DE3841771A1 - Rad- bzw. achsabstuetzaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rad- bzw. Achsabstützaggregat für Kraftfahrzeuge mit einer passiven Federanordnung sowie einem dazu parallelgeschalteten, doppeltwirkenden, hydrau­ lischen Kolben-Zylinder-Aggregat, dessen Kolben zwei mit­ einander über eine Drosselanordnung verbundene Kammern voneinander trennt und bei Federungshüben des Rades bzw. der Achse relativ zum Fahrzeugaufbau unter Verkleinerung des Volumens einer Kammer und Vergrößerung des Volumens der jeweils anderen Kammer verschoben wird.

Derartige Rad- bzw. Achsabstützaggregate sind heute üblicher Standard.

Auch wenn derartige Aggregate bei optimaler Abstimmung einen hohen Komfort sowie hohe Fahrsicherheit gewährleisten, bleibt als grundsätzlicher Nachteil bestehen, daß eine Anpassung an die jeweiligen Fahrsituationen nur in äußerst beschränktem Maße möglich ist.

Beispielsweise kann bei derartigen Aggregaten gegebenenfalls der Drosselwiderstand der Drosselanordnung verändert werden, um das Dämpfungsverhalten den jeweiligen Situationen anzupassen, wobei in der Regel bei geringer Fahrgeschwindigkeit ein geringer Drosselwiderstand und bei hoher Fahrgeschwindigkeit ein erhöhter Drosselwiderstand eingestellt werden, d.h. bei geringer Fahrgeschwindigkeit ist aus Gründen des Komforts eine schwache Dämpfung erwünscht, bei hohen Fahrgeschwindig­ keiten ist aus Sicherheitsgründen eine steife Dämpfung not­ wendig.

Darüber hinaus kann gegebenenfalls eine Niveauregulierung vorhanden sein, um bei unterschiedlicher Beladung des Fahrzeuges einen im wesentlichen gleichbleibenden Bodenab­ stand des Fahrzeugaufbaus zu gewährleisten. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregates als Differentialkolben ausgebildet sein, beispielsweise indem der Kolben nur auf einer Stirnseite mit einer aus dem Zylin­ der herausgeführten Kolbenstange verbunden ist. Damit der Kolben bei dieser Anordnung beweglich bleibt, wird eine der Kammern, in der Regel die auf der von der Kolbenstange abge­ wandten Seite des Kolbens, mit einem hydropneumatischen Druckspeicher verbunden, welcher beim Einfederungshub des Kolben-Zylinder-Aggregates hydraulisches Medium aufnimmt und beim Ausfederungshub hydraulisches Medium in die Kammern des Kolben-Zylinder-Aggregates nachführt. Durch Veränderung der Gesamtmenge des hydraulischen Mediums im Kolben-Zylinder- Aggregat sowie im zugeordneten hydropneumatischen Druck­ speicher kann der mittlere Druck des pneumatischen Mediums verändert werden, mit der Folge, daß der Kolben mit der Kolbenstange mit unterschiedlich großer Kraft in Ausschub­ richtung beaufschlagt wird. Auf diese Weise lassen sich Belastungsunterschiede des Fahrzeuges ausgleichen. Eine schnelle Änderung des mittleren Druckes des pneumatischen Mediums ist jedoch - mit vertretbarem Aufwand - nicht möglich, denn dazu müßten außerordentlich große Ströme hydraulischen Mediums zu- bzw. abgeführt werden.

Somit kann bei diesen Systemen die Federkennung, d.h. die Progressivität der Federung praktisch nicht beeinflußt werden.

Des weiteren sind aktive Federungs- und Abstützsysteme prinzipiell bekannt. Hier werden die Kammern eines doppelt­ wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregat mit sehr reaktionsschnellen Proportionalventilanordnungen mit einer Druckquelle bzw. der Druckseite einer Hydraulikpumpe oder mit einem Reservoir bzw. der Saugseite der Hydraulikpumpe verbunden, um die jeweils gewünschten Abstützkräfte einzu­ stellen, wobei die Steuerung der Proportionalventilanordnung mit einer Regelvorrichtung erfolgt, die eingangsseitig mit an den Radaufhängungen angeordneten Kraftaufnehmern und/oder Weggebern für den Federungshub verbunden ist.

Bei derartigen Anordnungen ist ein außerordentlich großer steuerungstechnischer Aufwand erforderlich. Insbesondere muß gewährleistet sein, daß die Proportionalventilanordnung außerordentlich reaktionsschnell arbeitet, weil andernfalls ein ziemlich hartes Ansprechen der Federung auf Fahrbahn­ unebenheiten unvermeidlich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, das eingangs angegebene Rad- bzw. Achsabstützaggregat dahingehend zu verbessern, daß bei geringem steuertechnischen Aufwand eine besonders große Flexibilität des Federungsverhaltens gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils einer der Kammern des Kolben-Zylinder-Aggregates von außen Hydraulikmedium gesteuert zuführbar und gleich­ zeitig aus der jeweils anderen Kammer Hydraulikmedium gesteuert abführbar ist.

Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, auf den Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregates eine externe Zusatzkraft auszu­ üben, welche den Widerstand, den der Kolben bei einer Ver­ schiebung aufgrund der Drosselanordnung zwischen den Kammern erleidet, erhöht oder vermindert, je nachdem, welcher der beiden Kammern das hydraulische Medium zugeführt und aus welcher der beiden Kammern hydraulisches Medium abgeführt wird.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt darin, daß im Falle einer Störung des Systems für die Zu­ und Abfuhr des Hydraulikmediums die beiden Kammern ledig­ lich nach außen abgeschlossen werden müssen. Sodann arbeitet das Rad- bzw. Achsabstützaggregat in gleicher Weise wie ein herkömmliches System mit passiven Federn und dazu parallelen Stoßdämpfern.

Bei korrekter Funktion des erfindungsgemäßen Rad- bzw. Achsabstützaggregates läßt sich das Federungsverhalten und insbesondere die Progressivität der Federung in einem weiten Bereich verändern, wobei selbst bei geringer Reaktionsge­ schwindigkeit gegebenenfalls notwendiger Steuerventile ein gutes Ansprechverhalten des Rad- bzw. Achsabstützaggregates bei Fahrbahnunebenheiten gewährleistet bleibt, denn die Drosselanordnung zwischen den Kammern gewährleistet die erwünschte Beweglichkeit des Kolbens bei stoßweiser Belastung.

Durch das erfindungsgemäße System läßt sich in besonders einfacher Weise unerwünschten Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus entgegenwirken, ohne daß Einbußen beim Fahr­ komfort hingenommen werden müssen.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, jedem Rad- bzw. Achs­ abstützungsaggregat eine gesonderte hydraulische Pumpe zuzu­ ordnen, um aus einer der Kammern hydraulisches Medium abzu­ führen und in die andere Kammer einzuführen. Bei einer derar­ tigen Anordnung können gegebenenfalls Ventile u.dgl. Steuerungs­ mittel erübrigt werden, wenn die Pumpe innerhalb eines ent­ sprechend großen Leistungsbereiches steuerbar ist.

In der Regel ist es jedoch zweckmäßig, wenn eine - gegebenen­ falls für mehrere Rad- bzw. Achsabstützaggregate nutzbare - hydraulische Druckquelle bzw. Pumpe sowie eine umschaltbare Drossel- bzw. Proportionalventilanordnung vorhanden sind, welche es gestattet, jeweils eine der Kammern eines Rad- bzw. Achsabstützaggregates mit der Druckquelle bzw. der Druckseite der Pumpe und gleichzeitig die jeweils andere Kammer mit einem hydraulischen Reservoir bzw. der Saugseite der Pumpe zu verbinden bzw. beide Kammern nach außen abzuschließen.

Wenn der Kolben des Rad- bzw. Achsabstützaggregates gleich­ flächig ausgebildet ist, erübrigt es sich, eine der beiden Kammern mit einem hydraulischen Druckspeicher zu verbinden, welcher bei Hubbewegungen des Kolbens hydraulisches Medium aufnehmen bzw. nachführen kann und somit die Änderung des Gesamtvolumens der beiden Kammern bei Hüben des Kolbens ausgleicht. Außerdem wird durch diese Bauweise gewährleistet, daß durch Zuführen von hydraulischem Medium in die eine Kammer und gleichzeitiges Abführen von hydraulischem Medium aus der anderen Kammer mittels der hydraulischen Druckquelle bzw. der Pumpenanordnung sowie der Drossel- bzw. Proportional­ ventilanordnung praktisch verzögerungsfrei Zusatzkräfte erzeugt werden können.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Kolben-Zylinder-Aggregat noch eine dritte Kammer, in der ein Kolben arbeitet, der gleichachsig zu dem die beiden anderen Kammern voneinander trennenden Kolben angeordnet und mit demselben über eine Kolbenstange verbunden ist, wobei an die dritte Kammer ein pneumatischer Federspeicher angeschlossen ist, welcher das passive Federelement des Rad- bzw. Achsab­ stützaggregates bildet. Bei dieser Ausführungsform kann der mittlere Bodenabstand des Fahrzeugaufbaus verändert werden, indem der dritten Kammer hydraulisches Medium zugeführt bzw. aus der dritten Kammer hydraulisches Medium entnommen wird.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung besonders vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rad- bzw. Achsabstützaggregates, wobei eine mechanische Feder als passives Federelement vorgesehen ist, und

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform mit hydropneu­ matischer Federung.

In Fig. 1 ist der Aufbau 1 des Fahrzeuges schematisch als schwerer Körper dargestellt. Vom Fahrwerk ist lediglich ein Rad 2 schematisch wiedergegeben, welches gegenüber dem Aufbau 1 mittels einer Schraubenfeder 3 federbar abgestützt ist.

Parallel zur Schraubenfeder 3 ist ein doppeltwirkendes hydraulisches Kolben-Zylinder-Aggregat 4 angeordnet, dessen Zylinder aufbauseitig angeordnet ist und dessen Kolben 5 mittels seiner Kolbenstange 6 mit dem Rad 2 bzw. dessen Achse verbunden ist. Wenn das Rad 2 Federungshübe ausführt, führen also der Kolben 5 und die Kolbenstange 6 entsprechende Hübe gegenüber dem Zylinder des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 bzw. dem Aufbau 1 aus.

Der Kolben 5 teilt innerhalb des Zylinders des Kolben-Zylinder- Aggregates 4 zwei Kammern 7 und 8 voneinander ab, welche mit­ einander über den Kolben 5 durchsetzende Drosselleitungen 9 verbunden sind. Dabei können die Drosselleitungen 9 unsymmet­ risch ausgebildet sein, derart, daß einer Strömung von hydrau­ lischem Medium aus der Kammer 7 in die Kammer 8 ein kleinerer Drosselwiderstand als einer Strömung in umgekehrter Richtung entgegengesetzt wird. Im dargestellten Beispiel ist der Kolben 5 gleichflächig ausgebildet, d.h. die Kolbenstange 6 ist beid­ seitig am Kolben 5 angeordnet und durchsetzt beide Stirnseiten des Zylinders des Kolben-Zylinder-Aggregates 4. Wenn also der Kolben 5 innerhalb des Zylinders verschoben wird, so entspricht die Verminderung des Volumens der einen Kammer (beispielsweise 7) der Vergrößerung des Volumens der jeweils anderen Kammer (beispielsweise 8).

Die Kammern 7 und 8 sind über Leitungen 10 und 11 mit einer Proportionalventilanordnung 12 verbunden, welche in der darge­ stellten Absperrlage diese Leitungen 10 und 11 abschließt. Damit wirkt das Kolben-Zylinder-Aggregat 4 bei Federungshüben des Rades 2 als herkömmlicher Stoßdämpfer, welcher Federungshübe des Rades 2 dämpft, da bei jeder Hubbewegung des Kolbens 5 hydraulisches Medium aus einer der Kammern 7 bzw. 8 verdrängt und in die jeweils andere der Kammern 7 bzw. 8 eingeführt wird, wobei jeweils der Drosselwiderstand der Drosselleitungen 9 überwunden werden muß.

Darüber hinaus gestattet es die Proportionalventilanordnung 12, die Leitungen 10 und 11 jeweils einerseits mit der Druckleitung 13 einer Hydraulikpumpe 14 und andererseits mit einem Reservoir 15 bzw. der Saugleitung 16 der Pumpe 14 zu verbinden, wobei je nach Stellung des Proportionalventiles 12 unterschiedliche Drosselwiderstände wirksam sind.

Um Druckstöße in der Druckleitung 13 zu vermeiden bzw. zu mildern, ist an der Druckleitung 13 ein hydropneumatischer Druckspeicher 17 angeordnet, welcher im wesentlichen aus einem Hohlraum besteht, der durch eine Membran in einen mit der Druckleitung 13 verbundenen Raumteil für Hydraulikmedium und einen weiteren Raumteil für pneumatisches Medium unterteilt ist.

Wird das Proportionalventil 12 aus der dargestellten Absperr­ lage in der einen oder anderen Richtung verstellt, so wird jeweils eine der Kammern 7 und 8 mit der Druckleitung 13 und die jeweils andere der Kammern 7 und 8 mit der zum Reservoir 15 führenden Leitung 18 verbunden. Entsprechend dem jeweils eingestellten Drosselwiderstand der Proportionalventilanordnung 12 wird dann von der Pumpe 14 eine mehr oder weniger starke Strömung hydraulischen Mediums erzeugt, wobei der einen Kammer 7 oder 8 Medium zugeführt und aus der anderen Kammer 8 oder 7 hydraulisches Medium abgeführt wird. Je nach zwischen Rad 2 und Aufbau 1 wirksamen Kräften wird dabei der Kolben 5 mehr oder weniger weit verschoben. Bei größeren, der jeweiligen Strömung entgegenwirkenden Kräften kann der Kolben 5 auch stehenbleiben bzw. sogar entgegen der Strömungs­ richtung bewegt werden, während hydraulisches Medium die Drosselleitungen 9 des Kolbens 5 durchsetzt.

Durch die mittels der Pumpe 14 und der Proportionalventilanord­ nung 12 erzeugbare Strömung des hydraulischen Mediums können also auf den Kolben 5 wirkende Zusatzkräfte erzeugt werden, so daß das Federungsverhalten des Abstützaggregates innerhalb eines weiten Bereiches verändert werden kann.

Die Steuerung des Proportionalventiles 12 erfolgt mittels einer nicht dargestellten Regelvorrichtung, die eingangs­ seitig mit nicht dargestellten Weggebern verbunden ist, deren Signale die jeweilige Hubstellung des Rades 2 relativ zum Aufbau 1 wiedergeben. Zusätzlich oder alternativ können auch Kraftmesser angeordnet sein, welche die zwischen Aufbau 1 und Rad 2 wirkenden Abstützkräfte messen, beispielsweise im Bereich der Verbindung zwischen Aufbau 1 und dem Zylinder des Kolben-Zylinder-Aggregates 4.

Sowohl der Weggeber als auch der Kraftmesser können in das Kolben-Zylinder-Aggregat 4 integriert sein.

Die Regelvorrichtung besitzt eine Prüfschaltung, welche die Regelvorrichtung ständig auf fehlerfreies Arbeiten überprüft.

Im Falle einer Fehlererkennung wird das Proportionalventil 12 sofort in die dargestellte Absperrlage gebracht. Damit arbei­ tet dann das Kolben-Zylinder-Aggregat 3 als herkömmlicher Stoßdämpfer.

Bei fehlerfreiem Arbeiten wirkt die Regelvorrichtung insbeson­ dere Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus entgegen, indem durch entsprechende Verstellung der Proportionalventile 12 Zusatzkräfte erzeugt werden, welche den Nick- bzw. Wank­ bewegungen entgegenwirken.

Abweichend von der in Fig. 1 dargestellten Anordnung kann die Kolbenstange 6 auch einseitig, d.h. radseitig, am Kolben 5 angeordnet sein. Da bei dieser Anordnung der Kolben 5 als Differentialkolben wirkt und sich das Gesamtvolumen der Kammern 7 und 8 bei Verschiebung des Kolbens 5 ändert, muß eine der Kammern 7 oder 8, vorzugsweise die im Querschnitt größere Kammer 7, mit einem Druckspeicher - ähnlich dem Druckspeicher 17 an der Druckleitung 13 - verbunden sein. Dieser Druckspeicher nimmt bei Einfederungshüben (dabei bewegt sich der Kolben 5 in Fig. 1 nach oben) aus den Kammern 7 und 8 verdrängtes hydraulisches Medium auf. Bei Ausfederungshüben (dabei bewegt sich der Kolben 5 in Fig. 1 nach unten) führt dieser Druckspeicher hydraulisches Medium in die Kammern 7 und 8 nach.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist anstelle eines mechanischen Federelementes (Schraubenfeder 3 in Fig. 1) eine hydropneumatische Federung vorgesehen.

Dazu besitzt das Kolben-Zylinder-Aggregat 4 eine dritte Kammer 19, in die das Ende des die Kammer 7 durchsetzenden Teiles der Kolbenstange 6 nach Art eines Kolbens bzw. Plungers hinein­ ragt. Die Kammer 19 ist mit einem hydropneumatischen Feder­ speicher 20 verbunden.

Beim Einfedern des Rades 2 relativ zum Aufbau 1 wird also das obere Ende der Kolbenstange 6 zunehmend in die Kammer 19 geschoben, so daß aus derselben hydraulisches Medium in den Federspeicher 20 verdrängt wird, wobei der Druck des pneuma­ tischen Mediums im hydropneumatischen Federspeicher 20 entsprechend ansteigt, da das pneumatische Medium bei Einfe­ derungshüben des Rades 2 komprimiert wird. Bei Ausfederungs­ hüben des Rades 2 wird dann aus dem Federspeicher 20 hydrau­ lisches Medium in die Kammer 19 nachgeführt.

Die Kammer 19 sowie der Federspeicher 20 können über ein Steuerventil 21 mit der Druckseite der Pumpe 14 oder mit dem Reservoir 15 verbunden werden, um zusätzliches hydraulisches Medium zur Kammer 19 sowie zum Federspeicher 20 zuzuführen bzw. aus der Kammer 19 bzw. dem Federspeicher 20 hydraulisches Medium abzuführen. Durch die Zuführung von hydraulischem Medium kann der Bodenabstand des Aufbaus vergrößert werden, während durch Abführen des hydraulischen Mediums der Bodenabstand vermindert wird. Solange der mittlere Bodenabstand innerhalb eines gewünschten Bereiches liegt, nimmt das Steuerventil 21 die dargestellte Schließlage ein.

Im übrigen entspricht die in Fig. 2 dargestellte Anordnung der Bauform nach Fig. 1.

Bei beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs­ formen sind die Drosselleitungen 9 im Kolben 5 angeordnet. Statt dessen ist es auch möglich, diese Drosselleitungen 9 außen am Zylinder des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 zwischen den Kammern 7 und 8 nach Art von Bypaßleitungen anzuordnen.

Claims (10)

1. Rad- bzw. Achsabstützaggregat für Kraftfahrzeuge mit einer passiven Federanordnung sowie einem dazu parallel­ geschalteten, doppeltwirkenden, hydraulischen Kolben- Zylinder-Aggregat, dessen Kolben zwei miteinander über eine Drosselanordnung verbundene Kammern voneinander trennt und bei Federungshüben des Rades bzw. der Achse relativ zum Fahrzeugaufbau unter Verkleinerung des Volumens einer Kammer und Vergrößerung des Volumens der jeweils anderen Kammer verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer der Kammern (7, 8) von außen Hydraulik­ medium gesteuert zuführbar und gleichzeitig aus der jeweils anderen Kammer (8, 7) Hydraulikmedium gesteuert abführbar ist.

2. Rad- bzw. Achsabstützaggregat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine hydraulische Druckquelle bzw. eine hydrau­ lische Pumpe (14) sowie eine umschaltbare Drossel- bzw. Proportionalventilanordnung (12), welche es gestattet, jeweils eine der Kammern (7, 8) mit der Druckquelle bzw. der Druckseite der hydraulischen Pumpe (14) und gleich­ zeitig die jeweils andere Kammer (8, 7) mit einem hydrau­ lischen Reservoir (15) bzw. der Saugseite (16) der hydraulischen Pumpe (14) zu verbinden bzw. beide Kammern (7, 8) nach außen abzuschließen.

3. Rad- bzw. Achsabstützaggregat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) gleich­ flächig ist.

4. Rad- bzw. Achsabstützaggregat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) als Differentialkolben ausgebildet ist.

5. Rad- bzw. Achsabstützaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer (7), insbesondere die sich beim Einfederungshub des zugeord­ neten Rades (2) verkleinernde Kammer (7) , mit einem Federspeicher bzw. einem pneumatischen Druckspeicher kombiniert oder verbunden ist.

6. Rad- bzw. Achsabstützaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolben-Zylinder- Aggregat (4) mit einer mechanischen Federung, insbeson­ dere mit Stahlfederelementen (Schraubenfeder 3), kombi­ niert ist.

7. Rad- bzw. Achsabstützaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolben-Zylinder- Aggregat (4) mit einer hydropneumatischen Federung (19, 20) kombiniert ist.

8. Rad- bzw. Achsabstützaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolben- Zylinder-Aggregat (4) eine dritte Kammer (19) besitzt, in der ein Kolben arbeitet, der gleichachsig zu dem die beiden anderen Kammern (7, 8) voneinander trennenden Kolben (5) angeordnet und mit demselben über eine Stange verbunden ist, und daß mit der dritten Kammer (19) ein pneumatischer bzw. hydropneumatischer Federspeicher (20) verbunden bzw. kombiniert ist.

9. Rad- bzw. Achsabstützaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel- bzw. Proportionalventilanordnung (12) bei einer Fehlfunktion einer diese Ventilanordnung (12) steuernden Regelvorrich­ tung in ihren die Kammern (7, 8) absperrenden Zustand fällt.

10. Rad- bzw. Achsabstützaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselanordnung (Drosselleitungen 9) steuerbar ist.