechner das Auftreten zweier unterschiedlicher oberer Schwellwerte überwacht, wobei der eine obere Schwellwert den Fall einer starken Beanspruchung von Anschlagpuffern od.dgl. der Abstütz­ bzw. Federaggregate und der andere obere Schwellwert einer Annäherung bzw. Berührung der Anschlagpuffern od.dgl. zuge­ ordnet ist, und daß das Niveau bei einem Auftreten des ersteren oberen Schwellwertes stärker nach oben korrigiert wird als bei einem Auftreten der anderen oberen Schwellwerte. Damit kann die Fahrbahnbeschaffenheit noch genauer berück­ sichtigt werden, um einen noch weiter erhöhten Komfort zu gewährleisten.

Zweckmäßigerweise fragt der Rechner die Hubsensor-Signale taktweise ab und errechnet aus einer vorgebbaren Anzahl der jeweils letzten Abfragetakte einen den Istwert des einge­ stellten Niveaus wiedergebenden Mittelwert der Hubsensor- Signale sowie eine von der Häufigkeit der Schwellwerte und/oder der Häufigkeitsverteilung der Schwellwerte innerhalb der jeweils ausgewerteten Abfragetakte abhängige Niveaukorrektur, die dann zu einer entsprechenden Ansteuerung der Abstütz- bzw. Federaggregate führt. Auf diese Weise werden die die Istwerte wiedergebenden Mittelwerte sowie die gegebenenfalls notwendigen bzw. erwünschten Niveau­ korrekturen ständig aktualisiert. Dabei können die jeweils letzten Abfragetakte sowohl bei der Mittelwertbildung als auch bei der Ermittlung der Niveaukorrektur durch entspre­ chend andere Gewichtung stärker berücksichtigt werden als die weiter zurückliegenden Abfragetakte.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, den Rechner eingangsseitig mit Türkontakten und/oder Kontakten an der Kofferraumklappe od.dgl. zu verbin­ den und die unabhängig vom Fahrzeugmotor - z.B. elektrisch über die Fahrzeugbatterie - antreibbaren Abstütz- bzw. Feder­ aggregate nach Öffnen einer Tür bzw. Klappe für eine begrenz­ te Zeitspanne im Sinne einer Anpassung des Istniveaus an ein Sollniveau anzusteuern. Auf diese Weise wird bereits die beim Einstieg in das Fahrzeug bzw. bei dessen Beladung verstreichende Zeitspanne zur Einstellung eines gewünschten Niveaus ausgenutzt. Durch die zeitliche Begrenzung dieser Einstellarbeit ist gewährleistet, daß der Energieverbrauch hinreichend begrenzt bleibt, falls das Fahrzeug nach Öffnen bzw. Schließen der Türen oder Klappen nicht in Betrieb gesetzt werden sollte.

Während der Fahrt erhält der Rechner eingangsseitig ständig Signale, die die Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergeben. Solange derartige Signale vorliegen und/oder die Zündung eingeschal­ tet ist, bleibt die automatische Niveauregulierung ständig in Betrieb.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung hingewiesen.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein pneumatisches Federungssystem mit der erfindungsgemäßen Niveauregulierung in schematisierter Form und

Fig. 2 ein hydropneumatisches Abstützaggregat in schematisierter Schnittdarstellung, welches gegebenenfalls anstelle der pneumatischen Abstützaggregate nach Fig. 1 einsetzbar ist.

Vom Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges ist in Fig. 1 lediglich ein Rad 1 dargestellt, welches an einem Radführungsgestänge 2 relativ zum Fahrzeugaufbau vertikal beweglich und gege­ benenfalls auch lenkbar gehaltert bzw. geführt ist. Zur Abstützung der Räder 1 bzw. der zugeordneten Radführungs­ gestänge 2 gegenüber dem Fahrzeugaufbau dienen pneumatische Abstütz- und Federaggregate 3, welche im wesentlichen aus einem in der Regel am Fahrzeugaufbau angeordneten Balg 4 sowie einem in der Regel am Radführungsgestänge 2 angeord­ neten Verdränger 5 stehen, welcher beim Einfedern des Rades 1 relativ zum Fahrzeugaufbau mehr oder weniger weit in den Balg 4 eintaucht und dessen Volumen entsprechend vermindert.

Jedes pneumatische Abstütz- bzw. Federaggregat 3 ist an eine Pneumatikleitung 6 angeschlossen, welche es ermöglicht, den Balg 4 mit einem Kompressor 7 bzw. einem Ablaßventil 8 zu verbinden, wenn ein an der Mündung der Leitung 6 in den Balg 4 angeordnetes Absperrventil 9 geöffnet wird.

Bei extremer Einfederung des Rades 1 wird der Einfederweg des Radführungsgestänges 2 durch einen Anschlagpuffer 10 und bei extremer Ausfederung durch einen Ausfederanschlag 11 begrenzt. Im dargestellten Beispiel wirken Anschlagpuffer 10 und Ausfederanschlag 11, welche am Fahrzeugaufbau befestigt sind, unmittelbar mit dem Radführungsgestänge 2 zusammen. Jedoch ist es auch möglich, Anschlagpuffer 10 und Ausfeder­ anschlag 11 in das pneumatische Abstütz- und Federaggregat zu integrieren, so daß der Ein- und Ausfederweg des Verdrän­ gers 5 relativ zum Balg 4 begrenzt werden.

Des weiteren ist zwischen Radführungsgestänge 2 und Fahrzeug­ aufbau jeweils ein Hubsensor 12 angeordnet, dessen Signale die jeweilige Vertikallage des Rades 1 relativ zum Fahrzeug­ aufbau wiedergeben.

Die Signale jedes Hubsensors 12 werden über Signalleitungen 13 der Eingangsseite eines Rechners 14 zugeführt, welcher eingangsseitig des weiteren mit einem Signalgeber 15 für die Fahrzeuggeschwindigkeit verbunden ist; das die Geschwin­ digkeit wiedergebende Signal kann gegebenenfalls aus einem Antiblockiersystem der Fahrzeugbremse ausgekoppelt werden, d.h. der Signalgeber 15 wird durch das Antiblockiersystem bzw. durch Elemente desselben gebildet.

Zusätzlich kann die Eingangsseite des Rechners 14 mit Signal­ gebern 16 verbunden sein, die auf die Betätigung von Türkon­ takten od.dgl. reagieren, welche beim Öffnen der Türen oder der Kofferraumklappe des Fahrzeuges zum Einschalten der Innenraum- oder Kofferraumbeleuchtung betätigt werden. Außerdem können noch manuell betätigte Signalgeber 17 vorge­ sehen sein.

Ausgangsseitig ist der Rechner 14 mit dem Ein- bzw. Aus­ schalter eines den Kompressor 7 treibenden Elektromotors 18, dem Ablaßventil 8 sowie den Absperrventilen 9 verbunden, um das pneumatische Federungssystem in der nachfolgend beschriebenen Weise beeinflussen zu können:

Sobald eine Fahrzeugtür oder eine Kofferraumklappe od.dgl. geöffnet wird, beginnt der Rechner 14 für eine vorgebbare Zeitspanne die Signale der Hubsensoren 12 abzufragen und daraus - in der Regel für die Vorderachse und Hinterachse getrennt - Mittelwerte zu errechnen, die ein Maß für den Istwert des Bodenabstandes des Fahrzeugaufbaus sind. Sodann steuert der Rechner 14 den Ein-Ausschalter des Elektromotors 18 des Kompressors 7 sowie das Ablaßventil 8 und die Absperr­ ventile 9 an, um den Druck in den pneumatischen Abstütz­ aggregaten 3 je nach Bedarf zu erhöhen bzw. abzusenken und dadurch den Fahrzeugaufbau auf ein Sollniveau einzustellen, welches der Rechner 14 geschwindigkeitsabhängig, d.h. in Abhängigkeit von den Signalen des Signalgebers 15 für die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Auf diese Weise werden Niveauänderungen des Fahrzeuges beim Beladen bzw. beim Einsteigen bereits frühzeitig kompensiert.

Diese Tätigkeit des Rechners 14 wird nach einer vorgegebenen Zeitspanne abgebrochen, falls der Rechner vom Signalgeber 15 für die Fahrzeuggeschwindigkeit kein Geschwindigkeitssignal erhält, beispielsweise weil das Fahrzeug nicht in Betrieb gesetzt worden ist.

Sobald der Signalgeber 15 Signale abgibt, arbeitet der Rechner ständig, um den Bodenabstand des Fahrzeugaufbaus in Abhängigkeit von geschwindigkeitsabhängig vorgegebenen Sollwerten zu regeln.

Dabei überprüft der Rechner gleichzeitig die Signale der Hubsensoren 12 daraufhin, ob obere sowie untere Schwell­ werte in Einfederrichtung bzw. in Ausfederrichtung über­ schritten werden. Die unteren Schwellwerte sind dabei Stellungen der Räder 1 zugeordnet, bei denen die jeweiligen Radführungsgestänge 2 den Ausfederanschlag 11 bzw. eine dazu benachbarte Lage erreichen. Die gegebenenfalls unterschied­ lichen oberen Schwellwerte zeigen an, daß das den jeweiligen Hubsensor 12 zugeordnete Radführungsgestänge 2 eine den Anschlagpuffer 10 berührende bzw. stark angenäherte Lage oder eine den Anschlagpuffer 10 stark beanspruchende Lage erreicht hat.

Beim Auftreten der oberen Schwellwerte verändert der Rechner 14 das Sollniveau des Bodenabstandes im Sinne einer Abstands­ vergrößerung, gleichzeitig werden die Absperrventile 9 sowie der Kompressor 7 im Sinne einer Druckerhöhung in den jeweili­ gen pneumatischen Abstütz- und Federaggregaten 3 angesteuert.

Um zu vermeiden, daß der Rechner 14 bei sehr häufigem Auftre­ ten der oberen Schwellwerte den Bodenabstand zu weit erhöht, so daß unter Umständen der Ausfederweg unerwünscht stark beschränkt würde, werden vom Rechner 14 zusätzlich die unteren Schwellwerte berücksichtigt. Sobald deren Häufigkeit einen vorgegebenen Anteil an der Häufigkeit der oberen Schwellwerte erreicht, wird keine weitere Korrektur des Niveaus nach oben mehr vorgenommen.

Die Signale der Hubsensoren 12 werden taktweise abgefragt, wobei dann die Signale einer vorgegebenen Anzahl der jeweils letzten Abfragetakte in einer vorgebbaren Weise gemittelt werden (gegebenenfalls achsweise und/oder nach Fahrzeugseiten getrennt); diese Mittelwerte geben den Istwert des einge­ stellten Niveaus wieder. Dieser Istwert wird ständig aktuali­ siert, da zur Mittelwertbildung jeweils eine vorgegebene Anzahl der jeweils letzten Abfragetakte herangezogen wird.

Des weiteren wird vom Rechner jeweils geprüft, wie häufig die oberen bzw. unteren Schwellwerte während der vorgegebenen Anzahl der jeweils letzten Abfragetakte aufgetreten sind. Aufgrund der Häufigkeit der Schwellwerte wird dann die Korrektur des jeweils zuvor eingestellten Niveaus bestimmt. Dabei kann auch die Häufigkeitsverteilung dieser Schwellwerte berücksichtigt werden, d.h. die errechneten Korrekturen sind tendenziell größer, wenn die Schwellwerte in den jeweils letzten der ausgewerteten Abfragetakte häufiger vorkommen als in den jeweils ersten der jeweils berücksichtigten Abfragetakte.

Auf diese Weise wird die geschwindigkeitsabhängige Niveau­ veränderung des Fahrzeuges der jeweiligen Fahrbahnbeschaffen­ heit angepaßt, d.h. bei schlechter Fahrbahn wird tendenziell ein höheres Niveau als bei guter Fahrbahn eingestellt.

Anstelle der pneumatischen Abstütz- bzw. Federaggregate 3 können gemäß Fig. 2 auch hydropneumatische Abstütz- und Federaggregate 19 angeordnet sein. Diese bestehen im wesent­ lichen aus einem in der Regel mit dem Radführungsgestänge 2 verbundenen Kolben 20, welcher als Verdränger in einen Zylin­ der 21 einschiebbar ist, dessen Innenraum mit einem Feder­ speicher 22 verbunden ist. Der Federspeicher 22 ist durch eine Membrane in einen gasgefüllten Raum 23 sowie einen mit dem Zylinder 21 verbundenen Raum 24 mit Hydraulikmedium unterteilt. Beim Einfedern wird dementsprechend der gasge­ füllte Raum 23 zusammengedrückt. Im übrigen ist der Zylinder 21 bzw. der Raum 24 über ein Absperrventil 25 mit einer nicht dargestellten hydraulischen Druckquelle sowie mit einem nicht dargestellten Druckminderungsventil verbunden, so daß aus dem Zylinder 21 und dem Raum 24 gegebenenfalls hydraulisches Medium abgelassen werden kann bzw. in den Raum 24 und in den Zylinder 21 nachgeführt werden kann, um den Bodenabstand des Fahrzeugaufbaus zu vermindern bzw. zu vergrößern.

Die Regelung des Fahrzeugniveaus erfolgt dabei in prinzi­ piell gleicher Weise wie es oben für das pneumatische Federungssystem beschrieben wurde.

Claims (5)

1. Federungssystem für Kraftfahrzeuge mit geschwindigkeits­ abhängiger Niveauregulierung zur Absenkung des Fahrzeuges relativ zum Fahrbahnniveau bei erhöhter Geschwindigkeit, mit höhenverstellbaren Abstütz- bzw. Federaggregaten für die Räder des Fahrzeuges sowie mit den Abstütz- bzw. Federaggregaten zugeordneten Hubsensoren, deren die Hub­ stellung der Abstütz- bzw. Federaggregate wiedergebende Signale einem Rechner zuführbar sind, welcher die Abstütz- bzw. Federaggregate zur Einstellung des gewünschten Niveaus steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (14) die Signale der Hubsensoren (12) daraufhin überprüft, ob obere, eine nahezu vollständige Aufzehrung des Einfederweges der Abstütz- bzw. Feder­ aggregate (3) anzeigende Schwellwerte der Hubsensor- Signale auftreten, und die Abstütz- bzw. Federaggregate (3) beim Auftreten dieser Schwellwerte im Sinne einer Anhebung des Fahrzeuges relativ zum Fahrbahnniveau ansteuert, wobei das Maß der Anhebung von der Häufung und/oder Häufigkeitsverteilung der Schwellwerte abhängt.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (14) zusätzlich ermittelt, ob untere, eine nahezu vollständige Aufzehrung des Ausfederweges der Abstütz- bzw. Federaggregate (3) anzeigende Schwell­ werte der Hubsensor-Signale auftreten, und die Abstütz­ bzw. Federaggregate (3) beim Auftreten dieser unteren Schwellwerte im Sinne einer Absenkung des Fahrzeuges relativ zum Fahrbahnniveau ansteuert, wobei das Maß der Absenkung von der Häufung und/oder Häufigkeitsverteilung der unteren Schwellwerte abhängt, bzw. bei gleichzeitigem Auftreten der oberen Schwellwerte das eingestellte Niveau unverändert läßt, wenn die Häufigkeit der unteren Schwell­ werte in einem vorgegebenen bzw. vorgebbaren Verhältnis zur Häufigkeit der oberen Schwellwerte steht.

3. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (14) das Auftreten zweier unterschiedlicher oberer Schwellwerte überwacht, wobei der eine obere Schwellwert dem Fall einer starken Beanspruchung von Anschlagpuffern (10) der Abstütz- bzw. Federaggregate (3) und der andere obere Schwellwert einer Annäherung bzw. Berührung der Anschlagpuffern (10) zugeord­ net ist, und daß das Niveau bei einem Auftreten der ersteren oberen Schwellwerte stärker nach oben korrigiert wird als bei einem Auftreten der anderen oberen Schwellwerte.

4. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (14) die Hubsensor- Signale taktweise abfragt und jeweils aus einer vorgebbaren Anzahl der letzten Abfragetakte einen den Istwert für das eingestellte Niveau wiedergebenden Mittelwert der Hubsen­ sor-Signale sowie eine von der Häufigkeit der Schwellwerte und/oder der Häufigkeitsverteilung der Schwellwerte inner­ halb der jeweils ausgewerteten Abfragetakte abhängige Niveaukorrektur bestimmt und die Abstütz- bzw. Feder­ aggregate (3) entsprechend ansteuert.

5. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (14) eingangs­ seitig mit Türkontakten (16) und/oder Kontakten an der Kofferraumklappe od.dgl. verbunden ist und die unabhängig vom Fahrzeugmotor - z.B. elektrisch über die Fahrzeug­ batterie - verstellbaren Abstütz- bzw. Federaggregate (3) nach Öffnen einer Tür, Klappe od.dgl. für eine begrenzte Zeitspanne im Sinne einer Anpassung des Istniveaus an ein Sollniveau ansteuert.